[发明专利]一种用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑桁架结构及应用

说明书

本发明涉及用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑桁架结构，包括竖向长悬挑桁架、环向连接钢梁、侧向支撑结构和底部刚性支座；所述竖向长悬挑桁架包括若干个多圈螺旋布置的单榀竖向长悬挑桁架，采用平面管桁架结构形式，竖向长悬挑桁架顶部标高位置按螺旋递升渐变排列，构成竖向抗侧力支撑核心结构；所述环向连接钢梁主要由位于所有竖向长悬挑桁架顶部和内圈超高竖向长悬挑桁架中部的两道环向连接钢梁组成，位于所有竖向长悬挑桁架顶部的环向连接钢梁随桁架顶部为螺旋递升连接。本发明的有益效果是：基于极限承载性能分析，本发明的结构便于通过整体刚度、承载力等指标控制，来进一步保障整体结构体系的合理有效。

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑桁架结构。

背景技术

桁架结构体系是由弦杆、竖杆(或水平杆)和斜撑构件组成的一种格构化的梁式结构，包括横向桁架结构、竖向桁架结构两类。横向桁架结构主要用于展览馆、体育馆等大型公共建筑中的大跨度楼、屋盖结构；竖向桁架结构则在多层通高幕墙、外立面等特殊建筑造型用的结构侧向支撑构架中获得广泛应用。

竖向桁架体系根据桁架两端的支座约束形式，一般可分为两端简支、单向悬挑的竖向桁架体系。屋顶竖向长悬挑桁架体系是其中一类较为重要的单向悬挑竖向桁架，桁架底端为刚性支座固定端、桁架顶端为自由端；由于其较大的抗侧刚度和较高的竖向支撑长度，常应用于建筑结构的屋顶超高幕墙支撑设置中。

屋顶竖向长悬挑桁架体系一般为平面管桁架结构形式，桁架宽度一般可由底部至顶部适当收缩，也可根据特殊幕墙造型的变化趋势进行对应位置调整，因而合理高效的管桁架构件布置形式和桁架高度变化是保证其抗侧性能和实施可行性的一个重要因素。

屋顶竖向长悬挑桁架体系的底部为刚性柱脚固定端，根据柱底结构类型，一般分为柱底为钢梁的刚性加劲肋焊接形式、柱底为砼梁的刚性柱脚锚栓形式。考虑施工便利和楼板浇筑的统一性，前者可通过加劲板转接进行抬高连接设置；当风荷载、地震作用等侧向作用较大时，后者还可设置抗剪键。因而，合理有效的柱脚刚性布置形式对竖向长悬挑桁架固定端的刚度性能保证具有重要影响。

竖向桁架体系的各榀基本单元之间一般需要设置环向连接钢梁构成整体受力体系，避免侧向失稳。而对于超过10米高度的超长竖向悬挑桁架，还可在其中部增设一道环向连接钢梁，并提供侧向支撑结构，以避免超高竖向长悬挑桁架的稳定破坏。因而，环向连接钢梁、侧向支撑结构的布置形式需根据建筑幕墙外立面允许的情况进行布置，以增加侧向稳定性能。

对应悬挑超高幕墙造型的螺旋布置和其顶部的标高位置变化，可对应采用一系列多圈螺旋递升渐变形式的竖向长悬挑桁架，构成整体受力支撑构架体系。实际设计时的幕墙造型并不限于此，多圈复杂曲面情况可根据上述方法获得其支撑构架体系，支撑构架基本单元的排列也是一个重要方面。

此外，竖向长悬挑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超长竖向悬挑桁架的振动和频率处理等问题，合理有效的用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑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，研究一种用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑桁架结构体系的形式及设计方法，以适用于屋顶多圈螺旋递升布置的竖向超高悬挑和曲面建筑造型幕墙支撑的钢结构构架体系设计及承载是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于螺旋递升式幕墙支撑的竖向长悬挑桁架结构，可以实现多圈螺旋递升布置的屋顶竖向长悬挑幕墙支撑的钢结构构架体系设计及承载。