CN112523357B - 一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立面弧形大开洞的钢支撑筒‑下挂式桁架体系及应用，包括钢支撑筒组合、多层下挂式桁架、楼面结构、单层曲面网壳。所述钢支撑筒组合为中心支撑‑钢框架形式，包括左端、右端双支撑筒；所述多层下挂式桁架位于中部大跨顶部，由4榀大跨多层单向桁架组成；所述楼面结构包括上部整层、下部局部楼面，无柱支撑楼面悬吊钢柱连接；所述单层曲面网壳吊挂在主体结构下方，实现大开洞曲面造型。本发明基于钢支撑筒和多层下挂式桁架结合的整体受力模式，悬吊钢柱连接无柱支撑楼面，吊挂单层曲面网壳实现立面弧形大开洞造型，构件组成模块明确，构造合理，传力清晰，具有大跨度、高承载力、高整体刚度及曲面大开洞造型优点，应用范围较广。

Description

一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系及应用

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系。大开洞指跨度不小于60米的大空间建筑立面开洞。

背景技术

框架-桁架结构体系是由弦杆、竖杆和斜撑组成的刚性桁架形式作为大跨度结构支撑，并结合框架楼面结构构成的整体结构体系，其中桁架支撑结构具有构件自重轻、刚度大及空间跨度大等优点，该整体结构体系广泛应用于存在大跨度高位转换的大型复杂高层公共建筑中。

根据桁架和框架的竖向空间相对位置不同，一般可分为上承式桁架、下挂式桁架及上承-下挂结合式桁架体系。屋顶下挂式桁架体系是其中一类较为重要的下挂式桁架结构形式，两侧一般支撑在核心筒剪力墙或钢支撑筒上，以适用于立面大开洞的复杂建筑造型及功能。

钢支撑筒-下挂式桁架体系的两端支座为钢支撑筒竖向支撑核心构架，竖向承载力比重较大，对应构件截面也较大，这对底座竖向支撑构件的刚度、承载性能均提出了较高的要求，因而采用刚度大、承载力高的中心支撑-钢框架形式是一种较为合理有效的解决方案。

钢支撑筒-下挂式桁架体系的下挂式桁架位于高层建筑屋面顶部，基于多层桁架斜撑形式以构成刚度极大的大跨度楼面水平支撑体系，下部框架楼层则通过悬吊钢柱的形式进行吊挂连接。因而合理有效的钢支撑筒、下挂式多层屋顶桁架、悬吊钢柱的设计及布置方案是保证其承载性能和实施可行性的一个重要因素。

立面弧形大开洞的曲面造型可通过在主体结构上悬吊单层网壳形式或采用落地弧形斜柱形式来实现。当曲面造型复杂不规则且建筑立面美观要求较高时，悬吊单层网壳形式是有效的解决方案；这是由于单层网壳采用悬吊形式，并不直接支撑于落地端，其双向结构构件也无需区分主次，因而可采用截面相近的构件形式，实现复杂曲面造型且达到建筑美观目的。

此外，钢支撑筒-下挂式桁架体系存在节点连接构造复杂、部件拼装复杂、体系受力性能复杂以及大跨度抗震和舒适度处理等问题，合理有效的立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系形式设计及拼装方案也是保证其承载性能和正常使用的一个重要因素。

综上所述，研究一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的形式及设计方法，以适用于底部立面大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系及承载是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，可以实现底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载。

该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合整体受力及承载模式的设计原则，充分发挥整体结构体系的较大抗侧刚度，基于两侧钢支撑筒竖向支撑核心和大跨度屋顶下挂式桁架吊挂结构结合的中心支撑构架，并悬吊连接单层曲面网壳构成立面弧形大开洞建筑造型的结构体系构成方案，实现底部立面弧形大开洞的高层复杂曲面建筑造型及功能。

