一种多层悬挑钢结构及其构成方法[0002]伴随着我国城市化发展进程，尤其在我国北上广深等国际型的大城市，都出现了严重的“楼挤人”态势，从而变得城市不再宜居；人们渴望拥有足够的地面空间，从而出现了较多悬挑结构的建筑构想。还有一种现象，随着城市地下轨道交通不断繁忙，地铁振动会对居民以及对振动敏感建筑造成较大影响，如:精密仪器实验室、博物馆等建筑，在频繁的地铁振动下，精密仪器和馆藏文物的安全性都不能得到保障；为了躲避地铁影响，也要满足建筑面积，一些建筑为不得不悬挑于地铁之上，比如成都博物馆。但是，一般悬挑结构的刚度仅为简支结构刚度的1/8，相同的荷载作用下，悬挑结构变形会大大增加，结构冗余度也不高，悬挑结构的安全性也难于保证。
[0003]针对上面的问题，本发明的目的就是提供一种多层悬挑钢结构，用于建筑结构中实现水平向空中伸展的建筑效果和扩展建筑使用面积的功能需求。[0004]为实现本发明的目的，本发明的方案为一种多层悬挑钢结构，包括底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构、屋顶网格结构、端部网格结构、外侧竖向网格结构、主体立柱、竖向联系杆件、水平联系杆件及节点； 底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构、屋顶网格结构之间固定连接有竖向联系杆件，构成巨型空腹桁架； 主体立柱垂直伸入建筑基础，其沿远离悬挑方向至少设置两列，底层悬挑桁架结构和中层楼盖结构的主受力构件均至少伸至远离悬挑方向的第一列主体立柱和第二列主体立柱处，并与其经过的主体立柱固定连接； 底层悬挑桁架结构位于第一列主体立柱和第二列主体立柱之间固定设置有桁架根部杆件，桁架根部杆件与第一列主体立柱和第二列主体立柱固定连接；
外侧竖向网格结构底部支撑于建筑基础上，通过水平联系杆件及节点与底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构连接；
端部网格结构与底层悬挑桁架结构及中层楼盖结构通过水平联系杆件及节点连接；将端部网格结构沿竖向固定连接两个外侧竖向网格结构。
[0005]作为优选，在悬挑区内部的一个或多个楼层，平行于端部网格结构方向，设置有斜杆，与中层楼盖结构的楼层杆件或屋顶网格结构的杆件组成平面桁架。
[0006]作为优选，外侧竖向网格结构的网格形式可以为三角形、四边形、五边形或六边形。
[0007]作为优选，屋顶网格结构可以为多边形网格结构，也可以为正交的主次梁结构。[0008]作为优选，屋顶网格结构可以连接到主体立柱上。
[0009]作为优选，屋顶网格结构与外侧竖向网格结构和端部网格结构相连接。
[0010]本发明还公开了多层悬挑钢结构的构成方法，按如下步骤依次构成:
第一步安装主体立柱；
第二步安装底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构、屋顶网格结构，三者之间设置若干竖向联系杆件，以底层悬挑桁架结构为支撑端，支撑中层楼盖结构和屋顶网格结构；
第三步桁架初步卸载后安装桁架根部杆件；
第四步安装外侧竖向网格结构；
第五步桁架卸载完成后安装外侧竖向网格结构与底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构及屋顶网格结构之间的水平联系杆件及节点；
第六步安装端部网格结构。
[0011]本发明具有如下有益效果:
(1)提出了一种多层悬挑钢结构，通过设置多重承力体系，增强了悬挑结构的整体性，提高了悬挑结构的安全冗余度，不仅能够实现更大悬挑跨越，也提升了悬挑结构的经济性；
(2)提出了一种多层悬挑钢结构的构成方法，通过设置合理的构成步骤和安装顺序，减小了结构体系内部不协调应力，能够进一步优化结构杆件截面，进而减小构件截面，提高结构安全性。



[0012]图1为多层悬挑钢结构立体图；
图2为多层悬挑钢结构俯视图；
图3为多层悬挑钢结构A-A剖面图；
图4为多层悬挑钢结构B-B剖面图；
图5为端部网格结构平面图；
图6外侧竖向网格结构平面图。
[0013]图中，1、底层悬挑桁架结构；2、中层楼盖结构；3、屋顶网格结构；4、端部网格结构；5、外侧竖向网格结构；61、第一列主体立柱；62、第二列主体立柱；7、竖向联系杆件；8、水平联系杆件及节点；9、斜杆。

