一种在钢桁架中增设预应力钢拉索的悬挂结构的制作方法

本发明涉及一种在钢桁架中增设预应力钢拉索的悬挂结构，属于悬挂结构领域的创新技术。

背景技术：

基于建筑功能多元化的要求，在人员密集的商业、展览类等公共建筑内，存在塔楼内部设置大跨度通高中空区域的情况。基于室内交通流线和业态需求，建筑功能需要在满足底部楼层对于大空间需求的前提下，又会在中空区域靠近上部数个楼层设置若干个空中连廊，以形成丰富多变的立体空间。一般情况下，空中连廊通过在起始楼层设置若干榀钢桁架，支撑上部各层。但是，空中连廊起始楼层往往也有建筑大空间功能需求，钢桁架中斜杆的设置会影响到大空间。由此提出新的解决方案是将钢桁架设置于顶部楼层，下挂数个楼层，形成悬挂结构，以实现底部楼层建筑功能的大空间需求，为复杂多变的建筑功能和结构体系的协调统一找到一个合理平衡点。由于悬挂结构的受拉杆件存在冗余度低，抵抗外力敏感度高等问题，钢桁架中的杆件或下挂楼层的钢柱一旦出现意外事件导致其丧失承载力时，会出现空中连廊局部甚至整体发生连续倒塌的安全隐患。如何改善悬挂结构体系的受力性能，切实做到安全可靠，发挥悬挂结构体系能充分适应灵活多变建筑功能的优点，成为此类型悬挂结构得以推广的技术瓶颈。

技术实现要素：

本发明目的是基于上述研究现状提出一种在钢桁架中增设预应力钢拉索的悬挂结构，本发明基于常规悬挂结构基础之上增加预应力钢拉索，构造形式简单，易实施，针对性强，增加工程造价比例较小，充分发挥预应力钢拉索抗拉强度高的力学特性，为悬挂结构提供第二道受力防线，极大地提高了结构体系的安全度，且在施工安装方面，施工工序次序性强，安装便利，具备在同类型项目中推广的有利条件。

本发明的技术方案是：本发明是一种在钢桁架中增设预应力钢拉索的悬挂结构，包括钢桁架、钢框架梁、钢柱、预应力钢拉索，所述钢桁架包括有上弦杆、斜杆、竖杆和下弦杆，竖杆贯穿上弦杆与下弦杆，并将上弦杆与下弦杆连接在一起，且竖杆的下端与下挂楼层中的钢柱上下对齐贯通连接，斜杆倾斜连接在上弦杆与下弦杆之间，在钢桁架跨中位置的竖杆和钢柱内通高穿过预应力钢拉索，预应力钢拉索的上下两端分别设有张拉端和锚固端，张拉端固定在钢桁架中的上弦杆顶部，锚固段固定于下挂楼层中最底层的钢框架梁底部。

本发明采用包括钢桁架、钢框架梁、钢柱、预应力钢拉索的结构，即在塔楼中空区域顶部楼层设置若干钢桁架连通，并下挂数个楼层，以悬挂结构形式实现空中连廊建筑功能要求，钢桁架中竖杆与下挂楼层中的钢柱上下对齐贯通连接。待整体结构安装完毕后，在钢桁架跨中位置的竖杆和钢柱内通高穿过预应力钢拉索，待所有钢构件安装就位后，在张拉段施加预应力，为悬挂结构提供第二道受力防线，若钢桁架中某个杆件遭受意外或由于施工质量缺陷等原因导致承重失效，会引起钢桁架内所有杆件产生内力重分布，此时，预应力钢拉索会瞬时承担拉力，确保整体结构仍能正常工作，此种结构体系符合防连续倒塌设计理念，可作为增强悬挂结构安全度的重要手段之一。本发明具有如下优点：

1）本发明在满足建筑使用功能的前提下，其结构体系具备防连续倒塌的技术特点。

2）在满足建筑平面布置的功能需求的前提下，合理确定设置预应力钢拉索的数量和位置，实现建筑功能和结构体系的统一。

3）一旦由于外力导致钢桁架中部分构件损坏，丧失承载能力，由于预应力钢拉索瞬时承担拉力，使得悬挂结构能继续维持稳定的受力体系，可为后续维修加固提供极大便利条件，并节约施工措施费用。

