CN219343656U - 一种用于高耸风帆幕墙的空间结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，包括单榀桁架(1)，所述的单榀桁架(1)之间通过水平系杆(2)连接形成空间桁架，高耸部位的单榀桁架(1)之间通过设置支撑连接空间桁架形成空间结构；所述的单榀桁架(1)包括弦杆(11)、竖腹杆(13)和斜腹杆(12)；所述的支撑包括水平支撑(3)和竖向支撑(4)，所述的水平支撑(3)连接水平平面内的水平系杆(2)，所述的竖向支撑(4)连接竖直平面内的水平系杆(2)。与现有技术相比，本实用新型适用于屋面设有高耸风帆幕墙的建筑，设有多道传力路径，结构安全可靠，且通过合理释放构件刚度，妥善解决幕墙桁架室内外交界位置支座反力过大问题。

Description

一种用于高耸风帆幕墙的空间结构

技术领域

本实用新型属于建筑结构技术领域，涉及一种用于高耸风帆幕墙的空间结构。

背景技术

对于大型公共建筑或超高层建筑，为满足建筑效果需求，常在建筑顶部设置造型幕墙，一般幕墙悬臂长度在10m以下，其常采用二次混凝土结构或二次钢框架结构。随着建筑造型设计的不断复杂化，建筑顶部幕墙也随之复杂，对于大型公共建筑，其顶部现常设置超大悬挑高度或幕墙底标高不在同一水平面的复杂幕墙，传统结构布置难以满足幕墙结构设计需求。

专利CN103758263A公开了一种多层索桁架幕墙结构及其成型方法，该多层索桁架幕墙结构包括多个相互平行的竖向拉索，还包括多个水平桁架，所述水平桁架由内弦杆、外弦杆和腹杆组成，在内弦杆和外弦杆的上表面固定设置上部耳板，在内弦杆和外弦杆的下表面固定设置下部耳板，上一榀水平桁架的下部耳板与对应的下一榀水平桁架的上部耳板之间通过竖向拉索相连接。但该专利仅适用于多高层建筑的楼层间幕墙设计，对悬挑支撑在屋面结构上的高耸幕墙，无法采用该专利生成幕墙支撑结构。

专利CN113152905A公开了一种大跨度多榀桁架提升用加固结构及加固方法，加固结构包括加固单元，设置有多个并沿大跨度多榀桁架的长度方向间隔分布，加固单元包括外框，外框包括若干外框杆，外框杆用于连接两个相邻的弦杆，每一加固单元内，多个外框杆首尾相接，或多个外框杆与腹杆首尾相接，以使外框闭合。但该专利仅对大跨度多榀桁架施工过程的变形有减小作用，对空间桁架结构在使用阶段的承载能力和可靠性并无有益效果。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，本实用新型适用于屋面设有高耸风帆幕墙的建筑，设有多道传力路径，结构安全可靠，且通过合理释放构件刚度，妥善解决幕墙桁架室内外交界位置支座反力过大问题。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，包括单榀桁架，所述的单榀桁架之间通过水平系杆连接形成空间桁架，对于竖向悬臂较大的部位，其在风荷载作用下位移较大，高耸部位的单榀桁架之间通过设置支撑连接空间桁架来增加空间桁架的刚度，进而形成空间结构。

进一步地，所述的支撑包括水平支撑和竖向支撑，所述的水平支撑连接水平平面内的水平系杆，所述的竖向支撑连接竖直平面内的水平系杆。

进一步地，所述的单榀桁架包括弦杆、竖腹杆和斜腹杆，所述的竖腹杆水平连接竖直平面内的弦杆，所述的斜腹杆连接竖直平面内的竖腹杆。

进一步地，所述的单榀桁架、水平系杆和支撑采用圆管构件。圆管构件各向截面抵抗矩相同，多向复合受力状态下，材料强度利用较充分。圆管截面便于连接节点的制作安装。

进一步地，所述的单榀桁架上的风荷载大小与桁架间距有关，两单榀桁架间的桁架间距使单榀桁架顶部在风荷载作用下的位移满足规范限值条件，通常宜为2-4m。

进一步地，为使玻璃幕墙制作安装方便，所述单榀桁架的节间长度与桁架间距相同。

进一步地，对于直接支撑在屋面结构上的幕墙桁架，所述单榀桁架的底部设置屋顶环梁连接屋面。

进一步地，所述单榀桁架的底部为铰接，为满足柱脚锚筋的锚固要求。

作为优选的技术方案，风荷载作用下，桁架柱脚部位会产生较大的拉力，为防止空间桁架发生拉拔破坏，规定锚筋的锚固长度为1.0-1.5倍锚筋的抗震锚固长度(laE)，因此屋顶环梁的高度也应为1.0-1.5laE。

