悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构

本技术属于结构工程，尤其涉及一种悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，适用于大跨度大悬挑高层结构，大跨度指转换区跨度不小于50米，大悬挑指两侧悬挑不小于20米。

背景技术：

1、悬索结构和斜拉索结构是以钢索为主要受力构件，并结合楼屋面结构构成的整体体系，具有自重轻、跨度大和承载高等优点，该结构体系广泛大跨度桥梁结构中，而在房建领域中的应用较为少见。结构跨度是判定该类体系力学性能的一个重要因素。

2、悬索结构的悬索主要承受拉力，可有效发挥钢索的极大抗拉强度，通过悬索和吊柱结构形成悬索下挂楼面结构以实现高层结构的超大跨度高位转换。悬索在楼面竖向均布荷载作用下，一般呈现为向下的抛物线形状，其转换结构对应也不在同一高度楼层，这与传统的高位转换具有较大的不同，对悬索-吊柱-主梁结构构造和形式的合理性与有效性的要求高。

3、斜拉索结构的拉索主要承受拉力，亦可发挥钢索的极大抗拉强度。不同于悬索结构，斜拉索通过单侧斜拉，除了可实现大跨转换结构之外，也可实现大跨度的悬挑结构，但拉索端受力集中且较大，锚固要求高，对斜拉索-主梁结构构造和形式的合理性与有效性的要求高。

4、当悬索-斜拉索组合式体系用于高层结构高位转换时，上部框架结构的承载也会对拉索受力和变形造成影响，施工加载模拟时其影响不可忽略，因而需要合理有效的整体体系构造方案和设计模拟分析，才能正常使用。

5、此外，组合式高位转换高层结构体系还存在节点连接构造复杂、部件构成复杂以及承载性能和刚度等问题，这些问题使得悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构形式设计及构成方案的合理性与有效性难以保障，进而影响其承载性能和正常使用。

6、综上所述，研究一种悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构的形式，以适用于底部大跨空间和两侧大悬挑的高位转换复杂造型高层建筑结构的有效过渡连接是十分必要的。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构。

2、这种悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，包括：钢支撑-核心筒索塔基座、中部悬索-吊柱-主梁结构、两侧斜拉索-主梁结构、水平斜支撑和上部框架结构；

3、所述钢支撑-核心筒索塔基座位于左右两侧端部，每个钢支撑-核心筒索塔基座均包括2个落地核心筒剪力墙和2榀落地钢支撑桁架，每个钢支撑-核心筒索塔基座中2榀跨落地钢支撑桁架分别设于2个落地核心筒剪力墙两侧；

4、所述中部悬索-吊柱-主梁结构位于中部大跨区，中部悬索-吊柱-主梁结构包括中部支撑悬索、中部下挂吊柱和中部楼面主梁，中部支撑悬索两端分别固定在两个钢支撑-核心筒索塔基座的顶部形成核心支撑构架，中部支撑悬索通过中部下挂吊柱与中部楼面主梁连接构成楼面重力支撑系统；

5、所述两侧斜拉索-主梁结构位于两侧悬挑区，两侧斜拉索-主梁结构包括两侧斜拉索和两侧楼面主梁，数榀两侧斜拉索的高端固定在钢支撑-核心筒索塔基座不同高度处，低端连接至两侧楼面主梁；

6、所述水平斜支撑位于中部支撑悬索的跨中最低高度位置所在楼层，水平斜支撑包括2组沿纵向布置的交叉钢梁；

7、所述上部框架结构位于中部支撑悬索的上方，包括中部悬索-吊柱-主梁结构上抬的上部框架结构和两侧斜拉索-主梁结构上抬的上部框架结构。

8、作为优选：左侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的落地核心筒剪力墙由索塔基座x向剪力墙一和索塔基座y向剪力墙一构成，右侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的落地核心筒剪力墙由索塔基座x向剪力墙二和索塔基座y向剪力墙二构成；左侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的2榀落地钢支撑桁架为索塔基座钢支撑桁架一，右侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的2榀落地钢支撑桁架为索塔基座钢支撑桁架二，索塔基座钢支撑桁架一和索塔基座钢支撑桁架二均由钢支撑桁架竖柱、钢支撑桁架横梁和钢支撑桁架斜撑构成。