本发明的设计思路基于钢支撑筒和下挂式桁架结合的中心支撑构架，并悬吊连接单层曲面网壳构成的钢支撑筒-下挂式桁架整体受力模式：

首先，以两端钢支撑筒为竖向抗侧力支撑核心，结合大跨度屋顶多层下挂式桁架水平吊挂支撑结构，构成具有极大跨度和整体刚度的中心支撑构架；其次，通过悬吊钢柱连接形式，实现下部框架楼层无柱支撑楼面水平体系的吊挂连接；然后，在主体结构上悬吊单层曲面网壳，实现底部立面弧形大开洞建筑曲面造型空间和功能；最后，通过承载性能分析，并控制体系变形、构件应力等，保障结构体系的整体受力承载性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用的技术方案是：

一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，包括钢支撑筒组合、多层下挂式桁架、楼面结构、单层曲面网壳。

所述钢支撑筒组合位于两侧端部，为竖向抗侧力支撑核心，以由竖柱、水平梁、斜撑组成的中心支撑-钢框架为基本单元，包括左端双支撑筒、右端双支撑筒，双支撑筒内部两筒之间在顶部通过横向平面桁架连成整体；所述多层下挂式桁架位于中部大跨区域的顶部，为大跨度水平楼面支撑主体构架，由4榀大跨度多层单向桁架组合而成；所述楼面结构包括上部整层楼面、下部两端局部楼面，立面大开洞边界附近无柱支撑楼面通过悬吊钢柱形式进行下挂连接，构成楼面承载体系；所述单层曲面网壳位于下部立面大开洞的曲面边界处，为单层双向梁系结构，通过悬吊钢柱吊挂在主体结构上，用以固定幕墙结构并实现大开洞建筑曲面造型及功能。

进一步地，所述钢支撑筒组合由左端双支撑筒、右端双支撑筒组成，共计4个单支撑筒基本单元，双支撑筒的平面布置形式为“日”字形以加强竖向支撑核心刚度；在各个双支撑筒的X向两端顶部对应屋顶多层下挂式桁架的最上层、最下层高度位置分别设置2道Y向平面桁架(共计4道)连接成双支撑筒整体结构。

进一步地，单支撑筒基本单元的结构形式为“单斜杆”中心支撑-钢框架体系；多层下挂式桁架的下部楼层采用“单斜杆”穿层斜撑形式，以减小斜撑设置对建筑内部功能的影响，每根斜撑贯穿2层楼层；多层下挂式桁架范围的楼层采用“单斜杆”单层斜撑形式；Y向的连接平面桁架为“人字形”单层斜撑形式；斜撑角度优选为30°～60°。

进一步地，钢支撑筒组合是竖向受力主体构件，钢支撑筒的框柱受轴压作用相对较大，一般按钢管混凝土截面进行考虑，截面尺寸优选为1000mm×1000mm～1300mm×1300mm。一般楼层的框柱轴压相对小一些，截面尺寸优选为600mm×600mm～900mm×900mm。

进一步地，所述多层下挂式桁架为大跨度水平楼面支撑主体构架，由X向的4榀大跨度多层单向桁架所组成，桁架两端固定在钢支撑筒顶部并形成统一的落地桁架结构体系。多层下挂式桁架两端与钢支撑筒交界处，通过贯穿3层设置的过渡斜撑设置，使得大跨度楼层竖向荷载可有效、平缓地传递至钢支撑筒上。本实施例中为四层下挂式桁架。

进一步地，多层下挂式桁架也为“单斜杆”单层斜撑形式组成的多层桁架体系。当跨度较大、刚度要求较高且建筑内部功能布置许可时，还可将多层下挂式桁架的顶部楼层(构架层)、底部楼层加密为“人字形”多层桁架形式，以加强其承载性能。钢支撑筒组合和多层下挂式桁架共同组成中心支撑构架。

进一步地，多层下挂式桁架的弦杆为主要受力构件，采用箱型截面钢梁，4层桁架时弦杆截面优选可为跨度的1/80～1/60，梁高一般为800mm～1000mm。为便于节点制作和连接，多层下挂式桁架的弦杆、竖柱、斜撑均采用箱型截面构件。

进一步地，所述楼面结构为水平楼面承重体系，包括上部的整层楼面结构、下部两端的局部楼面结构。在立面大开洞边界附近区域，由于下部不存在楼层柱支撑，采用在屋顶的下挂式桁架以下悬吊钢柱的结构形式吊挂楼面梁板结构。

