[发明专利]一种偏心环状大悬挑预应力钢结构体系及其施工方法

说明书

本发明提出一种偏心环状大悬挑预应力钢结构体系，包括屋盖结构层、楼面结构层、层间连接支撑、预应力拉索、混凝土核心筒、转换桁架、大悬挑加强斜撑、索钢连接节点和楼面支撑板，其特征在于：屋盖结构层、楼面结构层的构件布置与混凝土核心筒轴线一致，均为正交布置；下部混凝土核心筒在结构两侧对称布置，在混凝土核心筒轴线位置，屋盖结构层和楼面结构层的主悬挑构件，预应力钢拉索、主悬挑构件之间的层间连接支撑、转换桁架、大悬挑加强斜撑等连接形成四榀主悬挑巨型桁架，作为主要竖向力的传递结构；屋盖结构层、楼面结构层之间通过层间连接支撑相连，楼面结构层通过转换桁架与混凝土核心筒连接；悬挑端的体外预应力钢索设置在屋盖结构层的上弦，采用空间布索方式，锚固在楼面结构层的上弦，除内环、外环、和混凝土核心筒位置的层间连接支撑外，屋盖结构层和楼面结构层之间不设竖向和斜向构件。

技术领域

本发明属于建筑钢结构领域，涉及一种偏心环状大悬挑预应力钢结构体系及其施工方法。

背景技术

随着现代人们审美的不断发展，建筑理论的发展日新月异，在建筑师的不懈创新下，建筑造型不断推陈出新、突破传统，出现了众多造型各异的建筑，钢结构由于具有强度高、自重轻、整体刚度好、变形能力强、可焊性好、可塑性强等优点，成为建造复杂现代建筑的首选。对于大悬挑结构，结构自重作用下，悬挑端位移大，竖向荷载、竖向地震作用是结构的控制要素。对于大悬挑的建筑类型，为了满足结构的安全性，需要加高结构的高度，增大构件的截面，就会造成结构自重的增加，结构自重加大导致竖向荷载加大，需要进一步增加结构的高度和构件截面，形成恶心循环，难以达到建筑的效果。

某滑雪大跳台建筑，由上部圆环形主题建筑、中部滑道和下部看台区组成，整体形式为中国传统“如意”造型，顶部为偏心圆盘造型，建筑体态轻盈整体呈飞碟状悬浮状态。若采用常规悬挑结构形式势必造成结构自重很大，结构体态臃肿难以达到建筑效果，且建筑内部空间会设置纵横交叉的斜杆，不能实现建筑内部大空间的使用需求。为实现建筑造型及建筑功能，需要发明一种新的结构体系，构建出符合力学原理、节材高效、易于施工的结构方案。

发明内容

解决的技术问题

某滑雪大跳台建筑整体形状为中国传统“如意”形状，顶部为非对称的圆环造型，内部为贯通的建筑大空间。将偏心环状建筑的后部为与下部结构相连的混凝土核心筒并作为竖向电梯和楼梯的交通盒，前部大悬挑且布置有中空内圆环，内外圆环前后不对称，左右对称，由于前部中空内圆环的影响，圆环内部无法布置结构构件，常规的建筑结构体系无法实现建筑造型。

本发明提出一种偏心环状大悬挑预应力钢结构体系，利用建筑外部的立面构造，通过屋盖结构层、楼面结构层、层间连接支撑，预应力拉索、混凝土核心筒等的合理布置和相互作用，解决该钢结构支点少、悬挑大的工程技术难题；利用电梯井、楼梯井布置合理的混凝土核心筒，承担主要的竖向和水平荷载，通过混凝土的合理布置，将上部大悬挑钢结构和下部混凝土共同作用，构成高效的空间结构体系；偏心环状大悬挑空间预应力钢结构体系满足了建筑造型和使用要求，降低了工程造价，并保证结构安全稳定。

技术方案

本发明提出一种偏心环状大悬挑预应力钢结构体系，包括屋盖结构层、楼面结构层、层间连接支撑、预应力拉索、混凝土核心筒、转换桁架、大悬挑加强斜撑、索钢连接节点和楼面板，其特征在于：屋盖结构层、楼面结构层的构件布置与混凝土核心筒轴线一致，均为正交布置；下部混凝土核心筒在结构两侧对称布置，在混凝土核心筒轴线位置，屋盖结构层和楼面结构层的主悬挑构件，预应力拉索、主悬挑构件之间的层间连接支撑、转换桁架、大悬挑加强斜撑连接形成四榀主悬挑巨型桁架，作为主要竖向力的传递结构；屋盖结构层、楼面结构层之间通过层间连接支撑相连，楼面结构层通过转换桁架与混凝土核心筒连接；悬挑端的体外预应力拉索设置在屋盖结构层的上弦，采用空间布索方式，锚固在楼面结构层的上弦，除内环、外环、和混凝土核心筒位置的层间连接支撑外，屋盖结构层和楼面结构层之间不设竖向和斜向构件。