一种主从形式的高层钢框架-支撑、吊挂及承挂体系的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种主从形式的高层钢框架-支撑、吊挂及承挂体系，包括主框架和从框架，主框架由若干个主框架层组成，从框架由若干个从框架层组成，每个主框架层设有1-3个从框架层；从框架层的从框架柱承托或吊挂在主框架层的主框架梁上，从框架层的从框架柱与主框架梁刚接或铰接，从框架层的从框架梁端部与主框架层的主框架柱刚接或铰接，在主框架层设置框架跨层支撑。跨层支撑无论从用钢量、构件抗侧力效率上均是传统的结构支撑无法比拟的，经模拟设计，高层钢框架-支撑住宅体系各项性能指标均十分理想，使得高层钢结构住宅体系的建筑功能、经济性、适用性等方面更加完美。
【专利说明】一种主从形式的高层钢框架-支撑、吊挂及承挂体系
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种主从形式的高层钢框架-支撑体系、吊挂楼层体系及承挂体系，具体涉及一种跨层拉杆(索)支撑体系，可用于住宅、办公楼、酒店、公寓楼等，属于建筑领域。
【背景技术】
[0002]众所周知，我国属于地震多发区，历年发生的地震造成建筑物的严重破坏，给人民生命财产带来严重损失，抗震是建筑工程界需要考虑的重要课题。钢结构由于材料强度高、延性好、结构自重轻成为目前最好的建筑抗震结构而被世人认可。国家现行《建筑抗震设计规范》规定的多、高层钢结构弹性层间位移角限制1/250，是钢筋混凝土框架结构的2.2倍；钢筋混凝土框架-抗震墙结构的3.2倍；是钢筋混凝土抗震墙结构的4倍。地震作用对建筑物的影响程度取决于(I)建筑结构刚度，周期越大的建筑结构地震影响越小(Tg/T) ；(2)建筑荷载，钢结构住宅结构自重相对钢筋混凝土结构小的多，再加上主从形式的钢框架结构体系要求的轻质楼板、轻质隔墙、轻质外墙，整体建筑物荷重比现行的钢筋混凝土结构、砌体隔墙和外墙总荷载小很多，上述同类各项荷载之和，本体系大约是钢筋混凝土结构建筑的1/3?1/5。由于砌体隔墙和外墙不但荷载大的多，且做为填充墙对框架刚度影响很大，根据现行相关规范、规程规定，在计算地震力时，应考虑非承重墙的影响，结构自震周期予以折减。从地震影响系数曲线可以看到，结构周期与地震影响系数成反比、与建筑物荷重成正比，主从形式的钢框架结构体系的结构周期长和建筑物荷重小都有利于建筑抗震，且能形成良性互补。
实用新型内容
[0003]本实用新型的主要目的是提供一种用于高层住宅的基于主从形式的钢框架-支撑结构体系。主从高层钢框架-支撑住宅结构需要充分考虑地震、风对结构的作用，一方面应保证结构体系具备足够的刚度，结构在经受水平荷载作用时不使得结构构件内力过大而造成破坏和结构发生过大的变形而影响正常使用，同时也需要结构刚度不要太强、结构荷载不要太大，设计时将其控制在合理范围。为此，设计时需要制定合理的结构方案，选择好的结构方案，结构体系是关键。
[0004]本实用新型采取以下的技术方案:
[0005]一种主从形式高层钢框架-支撑住宅体系，包括主框架和从框架，所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层；所述从框架层的从框架柱承托在所述主框架层的主框架梁上，所述从框架层的从框架柱的底部与所述主框架层的主框架梁刚接或铰接，所述从框架层的从框架梁端部与所述主框架层的主框架柱刚接或铰接。在主框架层设置框架支撑，形成主从形式高层钢框架-结构体系独有的跨楼层支撑，由此构成了 “主从形式的高层钢框架-支撑体系”。