本发明适用于在建筑物内部设置通高的中空区域，且在中空上方部分楼层高又增设空中连廊的高层建筑，具有广阔的适用范围和发展空间。

附图说明

图1为本发明的剖面示意图；

图2为图1中位于钢桁架上弦杆的预应力钢拉索锚固端详图；

图3为图1中位于钢桁架下弦杆的预应力钢拉索张拉端详图；

图4为图1中的a-a剖面图，位于内设预应力钢拉索的钢柱横剖面示意图；

图5为图2、3中的b-b剖面图，是预应力钢拉索锚固端和固定段部位的横剖面示意图；

图6为本发明实施例1应用于实际工程的钢桁架所在楼层的局部结构平面图；

图7为图6中的c-c剖面图，是本发明实施例1应用于实际工程中的整体剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明是一种在钢桁架中增设预应力钢拉索的悬挂结构，包括钢桁架1、钢框架梁2、钢柱3、预应力钢拉索4，所述钢桁架1包括有上弦杆5、斜杆6、竖杆7和下弦杆8，竖杆7贯穿上弦杆5与下弦杆8，并将上弦杆5与下弦杆8连接在一起，且竖杆7的下端与下挂楼层中的钢柱3上下对齐贯通连接，斜杆6倾斜连接在上弦杆5与下弦杆8之间，在钢桁架1跨中位置的竖杆7和钢柱3内通高穿过预应力钢拉索4，预应力钢拉索4的上下两端分别设有张拉端11和锚固端12，张拉端11固定在钢桁架1中的上弦杆5顶部，锚固段12固定于下挂楼层中最底层的钢框架梁2底部。

即在塔楼中空区域顶部楼层设置若干个钢桁架1连通，并下挂数个楼层，以悬挂结构形式实现架设空中连廊的要求，钢桁架1中竖杆7与下挂楼层中钢柱3上下对齐贯通连接，待整体结构安装完毕后，在钢桁架1跨中位置的竖杆7和钢柱3内通高穿过预应力钢拉索4，待所有钢构件安装就位后，在张拉段11施加预应力，为悬挂结构提供第二道受力防线，若钢桁架1中某个杆件遭受意外导致承重失效，会引起钢桁架1内所有杆件产生内力重分布，此时，预应力钢拉索4会瞬时承担拉力，确保整体结构仍能正常工作。

所述竖杆7为钢桁架1组成部分之一，位于顶部楼层高度范围，钢柱3位于下挂楼层高度范围，二者上下对齐贯通连接。

所述预应力钢拉索4在竖杆7和钢柱3内部空间通高穿过，并在上下两端分别设置张拉端11、锚固端12固定。

所述预应力钢拉索4所在的竖杆7或钢柱3遭受外力（如：撞击、火灾等）或由于施工质量缺陷等问题而退出工作状态时，预应力钢拉索4会瞬间承担拉力，相当于替代竖杆7或钢柱3的作用，能继续保持悬挂结构稳定的受力体系。

所述设置预应力钢拉索4相邻节间的斜杆6、竖杆7遭受外力或由于施工质量缺陷等问题而退出工作状态时，钢桁架1会产生内力重分布，引起预应力钢拉索4承担拉力，预应力钢拉索4能对钢桁架1中相邻节间已经退出工作的斜杆6或竖杆7起到支撑作用，可确保悬挂结构仍旧保持稳定的受力体系，为后期维修提供便利条件。

本实施例中，所述竖杆7和钢柱3是截面形状为矩形或圆形的钢管。

本实施例中，所述预应力钢拉索4的外侧装设有波纹管9。波纹管9作为预应力钢拉索4的保护层装置，预先在加工厂将预应力钢拉索4在波纹管9内部穿过，形成组装完成的成品构件，运输现场后，再将其在竖杆7、钢柱3之中贯通穿过就位。

本实施例中，所述钢桁架1设置于顶部楼层，平面布置位于主轴线方向，沿高度方向占1~2个楼层。具体视跨度、荷载、支撑条件综合确定。

本实施例中，所述预应力钢拉索4首选设置于钢桁架1跨中位置的竖杆7内，且沿着整个空中连廊高度方向楼层内贯通设置。其他位置的竖杆7是否设置预应力钢拉索4，需视具体情况而定。

本实施例中，所述张拉端11和锚固端12均包括有锚板13、螺母14，其中，锚板13焊接于上弦杆5的上方和下挂楼层最底层的钢框架梁2的下方，且位于与竖杆7和钢柱3交汇的位置，且锚板13上设有供预应力钢拉索4和波纹管9穿过的通孔，所述螺母14套在锚板13的外周圈，待预应力钢拉索4和波纹管9安装就位后，螺母14在锚板13预先加工的螺纹上拧紧就位。螺母14是钢螺母。