进一步地，当楼层边界与单层曲面网壳交汇，且与整体柱轴网位置不一致时，还需要从结构梁上设置辅助悬吊钢柱进行连接吊挂处理，以避免大悬挑楼层边界的出现。

进一步地，楼面板一般为钢筋桁架楼承板，方便施工并加快工期。

进一步地，所述单层曲面网壳位于立面大开洞的曲面边界处，为单层的双向梁系结构，所有节点均为刚性连接节点。通过悬吊钢柱、辅助悬吊钢柱吊挂在主体结构上，用以固定幕墙结构，并实现大开洞建筑曲面造型及功能。本实施例中，立面大开洞为较为简单的柱面大开洞形式。

进一步地，单层曲面网壳为附属在主体结构上的辅助结构，梁结构构件主要承受自身重量；由于大开洞引起的风吸力作用导致单层网壳的自身稳定性能也是需要考虑的一个方面。因而单侧曲面网壳的构件截面无需设置过大，一般为箱型截面钢管，截面300mm～400mm×400mm～600mm。

进一步地，钢支撑筒组合、多层下挂式桁架的斜撑节点，采用加劲板进行加强，加劲板厚度不小于对应构件壁厚。

进一步地，当悬吊钢柱截面与单层曲面网壳的梁构件截面不同时，可通过变截面找坡转换接头处理，使得接头构件截面尺寸相同。

进一步地，单层曲面网壳结构形式、曲面定位、悬吊钢柱的设置均可根据建筑造型要求、功能空间、跨度和立面开洞边界的要求进行适当调整，并不会影响本发明立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的各部件组成和拼装方式。

本发明还提供一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系在底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载中的应用，所述大空间为跨度不小于60米的大空间建筑立面开洞。

通过以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其结构体系构造合理，可以实现底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载，充分发挥立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的高抗侧刚度、高承载性能及大跨度功能优点。该结构体以两端钢支撑筒竖向支撑核心和大跨度屋顶下挂式桁架吊挂结构结合为中心支撑构架，并通过悬吊钢柱连接单层曲面网壳构成立面弧形大开洞而形成整体受力模式，可达到在尽量减轻自重和控制承载性能的前提下，实现大跨度、大开洞空间建筑造型及功能。基于极限承载性能分析，本发明的结构便于通过整体刚度(变形值控制)、承载力(应力比控制)等指标控制，来进一步保证整体结构体系的合理有效。该结构体系的构件组成模块明确，传力清晰，整体体系跨度大、刚度大、承载力高、造型独特，在底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系中具有广阔的应用前景。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1a-1e分别是本发明立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系实施例的结构示意图、钢支撑筒示意图、下挂式桁架示意图、楼面结构示意图、单层曲面网壳示意图。

图2是本发明钢支撑筒-下挂式桁架体系实施例的俯视平面图，即图1中A-A剖切示意图；

图3是本发明钢支撑筒-下挂式桁架体系实施例的剖切正视图，即图1中B-B剖切示意图；

图4是本发明钢支撑筒-下挂式桁架体系实施例的剖切右视图，即图1中C-C剖切示意图；

图5是图1b钢支撑筒的D-D剖切右视图；

图6是图1c下挂式桁架的E-E剖切正视图；

图7a-7b分别是图1c下挂式桁架的交叉节点、斜撑节点构造示意图；

图8是图1e单层曲面网壳的选点节点构造示意图；

图9是钢支撑筒-下挂式桁架体系实施例的部件拼装流程图；

附图中，各标号所代表的部件如下：

1.钢支撑筒的框柱；2.钢支撑筒的框梁；3.钢支撑筒的X向斜撑；4.钢支撑筒的Y向斜撑；5.双支撑筒的连接桁架上弦杆；6.双支撑筒的连接桁架下弦杆；7.双支撑筒的连接桁架斜撑；8.双支撑筒的连接桁架竖杆；9.多层下挂式桁架的上弦杆；10.多层下挂式桁架的中弦杆；11.多层下挂式桁架的下弦杆；12.多层下挂式桁架的斜撑；13.多层下挂式桁架的竖杆；14.多层下挂式桁架的端部过渡斜撑；15.上部整层楼面结构；16.下部两端局部楼面结构；17.一般楼层的框柱；18.一般楼层的框梁；19.框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱；20.非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱；21.单层曲面网壳的X向梁构件；22.单层曲面网壳的Y向梁构件；23.单层网壳的悬吊连接节点；24.中心定位点；25.下挂式桁架的交叉斜撑节点；26.下挂式桁架的端部过渡斜撑节点；27.交叉斜撑节点的加劲板；28.过渡斜撑节点的加劲板；29.悬吊钢柱节点的过渡转换接头。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明所述一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的技术方案进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