[0006]本实用新型的另一目的是提供一种用于高层住宅的基于主从形式的钢框架-吊挂结构体系。以主从形式钢框架住宅体系为基础，同时还可以衍生出其他更为合理的主从形式结构体系。基于主从形式钢框架结构体系的吊挂结构体系，定义为一种主从形式高层钢框架-吊挂住宅体系,包括主框架和从框架,所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层，从框架楼层由原本承托在主框架梁上，改为吊挂在主框架梁下。所述从框架层的从框架梁的两端与主框架柱刚接或铰接，所述从框架的柱改为吊杆，吊杆上端与主框架梁下翼缘连接，吊杆下端连接在从框架梁的上翼缘，每个从框架层均由吊杆相互串联吊挂在主框架梁上。吊杆可以采用型钢、方钢截面，也可以采用实心高强钢拉杆或高强钢拉索。连接方式为吊杆端部单耳或叉耳，与钢梁上焊接的双耳板或单耳板用销轴连接。对于高层建筑，为保证高层结构体系的侧移刚度，在主框架层设置跨楼层框架支撑，由此构成了 “主从形式高层钢框架-吊挂结构体系”。
[0007]本实用新型的再一目的是提供一种用于高层住宅的基于主从形式的钢框架-承挂结构体系。它是以主从形式的高层钢框架-支撑体系和主从形式高层钢框架-吊挂结构体系为基础，相融合衍生出的一种结构体系，命名为主从形式的钢框架-承挂结构体系。
[0008]一种主从形式高层钢框架-承挂体系，包括主框架和从框架，所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层。如前面所述的主从形式高层钢框架-支撑住宅体系，每个主框架梁承托I?2个从框架层，该从框架柱下端与主框架梁刚接或铰接，该从框架柱上端与从框架梁刚接，从框架梁与主框架柱刚接或铰接；每个主框架梁吊挂I?2个从框架层，如前面所述的主从形式高层钢框架-吊挂结构体系，所述从框架层中的柱改为吊杆，吊杆上端与主框架梁下翼缘连接，吊杆下端连接在从框架梁的上翼缘，从框架层的从框架梁端部与主框架层的主框架柱刚接或铰接。在主框架层设置跨楼层框架支撑，形成“主从形式的钢框架-承挂结构体系”。
[0009]在上述技术方案中，所述的框架支撑为纯受拉杆，采用高强拉杆或拉索做为支撑体系。可为交叉支撑或其他形式支撑。吊杆可以采用型钢、方钢截面，也可以采用实心高强钢拉杆或高强钢拉索。连接方式为吊杆端部单耳或叉耳，与钢梁上焊接的双耳板或单耳板用销轴连接。
[0010]框架设置支撑是为了弥补由于框架水平刚度不足，因为框架自身不能把由于水平作用产生的侧向位移控制在允许范围之内。框架支撑的工作原理是，当框架承受水平作用时，成组设置的2道支撑杆件A杆件和B杆件，在一个方向水平力作用下，A杆件受拉，B杆件受压；在另一方向水平力作用下，B杆件受拉，A杆件受压。最理想的支撑体系当为一个杆件受拉时，受压杆件屈曲而退出工作，结构传递给支撑的水平力完全由受拉杆件承受。已经建成的大部分工程均采用偏心支撑，拉、压杆件在设定的耗能段形成强剪切力，巨大的剪力会造成梁段凸起和凹下变形而失去功能，且修复困难。现行规范规定支撑杆件自身必须具备一定的刚度，用杆件长细比限值控制杆轴方向之外的刚度，因此不能做到受压时杆件屈曲退出工作，一旦真的屈曲了，其实截面板件已经屈服了，这种屈服造成杆件塑性变形而不能恢复，因其不能恢复而失去其工作性能。