一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构的制作方法

1.本实用新型涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构。


背景技术：

2.转换结构作为带转换层高层建筑结构关键部件，如何改善转换结构形式，成为带转换层建筑抗震设计的关键问题与技术难点。
3.现有技术中搭接柱转换结构，如图1所示，包括搭接上柱01，搭接下柱02、搭接块03、上层楼盖中的上弦杆04、下层楼盖中的下弦杆05和相连竖向构件06，搭接块03位于搭接上柱01的底端与搭接下柱02的顶端之间，搭接块03和相连竖向构件06均与上弦杆04和下弦杆05连接。此时，在重力荷载下产生的搭接上柱01轴向力n的作用下，上弦杆04和下弦杆05产生轴向力t，t≈n*c/h，c为搭接块在水平方向上的尺寸，h为搭接块在高度方向上的尺寸，相连竖向构件06的剪力v≈t/2。
4.由上述可知，上弦杆及下弦杆受到较大的拉力及压力，相连竖向构件受到的剪力、弯矩较大。现有搭接柱转换结构仅适用于直接连接锚固于筒体的特殊情况，当其用于框架结构时，上下层楼盖梁板轴向拉、压力将导致与其相连竖向构件框架柱剪力突变增大，可能引起其抗剪承载力不足，适用范围较窄。