如图1a-1e以及图2-图4所示，本发明的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系包括钢支撑筒组合、多层下挂式桁架、楼面结构、单层曲面网壳。所述钢支撑筒组合(图1b)位于两侧端部，为竖向抗侧力支撑核心，以由竖柱、水平梁、斜撑组成的中心支撑-钢框架为基本单元，包括左端双支撑筒、右端双支撑筒，双支撑筒内部两筒之间在顶部通过横向平面桁架连成整体；所述多层下挂式桁架(图1c)位于中部大跨区域的顶部，为大跨度水平楼面支撑主体构架，由4榀大跨度多层单向桁架组合而成；所述楼面结构(图1d)包括上部整层楼面、下部两端局部楼面，立面大开洞边界附近无柱支撑楼面通过悬吊钢柱形式进行下挂连接，构成楼面承载体系；所述单层曲面网壳(图1e)位于下部立面大开洞的曲面边界处，为单层双向梁系结构，通过悬吊钢柱吊挂在主体结构上，用以固定幕墙结构并实现大开洞建筑曲面造型及功能。

如图1b、图5所示，所述钢支撑筒组合由左端双支撑筒、右端双支撑筒所组成，共计4个单支撑筒基本单元，双支撑筒的平面布置形式为“日”字形以加强竖向支撑核心刚度；单支撑筒基本单元由钢支撑筒的框柱1、钢支撑筒的框梁2、钢支撑筒的X向斜撑3、钢支撑筒的Y向斜撑4组成，以中心点位点24为结构平面中心，对称布置。

如图1b、图5所示，在各个双支撑筒的X向两端顶部对应屋顶多层下挂式桁架的最上层、最下层高度位置分别设置2道Y向平面桁架(共计4道)连接成双支撑筒整体结构。

如图3-图5所示，单支撑筒基本单元的结构形式为“单斜杆”中心支撑-钢框架体系；对应多层下挂式桁架以下的楼层高度范围采用“单斜杆”穿层斜撑形式，以减小斜撑设置对建筑内部功能的影响，每根斜撑贯穿2层楼层；多层下挂式桁架以内的楼层高度范围采用“单斜杆”单层斜撑形式；斜撑角度优选为30°～60°。

如图1b、图4-图5所示，双支撑筒的内部两筒之间的Y向连接平面桁架为“人字形”单层斜撑形式，由双支撑筒的连接桁架上弦杆5、双支撑筒的连接桁架下弦杆6、双支撑筒的连接桁架斜撑7、双支撑筒的连接桁架竖杆8所组成，以提高Y向整体竖向支撑核心的刚度。

如图1b所示，所述钢支撑筒组合是竖向受力主体构件，钢支撑筒的框柱受轴压作用相对较大，一般按钢管混凝土截面进行考虑，截面尺寸优选为1000mm×1000mm～1300mm×1300mm。一般楼层的框柱轴压相对小一些，截面尺寸优选为600mm×600mm～900mm×900mm。

如图1c、图2-图3所示，所述多层下挂式桁架为大跨度水平楼面支撑主体构架，由X向的多榀大跨度多层单向桁架基本单元所组成，桁架两端固定在钢支撑筒顶部并形成统一的落地桁架结构体系。单榀的多层单向桁架基本单元由多层下挂式桁架的上弦杆9、多层下挂式桁架的中弦杆10、多层下挂式桁架的下弦杆11、多层下挂式桁架的斜撑12、多层下挂式桁架的竖杆13所组成。本实施例中为4榀大跨度4层单向桁架。