主从形式高层钢框架-结构体系、主从形式高层钢框架-吊挂结构体系、主从形式的钢框架-承挂结构体系均采用高强拉杆(拉索)做为框架支撑。当框架承受一个方向水平作用时，A杆件受拉而产生拉应力，B杆件受压向杆轴外屈曲而退出工作，由于其截面小，杆轴外刚度很小，在轴向压力屈曲时不会造成材料屈月艮。当另一方向水平力作用时，B杆件承受拉了，A杆件承受压力，此时B杆件不失其抗拉功能,立刻恢复其功能而投入工作。A、B杆件中心线交汇于主框架构件轴线上，不会由于支撑作用而产生剪力，造成主框架构件的变形。建筑物承受的水平荷载主要是地震、风的作用，其特点是双向或多向作用，且循环往复作用。把支撑设计成纯受拉杆件，其杆件适应的长细比很大，对于跨层支撑由于其实际长度和计算长度都很大，所以采用高强拉杆(拉索)是非常必要的，也是非常合理的。
[0011]所述的主框架层中，因为从结构楼层采取吊挂形式，I?2层从楼层可不落地，形成地上I?2个楼层的空层，除主框架柱、管道井、电缆井、楼电梯之外，楼座下可作为停车、绿化种植、或景观道路等，最大限度地实现节地建筑的目的。
[0012]本体系除用于住宅，还适用于其他同类建筑,如办公楼,酒店、公寓楼等。
[0013]在上述技术方案中，为充分发挥材料性能和节约钢材，主框架柱可采用钢管混凝土。
[0014]本实用新型的优点:
[0015]1、主从形式的高层钢框架-支撑体系、主从形式高层钢框架-吊挂结构体系、主从形式的钢框架-承挂结构体系、以及用于上述体系中的高强钢拉杆和高强拉索式的跨楼层支撑体系，无论从工程结构的安全性、可实施性、经济性，以及结构构件使用效率、单位建筑面积用钢量等上，都是传统意义上的结构体系无法比拟的，其具有非常显著的合理性和技术优越性。经模拟设计，各项性能指标均十分理想，用于住宅或其他同类建筑(如办公楼，酒店、公寓楼等)，从建筑功能、工程造价、施工安装等方面都是非常完美的，尤其适用于国家目前提倡的建筑业更新升级、绿色环保、建筑材料的再重复利用等都具有很大意义，更能够满足国家大力推广的住宅产业化及国家强力要求实现的建筑绿色环保行动计划要求。
[0016]2、主从钢框架体系变为主从框架悬挂结构第一个意义是，把原从框架柱变为吊杆，吊杆上下端连接均为铰接连接，由受压弯构件变为纯受拉构件，避免了小截面从结构柱截面小稳定性不足的弱点。第二个意义是主从形式高层钢框架-吊挂结构体系、主从形式的钢框架-承挂结构体系的吊杆，因采用高强拉杆或拉索的截面小，完全影藏在房间隔墙内，不会由于其截面而使得隔墙太厚，反而可以兼做隔墙骨架，使得墙体更加稳定，尤其超高超长墙面时，它的作用会更为显著。
[0017]3、主从形式钢框架结构的承托加吊挂结构体系，其兼有承托、吊挂2种特点的优势，无论从结构力学特性上和施工安装等各方面均达到最佳，也把主从形式钢框架结构体系优势发挥到顶点。在一个楼体单元中，设计人可根据使用需要，承托楼层和吊挂楼层随意组合，因为在每一个主结构楼层单元内，都有一个通层，在这个通层内可以根据使用需要自由分隔，这个大空间楼层对于办公类建筑是十分有意义的。
[0018]4、主从形式框架结构，由于其结构质量小，配套楼板、隔墙、外墙自重轻，传递到基础的荷载比传统的筋混凝土建筑小的多(1/2?1/4)，地基基础设计、施工难度降更低，造价更低。
[0019]5、因为从结构楼层采取吊挂形式，I?2层从楼层可不落地，形成地上I?2个楼层的空层，除主框架柱、管道井、电缆井、楼电梯之外，楼座下可做为停车、绿化种植、或景观道路等。