9、作为优选：落地核心筒剪力墙厚度为400～800mm，落地核心筒剪力墙为l型、u型或筒形，落地钢支撑桁架为平面桁架结构，钢支撑桁架斜撑的形式为人字形、交叉形或单斜撑型；钢支撑桁架竖柱为箱型或圆形截面，截面尺寸为600～1000mm；钢支撑桁架横梁为h型或箱型截面，截面高度为500～800mm；钢支撑桁架斜撑为h型截面，截面高度为300～500mm。

10、作为优选：中部支撑悬索的两端分别通过悬索固定连接端一和悬索固定连接端二连接至两个钢支撑-核心筒索塔基座的顶部；中部下挂吊柱通过吊柱顶部连接节点吊挂在中部支撑悬索下方，中部下挂吊柱通过吊柱中部连接节点和吊柱底部连接节点与中部楼面主梁刚性连接构成楼面重力支撑系统；中部支撑悬索为钢绞线拉索，截面直径为100～200mm；中部支撑悬索的曲线形式为抛物线，倾斜角度为15～45°。

11、作为优选：两侧斜拉索的高端通过斜拉索高端连接节点固定在钢支撑-核心筒索塔基座不同高度处；两侧斜拉索的低端通过斜拉索低端连接节点连接至两侧楼面主梁上，两侧楼面主梁位于悬索-吊柱-主梁结构对应两侧斜拉索低端高度处的高位转换底层；两侧斜拉索为倾斜布置，两侧斜拉索的底端拉住连廊桁架结构的悬挑部分，两侧斜拉索的顶端采用锚固节点进行锚固连接；两侧斜拉索的构件截面为钢绞线拉索，截面直径为60～150mm；斜拉索的倾斜角度为30～60°。

12、作为优选：中部支撑悬索和两侧斜拉索均包括拉索构件段、拉索测量段、拉索调节段和拉索锚固端；拉索锚固端包括拉索锚固端垫板和拉索锚固端锚具；拉索锚固端在中间跨的混凝土锚固处和两侧跨的钢结构锚固处分别设有锚固端加密钢筋和锚固端加劲隔板。

13、作为优选：所述水平斜支撑包括2组沿纵向布置的交叉钢梁，水平斜支撑节点处设有节点加劲板；上部框架结构包括钢柱和钢梁构件。

14、本实用新型的有益效果是：

15、1)本实用新型提供的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其结构体系构造合理，可以实现底部大跨空间和两侧大悬挑的高位转换复杂造型高层建筑结构的有效过渡连接和体系设计承载，充分发挥组合式高位转换高层结构的底部大空间转换、高抗侧刚度和两侧大悬挑的高位转换复杂建筑造型功能优点。

16、2)本实用新型的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构以钢支撑-核心筒索塔基座和中部悬索-吊柱-主梁结构结合组成为核心支撑构架，并通过两侧斜拉索-主梁结构、水平斜支撑分别实现两侧大悬挑区楼面框架结构的竖向支撑、整体抗侧抗扭刚度的加强，通过上部框架结构实现上部楼面重力结构系统而构成整体受力模式，可达到在减轻自重和保证承载性能的同时，实现底部大空间转换、高抗侧性能和两侧大悬挑的高位转换复杂建筑造型及功能。

17、3)本实用新型的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构的构件组成模块明确，传力清晰，整体体系底部空间转换跨度大、转换悬挑大、抗侧刚度高且高位转换连接建筑造型优美，在底部大跨空间和两侧大悬挑的高位转换复杂造型高层建筑结构体系中具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于，包括：钢支撑-核心筒索塔基座、中部悬索-吊柱-主梁结构、两侧斜拉索-主梁结构、水平斜支撑(22)和上部框架结构(23)；