如图3所示，多层下挂式桁架两端与钢支撑筒交界处，通过贯穿3层设置的多层下挂式桁架的端部过渡斜撑14设置，使得大跨度楼层竖向荷载经过多层下挂式桁架的端部过渡斜撑节点26有效、平缓地传递至钢支撑筒上。

如图3所示，所述多层下挂式桁架也为“单斜杆”单层斜撑形式组成的多层桁架体系。当跨度较大、刚度要求较高且建筑内部功能布置许可时，还可将多层下挂式桁架的顶部楼层(构架层)、底部楼层加密为“人字形”多层桁架形式，以加强其承载性能。

如图1图3所示，所述钢支撑筒组合和所述多层下挂式桁架共同组成中心支撑构架。

如图1c、图3所示，所述多层下挂式桁架的上弦杆9、中弦杆10、下弦杆11为主要受力构件，采用箱型截面钢梁，本实施例4层平面桁架时弦杆截面优选为跨度的1/80～1/60，对应实际梁高一般为800mm～1000mm。为便于节点制作和连接，多层下挂式桁架的上弦杆9、中弦杆10、下弦杆11、斜撑12、竖柱13均采用箱型截面构件。

如图1a、1d所示，所述楼面结构为水平楼面承重体系，包括上部整层楼面结构15、下部两端局部楼面结构16，由钢支撑筒的框柱1、钢支撑筒的框梁2、一般楼层的框柱17、一般楼层的框梁18所共同组成。在立面大开洞边界附近区域，由于下部不存在楼层柱支撑，采用在屋顶下挂式桁架以下设置框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱19，以吊挂连接并承载楼面梁板结构荷载。

如图1a、图3所示，当下部两端局部楼面结构16的立面大开洞边界与所述单层曲面网壳交汇，且与整体柱轴网位置不一致时，还需从楼面结构梁上设置非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱20进行连接吊挂处理，以避免大悬挑楼层边界的出现。

如图1d所示，所述楼面结构的楼板一般为钢筋桁架楼承板，方便施工并加快工期。

如图1a、1e、图3所示，所述单层曲面网壳位于立面大开洞的曲面边界处，为单层双向梁系结构，由单层曲面网壳的X向梁构件21、单层曲面网壳的Y向梁构件22刚性连接组成，所有节点均为刚性连接节点。单层曲面网壳通过框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱19、非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱20，经单层网壳的悬吊连接节点23吊挂在主体结构上，用以固定幕墙结构，并实现大开洞建筑曲面造型及功能。本实施例中，立面大开洞为较为简单的柱面大开洞形式。

如图1e、图3所示，所述单层曲面网壳为附属在主体结构上的辅助结构，单层曲面网壳的X向梁构件21、单层曲面网壳的Y向梁构件22主要承受自身重量；由于大开洞引起的风吸力作用导致单层网壳的自身稳定性能也是需要考虑的一个方面。因而单侧曲面网壳的构件截面无需设置过大，一般为箱型截面钢管，截面300mm～400mm×400mm～600mm。

如图1a、图3、图7所示，所述多层下挂式桁架的交叉斜撑节点25、下挂式桁架的端部过渡斜撑节点26，均采用半径250mm～500mm的圆弧倒角，并分别设置交叉斜撑节点的加劲板27、过渡斜撑节点的加劲板28进行加强，交叉斜撑节点的加劲板27、过渡斜撑节点的加劲板28的厚度分别不小于对应多层下挂式桁架的斜撑12、多层下挂式桁架的端部过渡斜撑14的壁厚。

如图1a、图8所示，当悬吊钢柱截面与所述单层曲面网壳的梁构件截面不同时，可通过变截面找坡的悬吊钢柱节点的过渡转换接头29进行连接处理，使得接头构件截面尺寸相同。

作为优选方案，单层曲面网壳结构形式、曲面定位、悬吊钢柱的设置均可根据建筑造型要求、功能空间、跨度和立面开洞边界的要求进行适当调整，并不会影响本发明立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的各部件组成和拼装方式。