[0014]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0015]如图1-6所示，本发明的一种多层悬挑钢结构主要包括:包括底层悬挑桁架结构1、中层楼盖结构2、屋顶网格结构3、端部网格结构4、外侧竖向网格结构5、主体立柱、竖向联系杆件7、水平联系杆件及节点8 ;屋顶网格结构3连接到主体立柱上，底层悬挑桁架结构
1、中层楼盖结构2、屋顶网格结构3之间固定连接有竖向联系杆件7，构成巨型空腹桁架；屋顶网格结构可以为多边形网格结构，也可以为正交的主次梁结构。
[0016]如图3所示，主体立柱垂直伸入建筑基础，其沿远离悬挑方向至少设置两列，底层悬挑桁架结构I和中层楼盖结构2的主受力构件均至少伸至远离悬挑方向的第一列主体立柱61和第二列主体立柱62处，并与其经过的主体立柱固定连接；底层悬挑桁架结构I位于第一列主体立柱61和第二列主体立柱62之间设置有祐1架根部杆件10,祐1架根部杆件10与第一列主体立柱61和第二列主体立柱62固定连接。
[0017]外侧竖向网格结构5底部支撑于建筑基础上，通过水平联系杆件及节点8与底层悬挑桁架结构1、中层楼盖结构2、屋顶网格结构3固定连接，外侧竖向网格结构5的网格形式可以为四边形，如菱形，也可以为三角形、五边形或六边形等多边形。网格间距及杆件截面依据拓扑优化和承载力设计确定。
[0018]端部网格结构4与底层悬挑桁架结构1、中层楼盖结构2及屋顶网格结构3通过水平联系杆件及节点8连接。
[0019]如图6所示，在悬挑区内部的一个或多个楼层，平行于端部网格结构方向4，设置有斜杆9，与中层楼盖结构2的楼层杆件或屋顶网格结构3的杆件组成平面桁架。
[0020]底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构、屋顶网格结构、外侧竖向网格结构、主体立柱、端部网格结构六部分为主受力构件；其中端部网格结构由图1中ABCD四点围合而成，本发明的一种多层悬挑结构利用外侧竖向网格结构作为悬挑区主要受力体系；利用内侧主体立柱承托底层悬挑桁架结构作为悬挑区第二道主要受力体系；利用底层悬挑桁架结构、多个中层楼盖结构、屋顶网格结构与主体立柱构成巨型空腹桁架，作为悬挑区第三道主要受力体系；通过端部网格结构增强悬挑区的整体性。
[0021]此外，在悬挑区内部的某一个楼层，平行于端部网格结构方向，设置斜杆9，如图4所示，通过斜杆9与上、下两个中层楼盖结构2的楼层杆件组成平面桁架，增强悬挑区的整体性；斜杆9也可以与中层楼盖结构2的楼层杆件及屋顶网格结构3的杆件组成平面桁架；斜杆可以设置在悬挑区的首层，也可以设置在悬挑区的中间层，也可以设置在悬挑区的顶层。当然，与上述斜杆9的设置方法一致，也可以在悬挑区的多个楼层设置斜杆，组成多个平面桁架。
[0022]本发明的多层悬挑钢结构的具体实施步骤为:
第一步安装主体立柱。主体立柱垂直生根于建筑基础，且沿远离悬挑方向至少设置两列。
[0023]第二步以主体立柱为支托，安装底层悬挑桁架结构(不含桁架根部杆件)；随后安装中层楼盖结构和屋顶网格结构，中层楼盖结构的层数不少于I层，中层楼盖结构和屋顶网格结构均与主体立柱连接；底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构及屋顶网格结构之间设置若干竖向联系杆件(不落地的柱)，构成巨型空腹桁架。以底层悬挑桁架结构I为支撑端，支撑中层楼盖结构2和屋顶网格结构3。
[0024]第三步桁架初步卸载后安装桁架根部杆件10，将固定设置在底层悬挑桁架结构上的桁架根部杆件10与第一列主体立柱61和第二列主体立柱62固定连接。
[0025]第四步在内侧结构构成完成后，安装外侧竖向网格结构5。外侧竖向网格结构5底部支撑于建筑基础上，通过水平联系杆件及节点8与底层悬挑桁架结构1、中层楼盖结构2和屋顶网格结构3相连。
[0026]第五步桁架卸载完成后安装水平联系杆件及节点8，将水平联系杆件及节点8安装在外侧竖向网格结构5与底层悬挑桁架结构1、中层楼盖结构2及屋顶网格结构3之间。
[0027]第六步安装端部网格结构4。桁架根部杆件10固定连接于第一列主体立柱61和第二列主体立柱62。将端部网格结构沿竖向固定连接两个外侧竖向网格结构，端部网格结构沿水平方向固定连接了底层悬挑桁架结构、中层楼盖结构及屋顶网格结构，使悬挑区形成一个整体。
[0028]最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。