2.根据权利要求1所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：左侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的落地核心筒剪力墙由索塔基座x向剪力墙一(1)和索塔基座y向剪力墙一(2)构成，右侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的落地核心筒剪力墙由索塔基座x向剪力墙二(3)和索塔基座y向剪力墙二(4)构成；左侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的2榀落地钢支撑桁架为索塔基座钢支撑桁架一(5)，右侧的钢支撑-核心筒索塔基座中的2榀落地钢支撑桁架为索塔基座钢支撑桁架二(6)，索塔基座钢支撑桁架一(5)和索塔基座钢支撑桁架二(6)均由钢支撑桁架竖柱(7)、钢支撑桁架横梁(8)和钢支撑桁架斜撑(9)构成。

3.根据权利要求2所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：落地核心筒剪力墙厚度为400～800mm，落地核心筒剪力墙为l型、u型或筒形，落地钢支撑桁架为平面桁架结构，钢支撑桁架斜撑(9)的形式为人字形、交叉形或单斜撑型；钢支撑桁架竖柱(7)为箱型或圆形截面，截面尺寸为600～1000mm；钢支撑桁架横梁(8)为h型或箱型截面，截面高度为500～800mm；钢支撑桁架斜撑(9)为h型截面，截面高度为300～500mm。

4.根据权利要求1所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：中部支撑悬索(10)的两端分别通过悬索固定连接端一(13)和悬索固定连接端二(14)连接至两个钢支撑-核心筒索塔基座的顶部；中部下挂吊柱(11)通过吊柱顶部连接节点(15)吊挂在中部支撑悬索(10)下方，中部下挂吊柱(11)通过吊柱中部连接节点(16)和吊柱底部连接节点(17)与中部楼面主梁(12)刚性连接构成楼面重力支撑系统；中部支撑悬索(10)为钢绞线拉索，截面直径为100～200mm；中部支撑悬索(10)的曲线形式为抛物线，倾斜角度为15～45°。

5.根据权利要求1所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：两侧斜拉索(18)的高端通过斜拉索高端连接节点(20)固定在钢支撑-核心筒索塔基座不同高度处；两侧斜拉索(18)的低端通过斜拉索低端连接节点(21)连接至两侧楼面主梁(19)上，两侧楼面主梁(19)位于悬索-吊柱-主梁结构对应两侧斜拉索(18)低端高度处的高位转换底层；两侧斜拉索(18)为倾斜布置，两侧斜拉索(18)的底端拉住连廊桁架结构的悬挑部分，两侧斜拉索(18)的顶端采用锚固节点进行锚固连接；两侧斜拉索(18)的构件截面为钢绞线拉索，截面直径为60～150mm；斜拉索的倾斜角度为30～60°。

6.根据权利要求1所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：中部支撑悬索(10)和两侧斜拉索(18)均包括拉索构件段(25)、拉索测量段(26)、拉索调节段(27)和拉索锚固端；拉索锚固端包括拉索锚固端垫板(28)和拉索锚固端锚具(29)；拉索锚固端在中间跨的混凝土锚固处和两侧跨的钢结构锚固处分别设有锚固端加密钢筋(30)和锚固端加劲隔板(31)。

7.根据权利要求1所述的悬索-斜拉索组合式高位转换高层结构，其特征在于：所述水平斜支撑(22)包括2组沿纵向布置的交叉钢梁，水平斜支撑(22)节点处设有节点加劲板(24)；上部框架结构(23)包括钢柱和钢梁构件。

技术总结
本技术涉及一种悬索‑斜拉索组合式高位转换高层结构，包括：钢支撑‑核心筒索塔基座、中部悬索‑吊柱‑主梁结构、两侧斜拉索‑主梁结构、水平斜支撑和上部框架结构；所述钢支撑‑核心筒索塔基座位于左右两侧端部，所述中部悬索‑吊柱‑主梁结构位于中部大跨区，所述两侧斜拉索‑主梁结构位于两侧悬挑区，所述水平斜支撑位于中部支撑悬索的跨中最低高度位置所在楼层，所述上部框架结构位于中部支撑悬索的上方。本技术的有益效果是：实现底部大跨空间和两侧大悬挑的高位转换复杂造型高层建筑结构的有效过渡连接和体系设计承载，底部空间转换跨度大、转换悬挑大、抗侧刚度高。

技术研发人员：王震,赵阳,石雷,丁智,瞿浩川,杨学林,许翔
受保护的技术使用者：浙大城市学院
技术研发日：20230210
技术公布日：2024/1/12