如图9所示，本发明所述立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的具体部件拼装流程如下：

(1)钢支撑筒的框柱1、框梁2、X向斜撑3、Y向斜撑4组成“日字形”单支撑筒基本单元；

(2)以中心定位点24为结构中心，左、右两端各布置2个单支撑筒，并分别通过由双支撑筒的连接桁架上弦杆5、下弦杆6、斜撑7、竖杆8组成的4道连接平面桁架连接成整体，以构成双支撑筒竖向支撑核心；

(3)沿大跨度X向布置由多层下挂式桁架的上弦杆9、中弦杆10、下弦杆11、斜撑12、竖杆13组成大跨度单向多层下挂式桁架，交叉斜撑节点25处设置交叉斜撑节点的加劲板27进行加强；

(4)下挂式桁架的两侧穿过钢支撑筒并延伸至结构端部，其下部在下挂式桁架的过渡斜撑节点26处设置下挂式桁架的端部过渡斜撑14将楼面荷载平缓传递至钢支撑筒上，内部设置过渡斜撑节点的加劲板28进行加强；(2)与(4)共同构成中心支撑构架；

(5)安装下部两端局部楼面结构16、上部整层楼面结构15，由一般楼层的框柱17、框梁18和钢支撑筒的框柱1、框梁2共同构成；

(6)立面弧形大开洞附近的无柱支撑楼面吊挂悬吊钢柱以连接楼面结构，包括框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱19、非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱20；

(7)单层曲面网壳为双向梁系结构，由单层曲面网壳的X向梁构件21、单层曲面网壳的Y向梁构件22组成；

(8)在单层网壳的悬吊连接节点23处，设置悬吊钢柱节点的过渡转换接头29，以将单层曲面网壳吊挂在主体结构上。

本发明还提供一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系在底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载中的应用，所述大空间为跨度不小于60米的大空间建筑立面开洞。

相比于现有技术的不足，本发明提供的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系基于两端钢支撑筒竖向支撑核心和大跨度屋顶下挂式桁架水平支撑结合的中心支撑构架，通过悬吊钢柱下挂连接无柱支撑楼面，通过悬吊单层曲面网壳实现立面弧形大开洞建筑造型，构成整体受力模式，可实现大跨度底部立面弧形大开洞的高层复杂曲面建筑造型及功能。该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合整体受力及承载模式的设计原则，可实现底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载。基于承载性能分析，通过变形刚度、应力比承载等整体性能控制，可进一步保障本发明立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的大跨度、高承载力、高整体刚度及复杂曲面大开洞造型优点。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，包括钢支撑筒组合、多层下挂式桁架、楼面结构、单层曲面网壳；

所述钢支撑筒组合位于两侧端部，以中心支撑-钢框架为基本单元，包括左端、右端双支撑筒，双支撑筒顶部通过平面桁架连成整体；所述多层下挂式桁架位于中部大跨区域顶部，由4榀大跨度多层单向桁架组成，与钢支撑筒共同构成中心支撑构架；所述楼面结构包括上部整层楼面结构(15)、下部两端局部楼面结构(16)，无柱支撑楼面通过框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱(19)下挂连接；所述单层曲面网壳位于下部立面大开洞边界处，吊挂在主体结构上以实现大开洞曲面造型及功能；

所述钢支撑筒组合由4个单支撑筒基本单元组成为左、右端“日字形”双支撑筒，单钢支撑筒的结构基于中心定位点(24)为对称布置；各个双支撑筒顶部对应下挂式桁架最上层、最下层高度位置设置4道平面桁架连接成双支撑筒整体结构；

下挂式桁架两端固定在钢支撑筒顶部，共同构成中心支撑构架，在其交界处则设置贯穿3层的多层下挂式桁架的端部过渡斜撑(14)，使得大跨度楼层荷载经下挂式桁架的端部过渡斜撑节点(26)有效、平缓传递至钢支撑筒上；

所述多层下挂式桁架为“单斜杆”单层斜撑形式组成的多层桁架体系；下挂式桁架的多层下挂式桁架的上弦杆(9)、多层下挂式桁架的中弦杆(10)、多层下挂式桁架的下弦杆(11)为主要受力构件，采用箱型截面钢梁，截面为跨度的1/80～1/60；

