一種斜拉多層框架結構及其施工控制方法

2023-04-29 17:21:11

專利名稱：一種斜拉多層框架結構及其施工控制方法
技術領域：
本發明涉及一種斜拉多層框架結構及其施工控制方法，屬結構工程技術領域。
背景技術：
在現代多層及高層建築中，時常希望能夠在底層或者中間某些樓層營造出無柱通 透的大空間。若是應用傳統框架結構來滿足這種需求，勢必造成某些構件的尺寸過大；在跨 度很大時，單純靠框架梁受彎來承受上部結構荷載很難滿足要求。在空間結構與橋梁工程 中，為實現大跨度，往往採用預應力結構，如空間屋蓋等大跨度公共建築以及斜拉橋與懸索 橋等橋梁結構等，但此類預應力結構在多層及高層框架結構中很少應用。為此，將預應力結 構的概念應用到框架結構中，提出了一種新型雜交預應力結構——斜拉多層框架結構。
本專利提出的斜拉多層框架結構，一般由錨錠結構、託梁、框架結構及斜拉索組 成，並在施工過程中使結構體系從鉸接連接轉變為剛接連接結構，從而達到合理分配施工 階段與運營期間構件內力的目的。所述錨固結構用於拉索的錨錠，剛度較大，形式為核心筒 結構或剪力牆結構。所述託梁兩端支承於錨錠結構上，並作為框架結構的支承；所述框架結 構由框架梁、框架柱及樓面板組成；所述拉索斜向放置於框架中，一端連接在託梁上，另一 端錨固於錨錠結構上；所述斜拉索可以為託梁提供支承，從而為框架結構提供了一個巨大 的支撐力量，斜拉索與框架結構共同形成多重斜拉框架結構。 對於斜拉多層框架結構而言，如果按照傳統預應力結構的一般施工方法，施工過 程中需要對拉索進行分級分批張拉，即首先要建造錨錠結構，再安裝託梁與斜拉索；之後 對斜拉索進行張拉，使託梁形成一定的反拱，再在託梁上逐層安裝框架柱、框架梁、樓面板； 在安裝上部框架結構的過程中，由於其自重作用使得已經安裝的結構不斷下沉，因而會在 已經安裝的樓面梁上產生較大的附加裝配軸力，給結構埋下安全隱患；另外，在結構施工過 程中需要對斜拉索進行多次張拉，而由於結構自重巨大，斜拉索的張拉力數值往往相當可 觀，張拉過程的施工成本會急劇增加。 為此，本發明把斜拉多層框架結構的性能設計與施工相結合，提出了一種施工控 制方法，不僅可克服傳統拉索結構的施工難點，而且可以改變結構構件之間的受力大小與 分配關係。具體思路如下首先利用剛度較大的核心筒以及剪力牆結構作為斜拉索的錨 錠結構；然後安裝託梁、跨中框架柱以及頂層框架梁，並將託梁、頂層框架柱的連接節點處 理為鉸接；安裝斜拉索，使其一端連接於錨錠結構上，另一端連接於底部託梁上，調整斜拉 索使其達到設定長度，此時託梁與設計位形相比發生一定的抬起；之後在託梁上部逐層安 裝框架柱、框架梁與樓面板，安裝過程中框架梁與框架柱的連接採用鉸接；隨著樓層的累 積，託梁逐漸向下變形，而斜拉索內逐步產生拉力；此時兩側錨錠結構由於受到頂部框架梁 的支撐作用，在拉索拉力的作用下極少發生向內的傾斜；待上部結構全部安裝完畢後，託 梁應正好到達水平的位置，斜拉索的調整預設長度應能夠滿足這一要求；最後採用節點鉸 接_剛接轉換技術將構件間所有的鉸接連接節點轉換成剛接連接節點。這時結構整體上便 形成一個多重斜拉的框架結構，其在受力上表現為框架與斜拉索的協同工作。在後續荷載作用下，其類似於斜拉橋的受力狀態。 按照本發明提出的這種方法進行施工，可避免複雜的拉索張拉過程，拉索的拉力 可在施工過程中逐步形成，從而節省了施工成本；此外，在施工過程中通過不斷調整結構構 成與連接關係，如由鉸接節點變剛結節點，可有目的地調節構件的內力分配比例，發揮不同 構件的受力特長，使結構體系獲得最大的承載效率，具體表現為在施工期間，90%以上的 結構自重與樓面恆載直接傳遞給由斜拉索與託梁組成的多重三角形桁架；在所述三角形 桁架中，斜拉索承受軸力，託梁類似於承受軸力的連續梁，高強拉索的性能能夠得到充分發 揮，極大地提高了框架結構的剛度與承載力；在使用期間，斜拉索作為超靜定框架結構的彈 性支座，二者相互協調共同抵抗外荷載作用，提高了結構的承載效率。

發明內容
本發明提出的一種斜拉多層框架結構的施工控制方法，其目的在於為斜拉多層框 架結構提供一種避免拉索張拉施工的控制方法。 所述斜拉多層框架結構由錨錠結構、託梁、框架梁、框架柱、樓面板及斜拉索組成。 其中，所述錨錠結構位於所述斜拉多層框架結構的兩端，用於託梁的支承、部分框架梁的支 承及斜拉索的錨固，形式為剛度較大的核心筒結構或剪力牆結構；所述託梁兩端連接於錨 錠結構上，作為上部框架結構的支承構件；所述框架梁、所述框架柱及所述混凝土板共同構 成框架結構，坐落於託梁之上，所述框架結構中位於兩端的框架梁分別與兩端錨錠結構相 連；所述斜拉索採用市售高強拉索，其一端錨固於錨錠結構上，另一端連接於託梁上，作為 託梁及框架結構的支撐體系； —種斜拉多層框架結構的施工控制方法，具體按照下述步驟進行 步驟1 :調用有限元結構分析軟體，用於計算斜拉索的調整長度，具體按下述步驟
