[发明专利]一种立面弧形大开洞的钢支撑筒-下挂式桁架体系及应用

说明书

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。

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：