本实施例中，所述张拉端11和锚固端12还包括有加劲肋16，位于张拉段11的加劲肋16固定在竖杆7的内壁，且位于钢桁架上弦杆5的高度范围内；位于锚固段12的加劲肋16固定在钢柱3的内壁，且位于下挂楼层最底层的钢框架梁2高度范围内。

本实施例中，所述加劲肋16沿钢桁架1中的上弦杆5或钢框架梁2的全高或者部分高度设置。视具体情况而定。

本实施例中，所述张拉端11和锚固端12还包括有焊接钢保护罩15，焊接钢保护罩15套在螺母14的外表面。

本实施例中，位于张拉段11和锚固段12区域，带张拉就位完毕后，在预应力钢拉索4、锚板13、螺母14的外表面均匀涂抹有防腐油脂10，直到完全包裹覆盖。焊接钢保护罩15由钢板焊接而成，外形呈圆柱体状，焊接钢保护罩15焊接于张拉端11及锚固端12外侧，其目的是包住张拉端11及锚固端12，起到保护层的作用。

图2为本发明实施例1预应力钢拉索位于锚固端的详图，即图1中预应力钢拉索4位于钢桁架1中上弦杆5位置的构造节点详图，预应力钢拉索4在波纹管9中穿过，在竖杆7内部中空区域居中布置，为确保波纹管9沿竖向贯通设置，与之相交的上弦杆5、斜杆6均在汇交位置断开，并预留足够空隙，确保波纹管9均能穿过，位于上弦杆5高度方向，在竖杆7内壁沿着正交方向各设置1组加劲肋16，给张拉端11提供可靠支座。

图3为本发明实施例1预应力钢拉索位于张拉端详图，即图1中预应力钢拉索4位于悬挂楼层最底层的钢框架位置的构造节点详图，图2是张拉段11区域，图3为锚固段12区域，二者的构造措施方面二者基本一致。楼层钢框架梁2在波纹管9穿过位置断开，确保波纹管9竖向贯通。

图4为本发明实施例1中预应力钢拉索的横剖面示意图，预应力钢拉索4截面形式为矩形或圆形，其中波纹管9与预应力钢拉索4在钢柱3内部居中设置，与侧壁不接触，完全相互独立。

图5为本发明实施例1中预应力钢拉索在锚固端（或固定段）横剖面示意图，与图4基本一致，区别是在竖杆7或钢柱3内壁正交对称焊接2组加劲肋16，为张拉端11或锚固段12起到支撑作用。

图6为本发明实施例1应用于实际工程的钢桁架所在楼层的局部结构平面图，本发明应用于某实际工程中，抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组，场地类别ⅱ类。该工程地下2层，地上12层，地上结构主体总高度55.2m，结构体系为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，部分区域采用悬挂结构（为钢结构体系）。塔楼整体平面布置呈梯形，平面尺寸220×62~100.5m，基于各层建筑功能的需要，在1~7层设置大尺度中空区域，建筑功能为大型展览场所，中空区域平面尺寸160.8×22~47m，各层结构平面布置呈槽形。在8~12层共设置3组空中连廊，将中空区域在中上部楼层连为一体，每组空中连廊宽度为28~32m，占3~4个柱距空间不等，跨度30~47m。分别在每组空中连廊顶部楼层（11~12层）设置3~4榀钢桁架1为支撑体系，8~10层为下挂楼层。钢桁架1中的上弦杆5、下弦杆8分别支撑在两侧塔楼的型钢混凝土柱18上。使得空中连廊形成悬挂结构体系。考虑到悬挂结构冗余度低的问题，故在位于钢桁架1跨中区域的竖杆7内部中空区域设置预应力钢拉索4，且上下贯穿整个楼层，为空中连廊提供第二道受力防线，为悬挂结构体系有效的安全度，可确保此类型结构体系安全可靠，受力合理。

图7为本发明实施例1应用于实际工程中的结构剖面示意图，即图6中的c-c剖面图，该实际工程1~7层在大部分区域为独立两栋塔楼，在8~12层设置空中连廊连为一体，其中位于11~12层设置钢桁架1作为支撑体系，8~10层通过与钢桁架1中的竖杆7对应的位置下挂钢柱3，形成悬挂结构体系。在位于钢桁架1跨中位置的竖杆7内部，增设预应力钢拉索4，为悬挂结构提供第二道防线和安全保障。