[发明专利]一种带三角悬挑桁架的多层阶梯型大空间结构的构成方法

说明书

一种带三角悬挑桁架的多层阶梯型大空间结构的构成方法，首先，在空间高位和低位分别由三角悬挑桁架、落地框架柱与剪力墙形成大跨度阶梯型空间的竖向支撑体系；其次利用搭接连接的梁板体系形成大跨度的阶梯型空间；然后利用三角悬挑桁架的空腔和吊挂结构分别在高位和低位形成夹层以满足附属功能需求；最后，通过极限承载力计算与正常使用极限状态计算，在保证结构安全性的同时充分考虑舒适度。本发明通过在结构高位进行悬挑实现多层通高的无柱、阶梯式开阔空间，以满足观赏类主要建筑需要；同时利用三角悬挑桁架下弦以及附属吊挂结构形成夹层，以满足通风，设备用房等附属功能需要。

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种带三角悬挑桁架的多层阶梯型大空间结构的构成方法。带三角悬挑桁架的多层大空间结构是指上层悬挑不小于10米，跨度不小于40米的多层无柱的开阔空间，以满足观赏类建筑功能需求。

背景技术

悬挑桁架结构体系是由受拉的上弦杆、受压的下悬杆、斜腹杆和竖腹杆组成的格构化的梁式结构，作为大跨度、大悬挑等结构体系的竖向支撑时具有自重轻、刚度大等优点，广泛应用于需要大跨度和大悬挑实现建筑功能的结构中，在大型复杂公共建筑中尤为常见。

阶梯型大空间结构是通过落地的竖向构件，如剪力墙、柱等与沿高度方向空间上升的框架斜梁、不同跨径的斜梁、横向框架梁形成主要受力体系，并通过在斜梁上搭接连接形成阶梯型楼板，具有传力清晰、施工便利、建筑自由度高等优点，广泛应用于需要大空间实现建筑功能的建筑中，在大型的观赏类建筑空间中尤为常见。

对于同时存在大跨度、大悬挑需求的多层阶梯型大空间结构，结合悬挑桁架结构和阶梯型大空间结构的整体体系受力模式是一种合理有效的解决方案。低位大空间部分通过阶梯型大空间结构实现；高位大跨度、大悬挑空间通过悬挑桁架结构实现。桁架的形式根据阶梯的走向及建筑的造型确定。

高位区域的悬挑阶梯是一种典型的以悬挑为主、大跨为辅的建筑功能空间；一般考虑在结构固定侧沿建筑功能空间宽度方向布置多榀桁架作为竖向支撑体系。由于悬挑范围大，竖向承载重，对竖向支撑悬挑桁架的刚度承载性能均提出了较高的要求，因此采用带腹杆的三角悬挑桁架形式是一种较为合理有效的解决方案。

多层阶梯型大空间结构在各层除了功能楼面外均需要设置附属功能夹层。对于高位悬挑区域利用桁架上下弦的空间形成夹层，同时根据附属用房的功能需求，可对桁架腹杆进行优化布置；对于低位悬挑区域引入吊挂结构形成夹层空间。因此，在高位和低位分别采用桁架和吊挂结构是一种较为合理有效的结构布置方案。

弧形的边界造型及错落的阶梯型楼面布置可通过不同斜率的斜梁和不同标高的横向梁实现。悬挑桁架固定侧落地框架柱与梁上抬柱受力较大，结构布置时通过将上下弦杆向固定侧延伸一跨平衡弯矩，构件选用时针对落地框架柱采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱充分发挥混凝土的抗压性能。

此外，多层阶梯型大空间结构存在节点连接构造复杂、结构受力性能复杂以及大跨度、大悬挑区域的抗震和舒适度处理等问题，合理有效的三角桁架设计以大空间框架设计及施工方案也是保证结构承载性能和正常使用的一个重要因素。

综上所述，研究一种带三角悬挑桁架的多层阶梯型大空间结构的构成方法，以适用于具有高位大悬挑和多层大跨度空间结构特性，满足阶梯式开阔观赏空间功能需求的复杂结构体系是十分必要的。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种带三角悬挑桁架的多层阶梯型大空间结构的构成方法，通过在结构高位进行悬挑实现多层通高的无柱、阶梯式开阔空间，以满足观赏类主要建筑需要；同时利用三角悬挑桁架下弦以及附属吊挂结构形成夹层，以满足通风，设备用房等附属功能需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：