[0020]6、传统的钢筋混凝土抗震墙住宅埋入地下的楼层，除战时用于人防工程、平时只能作为仓储或自行车库，其空间利用价值很低。主从形式钢框架结构仅主框架柱落至地下室，楼座下可以作为停车或其他功用，解决了传统住宅楼座下不能做停车库的难题。
[0021]6、与专利号为ZL201320102257.9的“一种用于住宅的具有主从形式的钢框架结构体系”中国专利和专利号为ZL201320220019.8的“一种钢框架结构梁-柱螺栓刚节点”中国专利，以及“一种用于主从形式的钢框架结构体系的墙板体系”相配套，整栋建筑可实现基本无焊接，基本无湿作业(除基础之外)的全装配建筑，对提高建筑工程的施工速度产生飞越性改变，尤其对于施工环境恶劣的地区更具实际意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是传统的钢框架-支撑体系示意图。
[0023]图2是主从形式高层钢框架-支撑住宅体系示意图。
[0024]图3是主从形式高层住宅钢框架一支撑住宅体系建筑平面图。
[0025]图4是主从形式高层住宅钢框架一支撑结构布置图。
[0026]图5是主从框架一吊挂结构体系示意图。
[0027]图6是多层主从形式钢框架-吊挂住宅体系示意图。
[0028]图7是主从框架一承挂结构体系示意图。
[0029]图8是多层主从框架一承挂结构体系示意图。
[0030]图9是主从框架一吊杆连接不意图。
[0031]主要附图标记:`[0032]I主框架柱2主框架梁
[0033]3吊杆(从框架)4从框架梁
[0034]5从框架柱6框架支撑
[0035]7 一级结构8 二级结构
[0036]9主框架层10从框架层
【具体实施方式】
[0037]传统的钢框架-支撑体系每楼层设置一组结构支撑(图1)，本实用新型的高层钢框架-支撑住宅体系按照主结构层设置支撑，与传统的支撑不同的是跨楼层设置支撑(图2)，使之成为主从形式高层钢框架-支撑住宅体系。
[0038]一、本实用新型的主从形式高层钢框架-支撑住宅体系,包括主框架和从框架,主框架由若干个主框架层9组成，从框架由若干个从框架层10组成，每个主框架层9设有2个从框架层10 ;从框架层10的从框架柱5承托在主框架层9的主框架梁2上，从框架层的从框架柱5的底部与主框架层的主框架梁2刚接或铰接，从框架层的从框架梁4端部与主框架层的主框架柱I刚接或铰接，在主框架层9设置框架支撑6，即设置跨楼层支撑。
[0039]跨层支撑布置有多种方案，图2仅为其中一种交叉支撑。从图1和图2中可直观看出跨层支撑的合理性、优越性，无论从用钢量、构件抗侧力效率上均是前者无法比拟的。经模拟设计，高层钢框架-支撑体系各项性能指标均十分理想。
[0040]如图3和图4所示，是18层住宅的建筑平面图和结构布置平面图，支撑平面布置除满足结构刚度要求外，尚需与建筑师协调位置，尽量设置在实墙面(不开窗墙面)上，对于横向很容易实现，纵向支撑布置位置需要很好斟酌。[0041]为了高层钢结构住宅体系从建筑功能、经济性、适用性等方面更加完美，主从高层钢框架-支撑住宅结构采用钢管混凝土作为主框架楼层柱，由此可以大幅度提高结构承载能力，提高结构刚度，节约钢材。在满足规范规定的承载能力极限状态和正常使用极限状态前提下，柱截面更小，用钢量也降到最低。
[0042]二、本实用新型以主从形式钢框架住宅体系为基础，实现了多层主从形式钢框架住宅建筑和主从形式高层钢框架-支撑住宅建筑，同时还可以衍生出其他更为合理的主从形式结构体系，如基于主从形式钢框架结构体系的吊挂结构体系和主从形式的钢框架-承挂结构体系。