進行 步驟1. 1 :建立起包含斜拉多層框架結構所有組件在內的有限元結構分析模型， 並設定該有限元結構分析模型中所需要的參數，均為設計給定值；所述有限元結構分析模 型包括錨錠結構單元、託梁單元、框架梁單元、框架柱單元、樓面板單元及斜拉索單元；在 完成所述有限元結構分析模型的建立後，"殺死"所有的單元； 在所述有限元結構分析模型中，下列連接節點須設置為鉸接節點，其它各單元間
的連接均按照設計要求確定 (1)託梁與錨錠結構的連接節點； (2)託梁與跨中框架柱的連接節點； (3)頂層框架梁與跨中框架柱的連接節點； (4)除頂層框架梁以外的框架梁與框架柱的連接節點； (5)框架梁與錨錠結構的連接節點； 所述有限元結構分析模型包含n根斜拉索，分別為斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉 索n，其中，n為設計給定值；所述斜拉索與所述託梁有n個連接點；所述斜拉索與所述錨錠 結構亦有n個連接點； 所述有限元結構分析模型包含m個框架樓層，m為設計給定值；其中，每個框架樓 層包括該層的樓面板、支承樓面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；
步驟1. 2 :在所述有限元結構分析模型中激活錨錠結構單元、託梁單元、跨中的框 架柱單元、頂層框架梁單元、斜拉索單元，對所述有限元結構分析模型進行第1次求解；
此時，提取所述斜拉索與所述託梁及所述錨錠結構連接點的空間坐標值，分別 為 (1)所述斜拉索與所述託梁的n個連接點的坐標分別為{Xl， yi， Zl}， {x2， y2， z2}，……，{xn， yn， zn};其中，{Xi， yi， Zi}為斜拉索i與託梁的連接點坐標，i = 1，2，， (2)所述斜拉索與所述錨錠結構的n個連接點的坐標分別為{xn+1，yn+1，zn+1} ， {xn+2， yn+2，zn+2}，……，{x2n， y2n， z2n};其中，{xn+i，yn+i，zn+i}為斜拉索i與錨錠結構的連接點坐標， 步驟1. 3 :在所述有限元分析模型中激活第1層框架柱單元、第1層框架梁單元及 第1層樓面板單元，在步驟1. 2所得到的結構變形基礎之上進行第2次求解；
步驟1. 4 :在所述有限元分析模型中激活第2層框架柱單元、第2層框架梁單元及 第2層樓面板單元，在步驟1. 3所得到的結構變形基礎之上進行第3次求解；之後重複步驟 1. 4，直至第m-1層的單元被激活，完成第m次求解； 步驟1.5 :在所述有限元分析模型中激活第m層框架柱單元、第m層樓面單元，在 前一步驟所得到的結構變形基礎之上進行第m+1次求解； 步驟1. 6 :讀取斜拉索與託梁及錨錠結構的連接點在第m+1次求解後發生的變形，
分另ll為(ux!， uy!， uzj 、 {ux2， uy2， uz2} 、 ......、 {ux2n， uy2n， uz2n};其中，{iDq, uy" uzj為斜
拉索i與託梁的連接點發生的變形，i = 1，2，…，n ;{UXj，Uyj，UZj}為斜拉索j與錨錠結構 的連接點發生的變形，j =n+l，n+2，…，2n; 步驟1. 7 :計算斜拉索的調節長度，並將其作為制索的依據其中第i根斜拉索的 調節長度為 步驟2 :安裝兩側錨錠結構，其安裝位形均為設計給定值； 步驟3 :安裝託梁、跨中框架柱以及頂層框架梁首先在託梁安裝位置下方的地面 上架設支承胎架；然後以支承胎架為支承點，安裝跨中框架柱；再以支承胎架為支承點，吊 裝跨中框架柱兩側的託梁，並將其與跨中框架柱及錨錠結構鉸接連接；最後吊裝跨中框架 柱兩側的頂層框架梁，並將其與跨中框架柱及錨錠結構鉸接連接； 其中，託梁與跨中框架柱的鉸接節點採用螺栓連接的形式，具體做法為在託梁與 跨中框架柱相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板，在跨中框架柱的對應位置亦焊接一塊外 伸耳板；在跨中框架柱的外伸耳板上開圓孔，圓孔的直徑比螺栓直徑大2mm ;為保證託梁抬 高時節點具備一定的轉動能力，在託梁的外伸耳板上開設長圓孔，長圓孔在豎直方向的高 度比螺栓直徑大2mm，在水平方向的寬度為5倍的螺栓直徑；連接螺栓穿過跨中框架柱的外 伸耳板的圓孔與託梁的外伸耳板的長圓孔，將託梁與跨中框架柱連接在一起；在後續施工 步驟中，連接螺栓在長圓孔內能夠自由滑動，這樣託梁在施工過程中能夠自由地抬起與回 落而不在梁內產生軸向拉力和壓力； 頂部框架梁與跨中框架柱的鉸接節點亦採用螺栓連接形式，做法與上述託梁與跨