技术实现要素：

5.本实用新型的实施例提供一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构，在保留了搭接柱转换结构的优点外，通过设置斜腹杆桁架平衡搭接柱转换产生的上下层楼盖梁板的轴力，大大减小了相连竖向构件剪力、弯矩，确保相连竖向构件的安全储备及抗震延性，适用的范围更广。
6.为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
7.本实用新型的实施例提供了一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构，包括：至少一个上弦杆；至少一个平行设置于上弦杆的正下方的下弦杆；相连竖向构件，与上弦杆以及下弦杆固定连接；搭接块，用于连接搭接上柱和搭接下柱，设置于上弦杆以及下弦杆的一端，且与上弦杆以及下弦杆固定连接；搭接上柱，设置于搭接块的顶部；搭接下柱，设置于搭接块的底部；腹杆组，设置在上弦杆与下弦杆之间，腹杆组用于减小上弦杆和下弦杆产生的轴向力。
8.可选的，腹杆组包括一个斜腹杆，斜腹杆与搭接块、上弦杆、相连竖向构件以及下弦杆连接。
9.进一步的，斜腹杆与搭接块、上弦杆、相连竖向构件以及下弦杆铰接。
10.可选的，腹杆组包括多个斜腹杆和多个直腹杆，多个斜腹杆与多个直腹杆依次首尾连接，腹杆组的两端均为斜腹杆；其中，多个斜腹杆与多个直腹杆均与上弦杆和下弦杆连接，位于腹杆组的两端的两个斜腹杆中的一个与搭接块以及下弦杆连接，另一个与相连竖
向构件以及上弦杆连接；或；位于两端的两个斜腹杆中的一个与搭接块以及上弦杆连接，另一个与相连竖向构件以及下弦杆连接。
11.可选的，相连竖向构件为剪力墙、边框柱、角柱中的至少一种。
12.可选的，在水平方向上，搭接上柱相较于搭接下柱更加靠近相连竖向构件。
13.可选的，在水平方向上，搭接上柱相较于搭接下柱更加远离相连竖向构件。
14.本实用新型实施例提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构混凝土用量较少、造价低、自重小，建筑空间可充分利用，且侧向刚度突变较小。此外，上弦杆与位于该上弦杆的正下方且与其平行的下弦杆之间设有腹杆组，腹杆组用于减小上弦杆和下弦杆产生的轴向力，这样可以使得相连竖向构件所承担的剪力对应降低，适用范围更广。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为现有技术中的一种搭接柱转换结构；
17.图2为本实用新型实施提供的一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施提供的又一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构的结构示意图；
19.图4为本实用新型实施提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构具有斜腹杆以及直腹杆的结构示意图；
20.图5为本实用新型实施例提供的一种高层建筑的结构示意图。
21.附图标记：
22.01
‑
搭接上柱；02
‑
搭接下柱；03
‑
搭接块；04
‑
上弦杆；05
‑
下弦杆；06
‑
相连竖向构件；1
‑
上弦杆；2
‑
下弦杆；3
‑
相连竖向构件；4
‑
搭接块；5
‑
搭接上柱；6
‑
搭接下柱；7
‑
斜腹杆；8
‑
直腹杆。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者
隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
27.本实用新型实施例提供一种斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构，参照图2和图5或参照图3和图5，包括：至少一个上弦杆1；至少一个平行设置于上弦杆1的正下方的下弦杆2；相连竖向构件3，与上弦杆1以及下弦杆2固定连接；搭接块4，用于连接搭接上柱5和搭接下柱6，设置于上弦杆1以及下弦杆2的一端，且与上弦杆1以及下弦杆2固定连接；搭接上柱5，设置于搭接块4的顶部；搭接下柱6，设置于搭接块4的底部；腹杆组，设置在上弦杆1与下弦杆2之间，腹杆组用于减小上弦杆1和下弦杆2产生的轴向力。
28.本实用新型实施例提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构，参照图2和图5或参照图3和图5，混凝土用量较少、造价低、自重小，建筑空间可充分利用，且侧向刚度突变较小。此外，上弦杆1与位于该上弦杆1的正下方且与其平行的下弦杆2之间设有腹杆组，腹杆组用于减小上弦杆1和下弦杆2产生的轴向力，这样可以使得相连竖向构件3所承担的剪力对应降低，适用范围更广。
29.参照图2和图5或参照图3和图5，腹杆组包括一个斜腹杆7，斜腹杆7与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2连接。详细的，参照图2，斜腹杆7的一端与搭接块4以及下弦杆2连接，另一端与相连竖向构件3以及上弦杆1连接。或，参照图3，斜腹杆7的一端与搭接块4以及上弦杆1连接，另一端与相连竖向构件3以及下弦杆2连接。此时，上弦杆1与位于该上弦杆1的正下方且与其平行的下弦杆2之间设有斜腹杆7。这样的话，在重力荷载下产生的搭接上柱5轴向力n的作用下，上弦杆1和下弦杆2均产生轴向力t
′
，斜腹杆7产生轴向力t
斜
，t
′
≈n*c/h
‑
t
斜
cosθ，n为搭接上柱5的轴向力，c为搭接块4在上弦杆1长度方向上的宽度，h为搭接块4在高度方向上的尺寸，t
斜
为斜腹杆7的轴向力，θ为斜腹杆7与上弦杆1或下弦杆2形成的夹角中的锐角。此时，相连竖向构件3所承担的剪力v
′
≈t
′
/2。由上述可知，由于斜腹杆7的引入，上弦杆1和下弦杆2产生的轴向力由原来的t≈n*c/h退化为t
′
≈n*c/h
‑
t
斜
cosθ，有效减小了上弦杆1和下弦杆2产生的轴向力，进一步的使得相连竖向构件3所承担的剪力由原来的v≈t/2退化为v
′
≈t
′
/2，降低了相连竖向构件3受到的剪力。此外，本实用新型实施例提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构可以通过调整斜腹杆7的刚度来改变其产生的轴向力t
斜
的大小，进而调整相连竖向构件3所承担的剪力的大小，适用范围更广。
30.需要说明的是，斜腹杆7的刚度的大小可以通过控制斜腹杆7横截面的尺寸来调整。具体的，斜腹杆7横截面的尺寸越大，其刚度越大，对应承担的轴向力t
斜
越大，从而相连竖向构件3受到的剪力就越小；与之相反的，斜腹杆7横截面的尺寸越小，其刚度越小，对应承担的轴向力t
斜
越小，从而相连竖向构件3受到的剪力就越大。此处，上弦杆1通常为上楼盖板中的梁结构，下弦杆2通常为下弦杆2中的梁结构，在此不做限定。
31.鉴于上述斜腹杆7的设置可以减小上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力，降低相连竖
向构件3受到的剪力，因此，上述相连竖向构件3可选用的范围更广。示例性的，相连竖向构件3为剪力墙、边框柱、角柱中的至少一种。也就是说，上弦杆1以及下弦杆2可以与剪力墙、边框柱、角柱中的一个或者多个形成固定连接。此处，根据不同的相连竖向构件3的设计相关规范的要求，对应调整其对应的斜腹杆7的刚度，以调整其受到的剪力的大小，进而确保该相连竖向构件3的安全储备及抗震延性。当然，相连竖向构件3还可以是其他，在此不做限定。