进一步地，所述单榀桁架的底部设置空间转换桁架连接室内框架柱。

进一步地，所述的空间转换桁架通过设置在室内框架柱上的钢牛腿连接室内框架柱。

根据风帆幕墙底部支撑条件的不同，设计两种竖向力传力路径。对于直接支撑在屋面结构上的幕墙结构，其自重荷载通过幕墙桁架传递给屋顶环梁，最终传给屋面混凝土结构。对于伸入室内部分的风帆幕墙，其自重荷载通过幕墙桁架传递给底部空间转换桁架，再通过设置在柱上的钢牛腿传递给主体结构。

高耸风帆幕墙在风荷载作用下会产生较大的水平位移，为提高结构刚度和安全度，设置两种水平力传递路径，一种是通过单榀桁架弦杆的拉压受力模式来传递水平荷载作用，另一种是通过水平系杆和水平支撑将多个单榀桁架连接形成空间拱状结构，可利用其在水平力作用下的空间拱效应来传递水平荷载。

室内区域幕墙的悬臂高度大于室外区域幕墙，且室内区域幕墙结构底部的约束条件远弱于室外区域幕墙结构，故在风荷载作用下，室内区域幕墙结构顶部的水平位移远大于室外区域幕墙。为保证室内外风帆幕墙位移的连续性，室外区域幕墙桁架底部会产生较大的竖向反力，影响结构安全。为解决该问题，可通过释放该处水平系杆在风帆幕墙面外方向的约束，从而消除由于位移联动引起的支座反力。

由于室内外幕墙桁架高度和底部约束条件的不同，室内区域幕墙桁架在自重荷载下的竖向位移远大于室外幕墙桁架，进而形成室内边界区域桁架悬挑在室外区域端部桁架上，导致室外端部桁架柱脚在竖向荷载作用下产生较大的竖向反力，影响结构安全。为解决该问题，可通过释放该处水平系杆的竖向约束，从而消除由于竖向位移差引起的支座反力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型空间转换桁架和屋顶环梁与室内外的不同连接方式，适用于屋面设有高耸风帆幕墙的建筑；

(2)本实用新型的结构布置提供多种竖向力和水平力的传递路径，为结构安全设计提供多道防线；

(3)本实用新型通过释放室内外交界桁架水平系杆的多向约束，合理解决高耸风帆幕墙的刚度问题和室外端部桁架支座的反力过大问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中用于高耸风帆幕墙的空间结构的三维示意图；

图2为本实用新型实施例中用于高耸风帆幕墙的空间结构一跨的三维示意图；

图3为本实用新型实施例中单榀桁架的立面图；

图4为本实用新型实施例中第一种竖向力传递路径的示意图；

图5为本实用新型实施例中第二种竖向力传递路径的示意图；

图6为本实用新型实施例中第一种水平力传递路径的示意图；

图7为本实用新型实施例中第二种水平力传递路径的示意图。

图中标记说明：

1—单榀桁架、11—弦杆、12—斜腹杆、13—竖腹杆、2—水平系杆、3—水平支撑、4—竖向支撑、5—钢牛腿、6—空间转换桁架、7—屋顶环梁。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，如图1至3所示，包括单榀桁架1，单榀桁架1包括弦杆11、竖腹杆13和斜腹杆12，竖腹杆13水平连接竖直平面内的弦杆11，斜腹杆12连接竖直平面内的竖腹杆13，单榀桁架1之间通过水平系杆2连接形成空间桁架，对于竖向悬臂较大的部位，其在风荷载作用下位移较大，高耸部位的单榀桁架1之间通过设置支撑连接空间桁架来增加空间桁架的刚度，进而形成空间结构，支撑包括水平支撑3和竖向支撑4，水平支撑3连接水平平面内的水平系杆2，竖向支撑4连接竖直平面内的水平系杆2。

