本發明涉及一種下掛上承結構體系及其施工方法，尤其是一種能夠同時實現轉換下部懸掛結構和上部傳力結構荷載的結構體系及其施工方法。

背景技術：

超高層建筑逐漸成為建筑業的趨勢，而高層綜合性建筑，在功能上通常是由高大空間的停車場或商場向狹小空間住宅或辦公層轉換，為滿足建筑功能轉變導致內部空間結構轉換的需求，通常采用低位設稀疏巨柱高位設密集小柱的設計方式；通過設置轉換結構可有效實現高低位柱體之間的受力轉換，實現超高層建筑的空間需求，而且轉換桁架因其獨特的鋼-混凝土結構構造，可在滿足高層建筑高壓力高延性的前提下減小構件截面，并改善整體建筑物的抗震性能。

轉換結構的高度往往受到建筑設計的限制，這種情況下傳統的僅依靠轉換結構實現上下層受力轉換已不能滿足建筑空間需求，通過設置下懸掛結構，可同時保證結構受力要求和低位空間需求，同時又由于下懸掛結構懸掛于轉換結構下部，會導致轉換桁架層構件安裝下部無支撐體系。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述不足，本發明提供一種下掛上承結構體系及其施工方法，能夠實現大噸位轉換結構的施工，解決轉換結構施工時下部無支撐無法安裝的技術難題，結構整體受力合理，可滿足整體結構受力和建筑空間需求，施工過程方便，經濟合理。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種下掛上承結構體系，包括連接成整體的懸掛結構、轉換結構和傳力結構，其特征是：所述懸掛結構為下懸掛結構，所述傳力結構為中間為豎向傳力結構和上部傳力結構，上部傳力結構固結于轉換結構上部，下懸掛結構轉換結構的下部，上部傳力結構與下懸掛結構和轉換結構構成下掛上承結構體系。

進一步，所述下懸掛結構主要由下懸掛結構鋼梁和吊柱構成，下懸掛結構鋼梁至少是兩個且相互平行水平布置，吊柱垂直固定連接于下懸掛結構鋼梁呈豎直排列；多個中間豎向傳力結構彼此平行布置在下懸掛結構鋼梁上，中間豎向傳力結構與下懸掛結構鋼梁垂直相交固定連接；下懸掛結構通過吊柱固定連接至轉換結構的下弦桿之上，轉換結構又通過其上弦桿與上部傳力結構固定連接，下懸掛結構和上部傳力結構直接作用于轉換結構。

進一步，下掛上承結構體系還包括有角部豎向傳力結構，位于下懸掛結構鋼梁端部的中間豎向傳力結構通過變截面結構連接件分別固定連接一個角部豎向承力結構。

進一步，各部件固定連接方式為焊接連接或螺栓連接。

本發明還公開了一種下掛上承結構體系的施工方法，包括以下施工步驟：

（一）安裝角部豎向承力結構和中間豎向傳力結構：在地基基礎上固定角部豎向承力結構和中間豎向傳力結構，施工時自下而上依次吊裝、拼接，形成角部豎向承力結構和中間豎向傳力結構，在豎向懸臂端處，角部豎向承力結構通過變截面結構連接件與中間豎向傳力結構固定連接；

（二）組裝下懸掛結構：水平放置至少兩個相互平行的下懸掛結構鋼梁，位于最上方兩個下懸掛結構鋼梁之間固定連接豎向平行排列的吊柱，吊柱的上端超出最上方的下懸掛結構鋼梁，即構成下懸掛結構；將下懸掛結構鋼梁連接在中間豎向傳力結構上，下懸掛結構鋼梁與中間豎向傳力結構垂直相交；

（三）形成臨時支撐體系：在下懸掛結構最上方兩個下懸掛結構鋼梁之間增設臨時斜腹桿，以最上方兩個下懸掛結構鋼梁作為上弦和下弦，吊柱作為直腹桿，以此形成臨時支撐體系；

（四）形成臨時回頂體系：在下懸掛結構最上方的下懸掛結構鋼梁之上安裝預制的方形鋼管柱，方形鋼管柱與吊柱、中間豎向傳力結構平行且交錯排布，方形鋼管柱和吊柱在下懸掛結構鋼梁的上方組成臨時回頂體系；

（五）安裝轉換結構：以預制方鋼管柱及下懸掛結構的吊柱為支點，安裝轉換結構的下弦桿，將吊柱與轉換結構進行連接，預制的方形鋼管柱與轉換結構進行連接，在下弦桿之上進行相應的直腹桿、斜腹桿、上弦桿的吊裝及連接，形成轉換結構；向上加長中間豎向傳力結構并與轉換結構連接；