1，2，…，n ;中框架柱的螺栓連接節點的做法相同，即在頂部框架梁與跨中框架柱相連的一側腹板上焊 接一塊外伸耳板，並開長圓孔；在跨中框架柱的對應位置亦焊接一塊外伸耳板，並開圓孔； 連接螺栓穿過長圓孔與圓孔，將頂部框架梁與跨中框架柱連接在一起； 託梁與錨錠結構的鉸接節點、頂部框架梁與錨錠結構的鉸接節點同樣採用螺栓連 接形式，做法與上述託梁與錨定結構的連接節點的做法類似，即在託梁及頂部框架梁與錨 定結構相連的一側的腹板上焊接一塊外伸耳板，在錨定結構的對應位置處亦焊接一塊外伸 耳板；在託梁及頂部框架梁的腹板外伸耳板上開設圓孔，其直徑比螺栓直徑大2mm，在錨錠 結構的外伸耳板上亦開設相同直徑的圓孔；連接螺栓穿過兩個圓孔，將託梁或頂部框架梁
與錨定結構連接在一起； 步驟4 :安裝斜拉索，具體按下述步驟進行 步驟4. 1 :將斜拉索一端連接於託梁上，其連接位置為設計給定；
步驟4. 2 :調整第1根斜拉索的長度，使第1根斜拉索的長度達到;完成其長度 調整後，將第1根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構的相應位置處，該錨固位置為設計給定；
步驟4. 3 :調整第2根斜拉索的長度，使第2根斜拉索的長度達到L2 ;完成其長度
調整後，將第2根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構的相應位置處，該錨固位置為設計給定；
之後重複步驟4. 3，直至完成第n根斜拉索的長度調整，並將其另一端錨固於錨錠結構的相 應位置處； 步驟4. 4 :拆除託梁及跨中框架柱下方的支承胎架； 步驟5 :安裝第1層框架柱、第1層框架梁以及第1層樓面板首先安裝第1層框 架柱；然後安裝第1層框架梁，並將其與第1層框架柱或錨錠結構鉸接連接；最後在第1層 框架梁上安裝第1層樓面板； 其中，框架梁與框架柱的鉸接節點、框架梁與錨錠結構的鉸接節點均採用螺栓節 點形式，做法與步驟3中所述的託梁與錨定結構的連接節點類似，即在框架梁與框架柱 或錨定結構相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板，並開設圓孔，圓孔的直徑比螺栓直徑大 2mm ;在框架柱或錨定結構的對應位置亦焊接一塊外伸耳板，並開同樣尺寸的圓孔；連接螺 栓穿過兩個圓孔，將框架梁與框架柱或錨定結構連接在一起； 步驟6 :安裝第2層框架柱、第2層框架梁以及第2層樓面板首先安裝第2層框
架柱；然後安裝第2層框架梁，並將其與第2層框架柱或錨錠結構鉸接相連；最後在第2層
框架梁上安裝第2層樓面板；其中，框架梁與框架柱的鉸接節點、框架梁與錨錠結構的鉸接
節點與步驟5中所述節點構造相同；之後重複步驟6，直至完成第m-l層的安裝； 步驟7 :安裝第m層框架柱、第m層樓面板首先安裝第m層框架柱，並將其與頂
層框架梁按照設計給定的要求連接，然後在第m層框架梁即頂層框架梁上安裝第m層樓面
板； 步驟8 :將託梁及框架梁與框架柱及錨錠結構連接的鉸接節點轉變為剛結節點 將託梁及框架梁兩端截面的翼緣板通過連接鋼板與框架柱及錨錠結構通過焊接連接在一 起；至此，完成多層斜拉框架結構的施工； 本發明提出的這種斜拉多層框架結構的施工控制方法，具有下列優點 (1)在施工過程中，完全不需要對拉索進行張拉，克服了傳統預應力結構施工中需
要分級多次張拉的缺點，節省了施工成本；
(2)在施工過程中，結構能夠將自身的重量與樓面恆載直接傳給由斜拉索與底梁 組成的多重三角形桁架承擔，結構受力明確； (3)施工過程中通過不斷調整結構構成與連接關係，能夠有目的地調節構件的內 力分配比例與大小，發揮不同構件的受力特長，從而達到合理分配施工階段與運營期間構 件內力的目的；


圖1為所述斜拉多層框架結構的示意圖； 圖2為步驟3中完成託梁、跨中框架柱及頂層框架梁安裝後，所述斜拉多層框架結 構的狀態示意圖； 圖3為步驟4中完成斜拉索安裝後，所述斜拉多層框架結構的狀態示意圖；
圖4為步驟5中完成第1層框架柱、第1層框架梁以及第1層樓面板的安裝後，所 述斜拉多層框架結構的狀態示意圖； 圖5為步驟6中完成第2層框架柱、第2層框架梁以及第2層樓面板的安裝後，所 述斜拉多層框架結構的狀態示意圖； 圖6為步驟7中完成第m層框架柱及第m層樓面板的安裝後，所述斜拉多層框架 結構的狀態示意圖； 圖7為託梁及頂層框架梁與跨中框架柱的連接節點示意圖，即A區域的詳圖；