所述单层曲面网壳位于立面大开洞的曲面边界处，为单层双向梁系结构，单层曲面网壳由梁构件刚性连接组成；单层曲面网壳通过框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱(19)、非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱(20)并经单层网壳的悬吊连接节点(23)吊挂在主体结构上，用以固定幕墙结构并实现大开洞曲面造型；

所述立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系的具体部件拼装流程如下：

一、钢支撑筒的钢支撑筒的框柱(1)、钢支撑筒的框梁(2)、钢支撑筒的X向斜撑(3)、钢支撑筒的Y向斜撑(4)组成“日字形”单支撑筒基本单元；

二、以中心定位点(24)为结构中心，左、右两端各布置2个单支撑筒，并分别通过由双支撑筒的连接桁架上弦杆(5)、双支撑筒的连接桁架下弦杆(6)、双支撑筒的连接桁架斜撑(7)、双支撑筒的连接桁架竖杆(8)组成的4道连接平面桁架连接成整体，以构成双支撑筒竖向支撑核心；

三、沿大跨度X向布置由多层下挂式桁架的上弦杆(9)、多层下挂式桁架的中弦杆(10)、多层下挂式桁架的下弦杆(11)、多层下挂式桁架的斜撑(12)、多层下挂式桁架的竖杆(13)组成大跨度单向多层下挂式桁架，下挂式桁架的交叉斜撑节点(25)处设置交叉斜撑节点的加劲板(27)进行加强；

四、下挂式桁架的两侧穿过钢支撑筒并延伸至结构端部，其下部在下挂式桁架的过渡斜撑节点(26)处设置多层下挂式桁架的端部过渡斜撑(14)将楼面荷载平缓传递至钢支撑筒上，内部设置过渡斜撑节点的加劲板(28)进行加强；步骤二得到的双支撑筒竖向支撑核心与步骤四得到的下挂式桁架共同构成中心支撑构架；

五、安装下部两端局部楼面结构(16)、上部整层楼面结构(15)，由一般楼层的框柱(17)、一般楼层的框梁(18)和钢支撑筒的框柱(1)、钢支撑筒的框梁(2)共同构成；

六、立面弧形大开洞附近的无柱支撑楼面吊挂悬吊钢柱以连接楼面结构，包括框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱(19)、非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱(20)；

七、单层曲面网壳为双向梁系结构，由单层曲面网壳的X向梁构件(21)、单层曲面网壳的Y向梁构件(22)组成；

八、在单层网壳的悬吊连接节点(23)处，设置悬吊钢柱节点的过渡转换接头(29)，以将单层曲面网壳吊挂在主体结构上。

2.根据权利要求1所述的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，单支撑筒基本单元为“单斜杆”中心支撑-钢框架形式，下挂式桁架以下、以内楼层分别为贯穿2层、单层斜撑形式，角度为30°～60°；双支撑筒顶部的内部两筒之间由“人字形”单层斜撑形式的连接桁架构件组成；钢支撑筒框柱为钢管砼柱，截面边长为1000mm～1300mm。

3.根据权利要求1所述的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，所述多层下挂式桁架的桁架顶部构架层、底部楼层加密为“人字形”桁架形式以加强刚度。

4.根据权利要求1所述的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，所述楼面结构包括上部整层楼面结构(15)、下部两端局部楼面结构(16)，楼面结构框架由钢支撑筒的梁柱构件、一般楼层的梁柱构件所共同组成；立面大开洞附近，框柱处、非框柱处无柱支撑楼面分别通过框柱处无柱支撑楼面的悬吊钢柱(19)、非框柱处无柱支撑楼面的辅助悬吊钢柱(20)吊挂在下挂式桁架上。

5.根据权利要求1所述的一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系，其特征在于，所述单层曲面网壳自成一体的附属结构，梁构件为箱型钢管，截面300mm～400mm×400mm～600mm；悬吊钢柱与单层网壳梁构件连接节点(23)处，通过变截面的悬吊钢柱节点的过渡转换接头(29)进行连接处理。

6.权利要求1-5任一所述的立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系在底部立面弧形大开洞曲面建筑造型的复杂高层钢结构体系设计及承载中的应用。

Images