（六）在轉換結構的上弦桿之上安裝上部傳力結構；

（七）對臨時回頂體系及臨時支撐體系進行卸載：待轉換結構的變形監測趨于穩定，依次拆除臨時回頂體系的方形鋼管柱、吊柱的連接耳板以及臨時支撐體系上的臨時斜腹桿；

（八）將下懸掛結構的吊柱與轉換結構的下弦桿進行連接。

進一步，斜腹桿采用滿足承力要求的預制H型鋼，斜腹桿在兩個下懸掛結構鋼梁之間首尾相接布置，相鄰斜腹桿之間的連接點位于吊柱與下懸掛結構鋼梁的交點處或者位于相鄰吊柱中間的下懸掛結構鋼梁上。

進一步，吊柱與轉換結構的下弦桿使用長圓孔連接耳板配合高強螺栓進行連接，預制的方形鋼管柱與轉換結構的下弦桿焊接連接。

相對于傳統鋼管支撐體系和傳統牛腿斜撐類轉換桁架，本發明的一種下掛上承結構體系及其施工方法，存在明顯的技術先進性和施工操作優點：

其一：本發明在構筑的過程中形成的臨時回頂體系和臨時支撐體系，是通過在原有下懸掛結構的基礎上增加臨時斜腹桿及方形鋼管柱構成，因為大多數利用原有結構，所以實現了利用最少的附加構件實現大噸位超重型轉換結構（3000噸及以上）的施工；

其二：又由于本發明一是利用原結構，二是附加類措施均為整體模塊化構件，因此可使施工完成后的措施拆除工程量最小化；

其三：本發明實現了既有上承結構，又有下掛結構形式的復雜結構受力；施工時，轉換結構自重及施工荷載通過臨時回頂體系作用在臨時支承體系上，下懸掛結構利用自身結構組成的臨時支承體系滿足自重需求；施工上部傳力結構，直至轉換結構變形穩定，再對下懸掛結構進行卸載，從而形成了轉換結構下掛上承的結構設計體系；打破下承上載的傳統受力思維，攻克了大跨巨型轉換結構承載力不足、多維空間應變大等施工難題；

其四：為保證穩定性，傳統鋼管支撐多由地面開始搭設腳手架，不適用高空桁架的安裝，且工程安全得不到保障，本發明的結構體系利用原有結構做支撐，在施工過程中形成的臨時回頂體系和臨時支撐體系，更加解決了高空散拼的技術難題。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：

圖1是本發明一實施例施工過程至步驟七和八時的立面結構示意圖；

圖2是本發明一實施例施工過程至步驟六時的立面結構示意圖；

圖3是本發明一實施例施工過程至步驟三時的立面結構示意圖；

圖4是本發明一實施例施工過程至步驟四時的立面結構示意圖；

圖5是本發明一實施例施工過程至步驟五時的立面結構示意圖；

圖6是本發明一實施例施工過程至步驟五時的立面結構示意圖；

圖7是本發明一實施例中臨時支撐體系和臨時回頂體系的立面結構示意圖；

圖中，1、角部豎向承力結構，2、變截面結構連接件，3、下懸掛結構鋼梁，4、臨時斜腹桿，5、中間豎向傳力結構，6、方形鋼管柱，7、吊柱，8、下弦桿，9、轉換結構，10、上部傳力結構，11，下懸掛結構。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

實施例一

示出了本發明一個較佳的實施例的結構示意圖，一種下掛上承結構體系，包括連接成整體的懸掛結構、轉換結構和傳力結構，懸掛結構為下懸掛結構11，所述傳力結構為中間為中間豎向傳力結構5和上部傳力結構10，上部傳力結構10固結于轉換結構9上部，下懸掛結構11轉換結構9的下部，上部傳力結構10與下懸掛結構11和轉換結構9構成下掛上承結構體系。下懸掛結構11主要由下懸掛結構鋼梁3和吊柱7構成，下懸掛結構鋼梁3至少是兩個且相互平行水平布置，吊柱7垂直固定連接于下懸掛結構鋼梁3呈豎直排列；多個中間豎向傳力結構彼此平行布置在下懸掛結構鋼梁3上，中間豎向傳力結構與下懸掛結構鋼梁3垂直相交固定連接；下懸掛結構通過吊柱7固定連接至轉換結構9的下弦桿8之上，轉換結構9又通過其上弦桿與上部傳力結構10固定連接，下懸掛結構和上部傳力結構10直接作用于轉換結構9。下懸掛結構11和上部傳力結構10直接作用于轉換結構9，轉換結構9將力傳遞至中間豎向傳力結構5。