[0043]基于主从形式钢框架结构体系的吊挂结构体系，包括主框架和从框架，主框架由若干个主框架层9组成，从框架由若干个从框架层10组成，每个主框架层9设有2个从框架层10 ;从框架层10的从框架梁4的两端与主框架柱I刚接或铰接，从框架层10中可设置吊杆3，吊杆3上端与主框架梁2的耳板用销轴连接，吊杆3下端吊挂在从框架梁上的耳板用销轴连接，每个从框架层10的吊杆3与主框架梁2和从框架梁4相互串联。在主框架层9设置框架支撑6，即跨楼层设置支撑，如交叉支撑，形成主从形式钢框架-吊挂结构体系。
[0044]上述技术方案使得具有主从形式钢框架-吊挂体系成为可能，基本的主从形式钢框架，从框架是支撑在主框架之上的，换一思路，从框架柱5改为吊杆3，上端与主框架梁2连接，下端吊挂从结构楼层。一个主结构楼层可吊挂I?3个从结构楼层，每从结构楼层间均用吊杆3串联，形成主从形式框架-吊挂结构体系，参见图5、图6。
[0045]主从形式钢框架中的从框架楼层变为吊挂从楼层，对于主框架而言，结构特性没有改变。所不同的是最顶层主从单元与其下部各单元一样，主框架梁2承担着同样多的从结构楼层荷载，各主从结构单元的结构形式、承受荷载、构件尺寸均相同；最底层从结构不落地，与其上部各主从单元一样，悬挂在主框架梁2上。
[0046]三、在主从形式钢框架结构和主从形式钢框架吊挂结构基础上，还可以融合成为主从形式钢框架结构体系的承托与吊挂结构体系，就是把从结构楼层一部分承托在主框架梁2之上，另一部分楼层吊挂在主框架梁2之下，形成主从形式钢框架结构的承托吊挂结构体系。
[0047]如图7、8、9所示，该主从形式高层钢框架-承托吊挂体系，包括主框架和从框架，主框架由若干个主框架层9组成，从框架由若干个从框架层10组成，每个主框架层9设有2个从框架层10。在每个主框架层9的上面承托一个从框架层10，该从框架层10承托在主框架梁2上，该从框架柱5下端与主框架梁2刚接或铰接，该从框架柱5上端与从框架梁4刚接，从框架梁4与主框架柱I刚接或铰接；在主框架层9的下面吊挂一个从框架层10，从框架吊杆3吊挂在主框架层9的主框架梁2下，从框架层10的吊杆3用耳板销轴连接在主框架梁2和从框架梁4上。在主框架层9设置框架支撑6，即设置跨楼层支撑，如交叉支撑，形成主从形式钢框架-承托吊挂结构体系。
[0048]四、在上述三种技术方案中，框架支撑6为纯受拉杆，采用高强拉杆或拉索做为支撑体系，可为交叉支撑或其他形式支撑。
[0049]吊杆3可以采用型、方截面，也可以采用实心拉杆或拉索。高强钢拉杆或高强钢拉索连接方式为吊杆端部单耳或叉耳，与梁上焊接的双耳板或单耳板用销轴连接。吊杆3可采用比普通钢材高的多的钢拉杆(索)，我国目前生产的钢拉杆有很多强度等级，最高屈服强度达到820N/mm2，是Q235级钢材的3.5倍、Q345级钢材的2.4倍，可以大幅度节约钢材。钢拉杆是由工厂生产的成品件，特点是截面积小、重量轻，与上下构件连接或销钉或螺丝扣连接，现场施工安装简单便捷。
[0050]这种主从形式钢框架结构的承托吊挂结构体系兼有承托、吊挂2种特点的优势，无论从结构力学特性上和施工安装等各方面均达到最佳，也把主从形式钢框架结构体系优势发挥到极致。在一个楼体单元中，根据使用需要可把承托、吊挂从楼层随机组合，在每一个主结构楼层单元内，都有一个仅有主结构柱的通层大空间，这个大空间楼层对于办公类建筑是十分有意义的。