单榀桁架1、水平系杆2和支撑采用圆管构件。圆管构件各向截面抵抗矩相同，多向复合受力状态下，材料强度利用较充分。圆管截面便于连接节点的制作安装。

单榀桁架1上的风荷载大小与桁架间距有关，两单榀桁架1间的桁架间距使单榀桁架1顶部在风荷载作用下的位移满足规范限值条件，通常宜为2-4m，本实施例中优选为3m。

为使玻璃幕墙制作安装方便，单榀桁架1的节间长度与桁架间距相同。

如图4所示，对于直接支撑在屋面结构上的幕墙桁架，单榀桁架1的底部设置屋顶环梁7连接屋面，单榀桁架1的底部为铰接，为满足柱脚锚筋的锚固要求。

风荷载作用下，桁架柱脚部位会产生较大的拉力，为防止空间桁架发生拉拔破坏，规定锚筋的锚固长度为1.2laE，因此屋顶环梁的高度也应为1.2laE，laE根据具体的抗震等级和混凝土强度等级确定。

如图2和3所示，单榀桁架1的底部设置空间转换桁架6连接室内框架柱，空间转换桁架6通过设置在室内框架柱上的钢牛腿5连接室内框架柱。

根据风帆幕墙底部支撑条件的不同，设计两种竖向力传力路径。如图4所示，对于直接支撑在屋面结构上的幕墙结构，其自重荷载通过幕墙桁架传递给屋顶环梁7，最终传给屋面混凝土结构。如图5所示，对于伸入室内部分的风帆幕墙，其自重荷载通过幕墙桁架传递给底部空间转换桁架6，再通过设置在柱上的钢牛腿5传递给主体结构。

高耸风帆幕墙在风荷载作用下会产生较大的水平位移，为提高结构刚度和安全度，设置两种水平力传递路径，如图6所示，一种是通过单榀桁架1弦杆11的拉压受力模式来传递水平荷载作用，如图7所示，另一种是通过水平系杆2和水平支撑3将多个单榀桁架1连接形成空间拱状结构，可利用其在水平力作用下的空间拱效应来传递水平荷载。

室内区域幕墙的悬臂高度大于室外区域幕墙，且室内区域幕墙结构底部的约束条件远弱于室外区域幕墙结构，故在风荷载作用下，室内区域幕墙结构顶部的水平位移远大于室外区域幕墙。为保证室内外风帆幕墙位移的连续性，室外区域幕墙桁架底部会产生较大的竖向反力，影响结构安全。为解决该问题，可通过释放该处水平系杆2在风帆幕墙面外方向的约束，从而消除由于位移联动引起的支座反力。

由于室内外幕墙桁架高度和底部约束条件的不同，室内区域幕墙桁架在自重荷载下的竖向位移远大于室外幕墙桁架，进而形成室内边界区域桁架悬挑在室外区域端部桁架上，导致室外端部桁架柱脚在竖向荷载作用下产生较大的竖向反力，影响结构安全。为解决该问题，可通过释放该处水平系杆2的竖向约束，从而消除由于竖向位移差引起的支座反力。

释放水平系杆2的约束方式为移除水平系杆2之间的水平支撑3。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，包括单榀桁架(1)，所述的单榀桁架(1)之间通过水平系杆(2)连接形成空间桁架，高耸部位的单榀桁架(1)之间通过设置支撑连接空间桁架形成空间结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述的支撑包括水平支撑(3)和竖向支撑(4)，所述的水平支撑(3)连接水平平面内的水平系杆(2)，所述的竖向支撑(4)连接竖直平面内的水平系杆(2)。

3.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述的单榀桁架(1)包括弦杆(11)、竖腹杆(13)和斜腹杆(12)，所述的竖腹杆(13)水平连接竖直平面内的弦杆(11)，所述的斜腹杆(12)连接竖直平面内的竖腹杆(13)。

4.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述的单榀桁架(1)、水平系杆(2)和支撑采用圆管构件。

5.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，两单榀桁架(1)间的桁架间距为2-4m。

6.根据权利要求5所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述单榀桁架(1)的节间长度与桁架间距相同。

7.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述单榀桁架(1)的底部设置屋顶环梁(7)连接屋面。

8.根据权利要求7所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述单榀桁架(1)的底部为铰接。

9.根据权利要求1所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述单榀桁架(1)的底部设置空间转换桁架(6)连接室内框架柱。

10.根据权利要求9所述的一种用于高耸风帆幕墙的空间结构，其特征在于，所述的空间转换桁架(6)通过设置在室内框架柱上的钢牛腿(5)连接室内框架柱。

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