圖8為除頂層框架梁以外的其餘框架梁與框架柱及錨定結構的連接節點示意圖， 即B區域的詳圖； 圖9為託梁及框架梁與錨錠結構的連接節點示意，即C區域的詳圖；
圖10為節點鉸接_剛接轉換方法示意。
具體實施例方式
下面結合附圖1 IO，對本發明進行詳細說明。 圖1中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；5—— 斜拉索；6——框架柱；7——框架梁； 圖2中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；8——
支承胎架； 圖3中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；5——
斜拉索； 圖4中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；5—— 斜拉索；9——第1層框架柱；10——第1層框架梁； 圖5中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；5——
斜拉索；11——第2層框架柱；12——第2層框架梁； 圖6中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；5——
斜拉索；13——第m層框架柱，即頂層框架柱； 圖7中2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁；14——託梁或頂層框架
梁腹板外伸耳板；15——跨中框架柱外伸耳板；16——連接螺栓；17——託梁或頂層框架梁腹板外伸耳板上所開長圓孔；18——跨中框架柱外伸耳板上所開圓孔； 圖8中1——錨定結構；3——跨中框架梁；6——框架柱；9——第1層框架柱；
11——第2層框架柱；7——框架梁；10——第l層框架梁；12——第2層框架梁；16——連 接螺栓；19——框架梁腹板外伸耳板；20——框架柱外伸耳板；21——框架梁腹板外伸耳 板上所開圓孔；22——框架柱外伸耳板上所開圓孔； 圖9中1——錨錠結構；2——託梁；4——頂層框架梁；7——框架梁；10——1層 框架梁；12——2層框架梁；16——連接螺栓；23——託梁或框架梁腹板外伸耳板；24——
錨錠結構外伸耳板；25——託梁或框架梁腹板外伸耳板上所開圓孔；26——錨錠結構外伸 耳板上所開圓孔； 圖10中1——錨錠結構；2——託梁；3——跨中框架柱；4——頂層框架梁； 6——框架柱；7——框架梁；9——1層框架柱；10——1層框架梁；11——2層框架柱；
12——2層框架梁；27——連接鋼板；28——焊縫。 如圖l所示，所述斜拉多層框架結構由錨錠結構(1)、託梁(2)、框架柱(6)、框架 梁(7)、樓面板及斜拉索(5)組成。其中，所述錨錠結構(1)位於所述斜拉多層框架結構的 兩端，用於託梁(2)的支承、部分框架梁的支承及斜拉索(5)的錨固，形式為剛度較大的核 心筒結構或剪力牆結構；所述託梁(2)兩端連接於錨錠結構(1)上，作為框架柱(6)的支承 構件；所述框架柱(6)、所述框架梁(7)及所述混凝土板共同構成框架結構，坐落於託梁(2) 之上，其中位於兩端的框架梁分別與兩端錨錠結構(1)相連；所述斜拉索(5)採用市售高強 拉索，其一端錨固於錨錠結構(1)上，另一端連接於託梁(2)上，作為託梁(2)及框架結構 的支撐體系； 這種斜拉多層框架結構的施工方法具體按照下述步驟進行 步驟1 :調用有限元結構分析軟體，用於計算斜拉索(5)的調整長度，具體按下述 步驟進行 步驟1. 1 :建立起包含斜拉多層框架結構所有組件在內的有限元結構分析模型， 並設定該有限元結構分析模型中所需要的參數，均為設計給定值；所述有限元結構分析模 型包括錨錠結構單元、託梁單元、框架梁單元、框架柱單元、樓面板單元及斜拉索單元；在 完成所述有限元結構分析模型的建立後，"殺死"所有的單元； 在所述有限元結構分析模型中，下列連接節點須設置為鉸接節點，其它各單元間
的連接均按照設計要求確定 (1)託梁與錨錠結構的連接節點； (2)託梁與跨中框架柱的連接節點； (3)頂層框架梁與跨中框架柱的連接節點； (4)除頂層框架梁以外的框架梁與框架柱的連接節點； (5)框架梁與錨錠結構的連接節點； 所述有限元結構分析模型包含n根斜拉索，分別為斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉 索n，其中，n為設計給定值；所述斜拉索與所述託梁有n個連接點；所述斜拉索與所述錨錠 結構亦有n個連接點； 所述有限元結構分析模型包含m個框架樓層，m為設計給定值；其中，每個框架樓 層包括該層的樓面板、支承樓面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；