32.根据上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力的公式可知，如图2或图3所示，斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ的大小与上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力的大小存在正相关，即斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ越小，上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力越小；斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ越大，上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力越大。优选的，斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ的大小为30
°
～45
°
，斜腹杆7与上弦杆1以及下弦杆2的连接效果好，斜腹杆7所承受的轴向力的转化效率较高，可以有效的降低上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力，大大减小相连竖向构件3的受到的剪力、弯矩，确保相连竖向构件3的安全储备及抗震延性。应理解，由于上弦杆1与下弦杆2平行设置，因此，斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ的大小与斜腹杆7与上弦杆1形成的夹角中的锐角θ的大小一致，即斜腹杆7与上弦杆1形成的夹角中的锐角θ的大小也为30
°
～45
°
。
33.为了使上述斜腹杆7更好的传递轴向力，参照图2或图3，斜腹杆7与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2铰接。其中，在斜腹杆7的一端与搭接块4以及下弦杆2连接，另一端与相连竖向构件3以及上弦杆1连接的情况下，斜腹杆7的一端与搭接块4以及下弦杆2铰接，另一端与相连竖向构件3以及上弦杆1铰接。在斜腹杆7的一端与搭接块4以及上弦杆1连接，另一端与相连竖向构件3以及下弦杆2连接的情况下，斜腹杆7的一端与搭接块4以及上弦杆1铰接，另一端与相连竖向构件3以及下弦杆2铰接。此时，斜腹杆7与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2铰接，使得斜腹杆7的端部可以进行微小转动，有利于释放弯矩，进而可以更加有效的传递轴向力，即在同样的条件下，两端与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2铰接分别铰接的斜腹杆7相较于两端直接与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2铰接固定连接的斜腹杆7，两端与搭接块4、上弦杆1、相连竖向构件3以及下弦杆2铰接分别铰接的斜腹杆7的t
斜
的数值较大，上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力较小，相连竖向构件3的受到的剪力、弯矩大大减小，确保相连竖向构件3的安全储备及抗震延性。
34.在另一些实施例中，参照图2、图4和图5，腹杆组包括多个斜腹杆7和多个直腹杆8，多个斜腹杆7与多个直腹杆8依次首尾连接，腹杆组的两端均为斜腹杆7；其中，多个斜腹杆7与多个直腹杆8均与上弦杆1和下弦杆2连接，位于腹杆组的两端的两个斜腹杆7中的一个与搭接块4以及下弦杆2连接，另一个与相连竖向构件3以及上弦杆1连接；或；位于两端的两个斜腹杆7中的一个与搭接块4以及上弦杆1连接，另一个与相连竖向构件3以及下弦杆2连接。以这种方式设置，可以大大的降低上弦杆1和下弦杆2受到的轴向力，大大减小相连竖向构件3的受到的剪力、弯矩。此处，斜腹杆7以及直腹杆8的数量可以根据上弦杆1或下弦杆2的长度以及斜腹杆7与下弦杆2的夹角进行设定。一般来说，斜腹杆7与下弦杆2形成的夹角中的锐角θ为30
°
～45
°
。当然，多个斜腹杆7沿上弦杆1的延伸方向的分布方式并不仅限于均匀分布，在此不再一一列举。此外，以这种方式设置亦可以降低上弦杆1和下弦杆2受到的轴向
力，减小相连竖向构件3的受到的剪力、弯矩，提高结构的安全性。这里，上述多个斜腹杆7与多个直腹杆8的两端与其他结构连接也可以采用铰接的方式，在此不做限定。
35.根据不同的应用场景，搭接上柱5与搭接下柱6在搭接块4上的相对位置并不唯一，例如，参照图2和图5，在水平方向上，搭接上柱5相较于搭接下柱6更加靠近相连竖向构件3；又例如，参照图3和图5，在水平方向上，搭接上柱5相较于搭接下柱6更加远离相连竖向构件3。
36.下面结合图2和图5对搭接上柱5相较于搭接下柱6在水平方向上更加靠近相连竖向构件3的实施例进行详细描述。
37.参照图2和图5，在水平方向上，本实用新型实施例提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构的搭接上柱5相较于搭接下柱6更加靠近相连竖向构件3。此时，上述斜腹杆7与上弦杆1的连接位置相较于斜腹杆7与下弦杆2的连接位置更加远离搭接块4。这样的话，斜腹杆7受到的力为拉力，即斜腹杆7起到拉杆的作用，有利于斜腹杆7更好的传递轴向力，可通过控制斜腹杆7的横截面的尺寸大小来调节其刚度，以改变其产生的轴向力t
斜
的大小，便于通过调整斜腹杆7的横截面的尺寸大小使得相连竖向构件3所承担的剪力满足设计相关规范的要求，进而确保该相连竖向构件3的安全储备及抗震延性。当然，上述斜腹杆7与上弦杆1的连接位置相较于斜腹杆7与下弦杆2的连接位置也可以更加靠近搭接块4，在此不做限定。
38.下面结合图3和图5对搭接上柱5相较于搭接下柱6在水平方向上更加远离相连竖向构件3的实施例进行详细描述。
39.参照图3和图5，在水平方向上，本实用新型实施例提供的斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构的搭接上柱5相较于搭接下柱6更加远离相连竖向构件3。此时，上述斜腹杆7与上弦杆1的连接位置相较于斜腹杆7与下弦杆2的连接位置更加靠近搭接块4。这样的话，斜腹杆7受到的力为拉力，即斜腹杆7起到拉杆的作用，有利于斜腹杆7更好的传递轴向力，可通过调整斜腹杆7的横截面的尺寸大小来调节其刚度，以改变其产生的轴向力t
斜
的大小，便于通过调整斜腹杆7的横截面的尺寸大小使得相连竖向构件3所承担的剪力满足设计相关规范的要求，进而确保该相连竖向构件3的安全储备及抗震延性。当然，上述斜腹杆7与上弦杆1的连接位置相较于斜腹杆7与下弦杆2的连接位置也可以更加远离搭接块4，在此不做限定。
40.其中，当斜腹杆桁架自平衡搭接柱转换结构用于各种高层及超高层转换结构，且高层建筑的建筑结构为钢筋混凝土结构，上述搭接块4可以为与该高层建筑的框架结构连为一体的钢筋混凝土结构，即搭接块4属于高层建筑的主体框架结构的一部分。
41.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
42.以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。