[0051]主从形式的高层钢框架-支撑体系、主从形式高层钢框架-吊挂结构体系、主从形式的钢框架-承挂结构体系、以及用于上述体系中的高强钢拉杆和高强拉索式的跨楼层支撑体系，无论从工程结构的安全性、可实施性、经济性，以及结构构件使用效率、单位建筑面积用钢量等上，都是传统意义上的结构体系无法比拟的，其具有非常显著的合理性和技术优越性。经模拟设计，各项性能指标均十分理想，用于住宅或其他同类建筑(如办公楼，酒店、公寓楼等)，从建筑功能、工程造价、施工安装等方面都是非常完美的，尤其适用于国家目前提倡的建筑业更新升级、绿色环保、建筑材料的再重复利用等都具有很大意义，更能够满足国家大力推广的住宅产业化及国家强力要求实现的建筑绿色环保行动计划要求。
【权利要求】
1.一种主从形式的高层钢框架-支撑体系,其特征在于:包括主框架和从框架,所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层；所述从框架层的从框架柱承托在所述主框架层的主框架梁上，所述从框架层的从框架柱的底部与所述主框架层的主框架梁刚接或铰接，所述从框架层的从框架梁端部与所述主框架层的主框架柱刚接或铰接，在主框架层设置跨楼层框架支撑。
2.如权利要求1所述的主从形式的高层钢框架-支撑体系，其特征在于:所述的框架支撑采用高强拉杆或拉索。
3.—种主从形式的高层钢框架-吊挂体系，其特征在于:包括主框架和从框架，所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层；所述从框架层的从框架梁的两端与主框架柱刚接或铰接，所述从框架层中设置吊杆，吊杆上端与主框架梁下翼缘连接，吊杆下端连接在从框架梁的上翼缘，每个从框架层均由吊杆相互串联吊挂在主框架梁上，在主框架层设置跨楼层框架支撑。
4.如权利要求3所述的主从形式的高层钢框架-吊挂体系，其特征在于:所述的框架支撑采用高强拉杆或拉索。
5.如权利要求3所述的主从形式的高层钢框架-吊挂体系，其特征在于:所述的吊杆为高强拉杆或高强拉索，所述的吊杆上、下端部设置单耳或叉耳，与梁上焊接的双耳板或单耳板用销轴连接。
6.—种主从形式的高层钢框架-承挂体系，其特征在于:包括主框架和从框架,所述主框架由若干个主框架层组成,所述从框架由若干个从框架层组成,每个主框架层设有I 一 3个从框架层；每个主框架梁承托I?2个从框架层，所述的从框架柱下端与主框架梁刚接或铰接，所述的从框架柱上端与从框架梁刚接，从框架梁与主框架柱刚接或铰接；每个主框架梁吊挂I?2个从框架层，所述从框架层中设置吊杆，吊杆上端与主框架梁下翼缘连接，吊杆下端连接在从框架梁的上翼缘，从框架层的从框架梁端部与主框架层的主框架柱刚接或铰接，在主框架层设置跨楼层框架支撑。
7.如权利要求6所述的主从形式的高层钢框架-承挂体系，其特征在于:所述的框架支撑采用高强拉杆或拉索。
8.如权利要求6所述的主从形式的高层钢框架-承挂体系，其特征在于:所述的吊杆为闻强拉杆或闻强拉索。
9.如权利要求8所述的主从形式的高层钢框架-承挂体系，其特征在于:所述的吊杆上、下端部设置单耳或叉耳，与梁上焊接的双耳板或单耳板用销轴连接。
【文档编号】E04H9/02GK203669456SQ201320839756
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】赵守明 申请人:赵守明