步驟1. 2 :在所述有限元結構分析模型中激活錨錠結構單元、託梁單元、跨中的框 架柱單元、頂層框架梁單元、斜拉索單元，對所述有限元結構分析模型進行第1次求解；
此時，提取所述斜拉索與所述託梁及所述錨錠結構連接點的空間坐標值，分別 為 (1)所述斜拉索與所述託梁的n個連接點的坐標分別為{Xl， yi， Zl}， {x2， y2， z2}，……，{xn， yn， zn};其中，{Xi， yi， Zi}為斜拉索i與託梁的連接點坐標，i = 1，2，， (2)所述斜拉索與所述錨錠結構的n個連接點的坐標分別為{xn+1，yn+1，zn+1} ， {xn+2， yn+2，zn+2}，……，{x2n， y2n， z2n};其中，{xn+i，yn+i，zn+i}為斜拉索i與錨錠結構的連接點坐標， i = 1，2，…，n ; 步驟1. 3 :在所述有限元分析模型中激活第1層框架柱單元、第1層框架梁單元及 第1層樓面板單元，在步驟1. 2所得到的結構變形基礎之上進行第2次求解；
步驟1. 4 :在所述有限元分析模型中激活第2層框架柱單元、第2層框架梁單元及 第2層樓面板單元，在步驟1. 3所得到的結構變形基礎之上進行第3次求解；之後重複步驟 1. 4，直至第m-1層的單元被激活，完成第m次求解； 步驟1.5 :在所述有限元分析模型中激活第m層框架柱單元、第m層樓面單元，在 前一步驟所得到的結構變形基礎之上進行第m+1次求解； 步驟1. 6 :讀取斜拉索與託梁及錨錠結構的連接點在第m+1次求解後發生的變形，
分另ll為(ux!， uy!， uzj 、 {ux2， uy2， uz2} 、 ......、 {ux2n， uy2n， uz2n};其中，{iDq, uy" uzj為斜
拉索i與託梁的連接點發生的變形，i = 1，2，…，n ;{UXj，Uyj，UZj}為斜拉索j與錨錠結構 的連接點發生的變形，j =n+l，n+2，…，2n; 步驟1. 7 :計算斜拉索(5)的調節長度，並將其作為制索的依據其中第i根斜拉
索的調節長度為
A = V(《-_xn+i +ian+i)2 + (-^ -yn+i + )2 + (zi _"zi -；+i + "zn+i)2 ， i=l,2，."，n; 步驟2 :安裝兩側錨錠結構(1)，其安裝位形均為設計給定值； 步驟3 :如圖2所示，安裝託梁(2)、跨中框架柱(3)以及頂層框架梁(4):首先在 託梁(2)安裝位置下方的地面上架設支承胎架(8);然後以支承胎架(8)為支承點，安裝跨 中框架柱(3);再以支承胎架(8)為支承點，吊裝跨中框架柱兩側的託梁(2)，並將其與跨中 框架柱(3)及錨錠結構(1)鉸接連接；最後吊裝跨中框架柱兩側的頂層框架梁(4)，並將其 與跨中框架柱(3)及錨錠結構(1)鉸接連接； 其中，如圖7中詳圖A所示，託梁(2)與跨中框架柱(3)的鉸接節點採用螺栓連接 的形式，具體做法為在託梁(2)與跨中框架柱(3)相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板 (14)，在跨中框架柱(3)的對應位置亦焊接一塊外伸耳板(15);在跨中框架柱的外伸耳板 上開圓孔(18)，圓孔的直徑比螺栓直徑大2mm ;為保證託梁(2)抬高時節點具備一定的轉動 能力，在託梁(2)的外伸耳板(14)上開設長圓孔(17)，長圓孔(17)在豎直方向的高度比螺 栓直徑大2mm，在水平方向的寬度為5倍的螺栓直徑；連接螺栓(16)穿過跨中框架柱的外 伸耳板的圓孔(18)與託梁的外伸耳板的長圓孔(17)，將託梁(2)與跨中框架柱(3)連接在一起；在後續施工步驟中，連接螺栓(16)在長圓孔(17)內能夠自由滑動，這樣託梁(2)在施工過程中能夠自由地抬起與回落而不在梁內產生軸向拉力和壓力； 如圖7中詳圖A所示，頂部框架梁(4)與跨中框架柱(3)的鉸接節點亦採用螺栓連接形式，做法與上述託梁與跨中框架柱的螺栓連接節點的做法相同，即在頂部框架梁與跨中框架柱相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板(14)，並開長圓孔(17);在跨中框架柱的對應位置亦焊接一塊外伸耳板(15)，並開圓孔(18);連接螺栓(16)穿過長圓孔(17)與圓孔(18)，將頂部框架梁(4)與跨中框架柱(3)連接在一起； 如圖9中詳圖C所示，託梁(2)與錨錠結構(1)的鉸接節點、頂部框架梁(4)與錨錠結構(1)的鉸接節點同樣採用螺栓連接形式，做法與上述託梁與錨定結構的連接節點的做法類似，即在託梁(1)及頂部框架梁(4)與錨定結構(1)相連的一側的腹板上焊接一塊外伸耳板(23)，在錨定結構的對應位置處亦焊接一塊外伸耳板(24);在託梁及頂部框架梁的腹板外伸耳板(23)上開設圓孔(25)，其直徑比螺栓直徑大2mm，在錨錠結構的外伸耳板上亦開設相同直徑的圓孔(26);連接螺栓穿過兩個圓孔，將託梁(2)或頂部框架梁(4)與錨定結構(1)連接在一起； 步驟4 :如圖3所示，安裝斜拉索(5)，具體按下述步驟進行 步驟4. 1 :將斜拉索(5) —端連接於託梁(2)上，其連接位置為設計給定； 步驟4. 2 :調整第1根斜拉索的長度，使第1根斜拉索的長度達到;完成其長度
調整後，將第l根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構(1)的相應位置處，該錨固位置為設計給
定； 步驟4. 3 :調整第2根斜拉索的長度，使第2根斜拉索的長度達到L2 ;完成其長度調整後，將第2根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構(1)的相應位置處，該錨固位置為設計給定；之後重複步驟4. 3，直至完成第n根斜拉索的長度調整，並將其另一端錨固於錨錠結構
(I) 的相應位置處； 步驟4. 4 :拆除託梁(2)及跨中框架柱(3)下方的支承胎架(8); 步驟5 :如圖4所示，安裝第1層框架柱(9)、第1層框架梁(10)以及第1層樓面
板首先安裝第1層框架柱(9);然後安裝第1層框架梁(10)，並將其與第1層框架柱(9)
或錨錠結構(1)鉸接連接；最後在第1層框架梁(10)上安裝第1層樓面板； 其中，如圖8中詳圖B所示，框架梁(10)與框架柱(9)的鉸接節點、框架梁(10)與
錨錠結構(1)的鉸接節點均採用螺栓節點形式，做法與步驟3中所述的託梁(2)與錨定結
構的(1)連接節點類似，即在框架梁(10)與框架柱(9)或錨定結構(1)相連的一側腹板
上焊接一塊外伸耳板(19)，並開設圓孔(21)，圓孔的直徑比螺栓直徑大2mm;在框架柱(9)
或錨定結構(1)的對應位置亦焊接一塊外伸耳板(20)，並開同樣尺寸的圓孔(22);連接螺
栓穿過兩個圓孔，將框架梁與框架柱或錨定結構連接在一起； 步驟6:如圖5所示，安裝第2層框架柱(11)、第2層框架梁(12)以及第2層樓面板首先安裝第2層框架柱(11);然後安裝第2層框架梁(12)，並將其與第2層框架柱
(II) 或錨錠結構(1)鉸接相連；最後在第2層框架梁(12)上安裝第2層樓面板；其中，框架梁(12)與框架柱(11)的鉸接節點、框架梁(12)與錨錠結構(1)的鉸接節點與步驟5中所述節點構造相同；之後重複步驟6，直至完成第m-l層的安裝； 步驟7 :如圖6所示，安裝第m層框架柱(13)、第m層樓面板首先安裝第m層框架柱(13)，並將其與頂層框架梁(4)按照設計給定的要求連接，然後在第m層框架梁即頂層框架梁(4)上安裝第m層樓面板； 步驟8 :如圖IO所示，將託梁(2)及框架梁(7)與框架柱(6)及錨錠結構(1)連接的鉸接節點轉變為剛結節點將託梁(2)及框架梁(7)兩端截面的翼緣板通過連接鋼板(27)與框架柱(6)及錨錠結構(1)通過焊接連接在一起；至此，完成多層斜拉框架結構的施工。
權利要求
一種斜拉多層框架結構，其特徵在於它由錨錠結構(1)、託梁(2)、框架柱(6)、框架梁(7)、樓面板及斜拉索(5)組成；其中，所述錨錠結構(1)位於所述斜拉多層框架結構的兩端，用於託梁(2)的支承、部分框架梁的支承及斜拉索(5)的錨固，形式為剛度較大的核心筒結構或剪力牆結構；所述託梁(2)兩端連接於錨錠結構(1)上，作為框架柱(6)的支承構件；所述框架柱(6)、所述框架梁(7)及所述混凝土板共同構成框架結構，坐落於託梁(2)之上，其中位於兩端的框架梁分別與兩端錨錠結構(1)相連；所述斜拉索(5)採用市售高強拉索，其一端錨固於錨錠結構(1)上，另一端連接於託梁(2)上，作為託梁(2)及框架結構的支撐體系。
2. 實現如權利要求1所述的一種斜拉多層框架結構的施工控制方法，其特徵在於通 過完成特定的步驟，完成一種斜拉多層框架結構的施工，且避免斜拉索的張拉，具體按照下 述步驟進行步驟l :調用有限元結構分析軟體，用於計算斜拉索(5)的調整長度，具體按下述步驟 進行步驟1. 1 :建立起包含斜拉多層框架結構所有組件在內的有限元結構分析模型，並設 定該有限元結構分析模型中所需要的參數，均為設計給定值；所述有限元結構分析模型包 括錨錠結構單元、託梁單元、框架梁單元、框架柱單元、樓面板單元及斜拉索單元；在完成 所述有限元結構分析模型的建立後，"殺死"所有的單元；在所述有限元結構分析模型中，下列連接節點須設置為鉸接節點，其它各單元間的連 接均按照設計要求確定(1) 託梁與錨錠結構的連接節點；(2) 託梁與跨中框架柱的連接節點；(3) 頂層框架梁與跨中框架柱的連接節點；(4) 除頂層框架梁以外的框架梁與框架柱的連接節點；(5) 框架梁與錨錠結構的連接節點；所述有限元結構分析模型包含n根斜拉索，分別為斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉索n， 其中，n為設計給定值；所述斜拉索與所述託梁有n個連接點；所述斜拉索與所述錨錠結構 亦有n個連接點；所述有限元結構分析模型包含m個框架樓層，m為設計給定值；其中，每個框架樓層包 括該層的樓面板、支承樓面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；步驟1. 2 :在所述有限元結構分析模型中激活錨錠結構單元、託梁單元、跨中的框架柱 單元、頂層框架梁單元、斜拉索單元，對所述有限元結構分析模型進行第1次求解；此時，提取所述斜拉索與所述託梁及所述錨錠結構連接點的空間坐標值，分別為(1) 所述斜拉索與所述託梁的n個連接點的坐標分別為{Xl，yi，Zl}， {x2，y2，z2}，……， {xn， yn， zn};其中，{Xi， yi， Zi}為斜拉索i與託梁的連接點坐標，i = 1，2， . . . ， n ;(2) 所述斜拉索與所述錨錠結構的n個連接點的坐標分別為{xn+1，yn+1，zn+1}， {xn+2，yn+2， zn+2}，……，{x2n， y2n， z2n};其中，{xn+i， yn+i， zn+i}為斜拉索i與錨錠結構的連接點坐標，i = 1，2， . ， n ;步驟1. 3 :在所述有限元分析模型中激活第1層框架柱單元、第1層框架梁單元及第1 層樓面板單元，在步驟1. 2所得到的結構變形基礎之上進行第2次求解；步驟1. 4 :在所述有限元分析模型中激活第2層框架柱單元、第2層框架梁單元及第 2層樓面板單元，在步驟1. 3所得到的結構變形基礎之上進行第3次求解；之後重複步驟 1. 4，直至第m-1層的單元被激活，完成第m次求解；步驟1. 5 :在所述有限元分析模型中激活第m層框架柱單元、第m層樓面單元，在前一 步驟所得到的結構變形基礎之上進行第m+1次求解；步驟1. 6 :讀取斜拉索與託梁及錨錠結構的連接點在第m+l次求解後發生的變形，分別為{iDq, uy" uzj 、 {ux2， uy2， uz2} 、 ......、 {ux2n， uy2n， uz2n};其中，{iDq, uy" uzj為斜拉索i與託梁的連接點發生的變形，i = 1，2， . . . ， n ; {UXj， Uyj， UZj}為斜拉索j與錨錠結構的連 接點發生的變形，j = n+l， n+2， . . . ，2n ;步驟1. 7 :計算斜拉索(5)的調節長度，並將其作為制索的依據其中第i根斜拉索的調節長度為formula see original document page 3步驟2 :安裝兩側錨錠結構(1)，其安裝位形均為設計給定值；步驟3 :安裝託梁(2)、跨中框架柱(3)以及頂層框架梁(4):首先在託梁(2)安裝位 置下方的地面上架設支承胎架(8);然後以支承胎架(8)為支承點，安裝跨中框架柱(3);再以支承胎架(8)為支承點，吊裝跨中框架柱兩側的託梁(2)，並將其與跨中框架柱(3)及 錨錠結構(1)鉸接連接；最後吊裝跨中框架柱兩側的頂層框架梁(4)，並將其與跨中框架柱 (3)及錨錠結構(1)鉸接連接；其中，如圖7中詳圖A所示，託梁(2)與跨中框架柱(3)的鉸接節點採用螺栓連接的形 式，具體做法為在託梁(2)與跨中框架柱(3)相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板(14)， 在跨中框架柱(3)的對應位置亦焊接一塊外伸耳板(15);在跨中框架柱的外伸耳板上開圓 孔(18)，圓孔的直徑比螺栓直徑大2mm;為保證託梁(2)抬高時節點具備一定的轉動能力， 在託梁(2)的外伸耳板(14)上開設長圓孔(17)，長圓孔(17)在豎直方向的高度比螺栓直 徑大2mm，在水平方向的寬度為5倍的螺栓直徑；連接螺栓(16)穿過跨中框架柱的外伸耳 板的圓孔(18)與託梁的外伸耳板的長圓孔(17)，將託梁(2)與跨中框架柱(3)連接在一 起；在後續施工步驟中，連接螺栓(16)在長圓孔(17)內能夠自由滑動，這樣託梁(2)在施 工過程中能夠自由地抬起與回落而不在梁內產生軸向拉力和壓力；頂部框架梁(4)與跨中框架柱(3)的鉸接節點亦採用螺栓連接形式，做法與上述託梁 與跨中框架柱的螺栓連接節點的做法相同，即在頂部框架梁與跨中框架柱相連的一側腹板 上焊接一塊外伸耳板(14)，並開長圓孔(17);在跨中框架柱的對應位置亦焊接一塊外伸耳 板(15)，並開圓孔(18);連接螺栓(16)穿過長圓孔(17)與圓孔(18)，將頂部框架梁(4)與 跨中框架柱(3)連接在一起；託梁(2)與錨錠結構(1)的鉸接節點、頂部框架梁(4)與錨錠結構(1)的鉸接節點同 樣採用螺栓連接形式，做法與上述託梁與錨定結構的連接節點的做法類似，即在託梁(1) 及頂部框架梁(4)與錨定結構(1)相連的一側的腹板上焊接一塊外伸耳板(23)，在錨定結 構的對應位置處亦焊接一塊外伸耳板(24);在託梁及頂部框架梁的腹板外伸耳板(23)上 開設圓孔(25)，其直徑比螺栓直徑大2mm，在錨錠結構的外伸耳板上亦開設相同直徑的圓 孔(26);連接螺栓穿過兩個圓孔，將託梁(2)或頂部框架梁(4)與錨定結構(1)連接在一 起；步驟4 :安裝斜拉索(5)，具體按下述步驟進行步驟4. 1 :將斜拉索(5) —端連接於託梁(2)上，其連接位置為設計給定；步驟4. 2 :調整第1根斜拉索的長度，使第1根斜拉索的長度達到k ;完成其長度調整後，將第1根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構(1)的相應位置處，該錨固位置為設計給定； 步驟4. 3 :調整第2根斜拉索的長度，使第2根斜拉索的長度達到L2 ;完成其長度調整後，將第2根斜拉索的另一端錨固於錨錠結構(1)的相應位置處，該錨固位置為設計給定；之後重複步驟4. 3，直至完成第n根斜拉索的長度調整，並將其另一端錨固於錨錠結構(1) 的相應位置處；步驟4.4 :拆除託梁(2)及跨中框架柱(3)下方的支承胎架(8);步驟5 :安裝第1層框架柱(9)、第1層框架梁(10)以及第1層樓面板首先安裝第1 層框架柱(9);然後安裝第1層框架梁(10)，並將其與第1層框架柱(9)或錨錠結構(1)鉸 接連接；最後在第1層框架梁(10)上安裝第1層樓面板；其中，框架梁(10)與框架柱(9)的鉸接節點、框架梁(10)與錨錠結構(1)的鉸接節 點均採用螺栓節點形式，做法與步驟3中所述的託梁(2)與錨定結構的(1)連接節點類 似，即在框架梁(10)與框架柱(9)或錨定結構(1)相連的一側腹板上焊接一塊外伸耳板 (19)，並開設圓孔(21)，圓孔的直徑比螺栓直徑大2mm;在框架柱(9)或錨定結構(1)的對 應位置亦焊接一塊外伸耳板(20)，並開同樣尺寸的圓孔(22);連接螺栓穿過兩個圓孔，將 框架梁與框架柱或錨定結構連接在一起；步驟6 :安裝第2層框架柱(11)、第2層框架梁(12)以及第2層樓面板首先安裝第2 層框架柱(11);然後安裝第2層框架梁(12)，並將其與第2層框架柱(11)或錨錠結構(1) 鉸接相連；最後在第2層框架梁(12)上安裝第2層樓面板；其中，框架梁(12)與框架柱 (11)的鉸接節點、框架梁(12)與錨錠結構(1)的鉸接節點與步驟5中所述節點構造相同； 之後重複步驟6，直至完成第m-l層的安裝；步驟7 :安裝第m層框架柱(13)、第m層樓面板首先安裝第m層框架柱(13)，並將其 與頂層框架梁(4)按照設計給定的要求連接，然後在第m層框架梁即頂層框架梁(4)上安 裝第m層樓面板；步驟8 :將託梁(2)及框架梁(7)與框架柱(6)及錨錠結構(1)連接的鉸接節點轉變 為剛結節點將託梁(2)及框架梁(7)兩端截面的翼緣板通過連接鋼板(27)與框架柱(6) 及錨錠結構(1)通過焊接連接在一起；至此，完成多層斜拉框架結構的施工。
全文摘要
本發明涉及一種斜拉多層框架結構及其施工控制方法，其特徵在於，通過特定的步驟，可完成一種斜拉多層框架結構的施工，且避免拉索張拉過程；所述斜拉多層框架結構，由錨錠結構(1)、託梁(2)、框架柱(6)、框架梁(7)、樓面板及斜拉索(5)組成；按照所述施工控制方法，在施工過程中將託梁(2)與頂層框架柱(4)兩端的連接節點處理為鉸接；通過調整斜拉索(5)的長度，使託梁比其設計位形抬起一定高度；之後在託梁上部逐層安裝框架柱、框架梁與樓面板，隨著樓層的累積，託梁逐漸向下變形，而斜拉索內逐步產生拉力；待結構安裝完畢，託梁應正好到達水平位置；最後採用節點鉸接-剛接轉換技術將所有的鉸接節點轉換成剛接節點。
文檔編號E04G21/00GK101787732SQ201010111838
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者王小安, 王昆, 田廣宇, 竇超, 郭彥林 申請人:清華大學