實施例二

下掛上承結構體系包括有角部豎向傳力結構1，位于下懸掛結構鋼梁3端部的中間豎向傳力結構通過變截面結構連接件2分別固定連接一個角部豎向承力結構，轉換結構9可將力傳遞至角部豎向承力結構1。各部件固定連接方式為焊接連接或螺栓連接。

實施例三

下懸掛結構通常會形成至少兩層結構，兩個相鄰的上下兩個下懸掛結構鋼梁3構成一個層結構，每層結構包含鋼梁、吊柱7、水平樓板等構件，角部豎向傳力結構及中間豎向傳力結構5承擔下懸掛結構、轉換結構9、上部傳力結構10及自身荷載，角部豎向傳力結構及中間豎向傳力結構通過變截面結構連接件2保證安裝過程中整體結構的穩定性。

本發明一種下掛上承結構體系的施工方法，包含以下步驟：

施工步驟一：首先在地基基礎上安裝角部豎向承力結構和中間豎向傳力結構，施工時自下而上依次吊裝、拼接，最終在上部形成角部豎向承力結構1和中間豎向傳力結構5，同時，在角部豎向承力結構1和中間豎向傳力結構5的豎向懸臂端處，角部豎向承力結構通過變截面結構連接件2與中間豎向傳力結構焊接為一體；角部豎向承力結構位于中間豎向傳力結構的兩側，角部豎向承力結構直接連接在位于端部的中間豎向傳力結構上；

施工步驟二：然后，水平放置至少兩個相互平行的下懸掛結構鋼梁3，位于最上方兩個下懸掛結構鋼梁3之間焊接豎向平行排列的吊柱7，吊柱7的上端超出最上方的下懸掛結構鋼梁3，即組裝好了下懸掛結構；將下懸掛結構鋼梁3通過高強螺栓鉸接在中間豎向傳力結構上，下懸掛結構鋼梁3與中間豎向傳力結構垂直相交；

施工步驟三：接著，在下懸掛結構最上方兩個下懸掛結構鋼梁3之間增設臨時斜腹桿4，以下懸掛結構最上方兩個下懸掛結構鋼梁3作為上弦和下弦，吊柱7作為直腹桿，以此形成臨時支撐體系，可參見圖3-7；從圖中可見，臨時支撐體系與下懸掛結構的下層結構在同一位置，施工期間是以下懸掛結構的原結構鋼梁為上下弦，以原結構吊柱7為直腹桿，增加斜腹桿組成；

施工步驟四：再接下來，在下懸掛結構最上方的下懸掛結構鋼梁3之上安裝預制的方形鋼管柱6，方形鋼管柱6與吊柱7、中間豎向傳力結構平行且交錯排布，方形鋼管柱6和吊柱7在下懸掛結構鋼梁3的上方組成了臨時回頂體系，具體參見圖4-6；從圖中可見，臨時回頂體系與下懸掛結構的上層結構在同一位置，臨時回頂體系由下懸掛結構吊柱7和增設的預制的方形鋼管柱6組成；

施工步驟五：之后，以預制方鋼管柱及下懸掛結構的吊柱7為支點，安裝轉換結構9的下弦桿8，將吊柱7與轉換結構9的下弦桿8使用長圓孔連接耳板配合高強螺栓進行連接，預制的方形鋼管柱6與轉換結構9的下弦桿8焊接，在下弦桿8之上進行相應的直腹桿、斜腹桿、上弦桿的吊裝及焊接，形成轉換結構9；向上加長中間豎向傳力結構并與轉換結構9焊接；可參見圖5理解；

施工步驟六：安裝好轉換結構9之后，在轉換結構9的上弦桿之上安裝上部傳力結構10；參見圖2；

施工步驟七：待轉換結構9的變形監測趨于穩定，依次拆除臨時回頂體系的方形鋼管柱6、吊柱7的連接耳板以及臨時支撐體系上的臨時斜腹桿4，使用液壓千斤頂分次緩慢卸載，完成對臨時回頂體系及臨時支撐體系的卸載；參見圖1；

施工步驟八：卸載完成后，將下懸掛結構的吊柱7與轉換結構9的下弦桿8進行焊接，以保證整體結構受力達到下掛上承；參見圖1。

作為本實施例的一種具體可實現結構，所述的斜腹桿采用滿足承力要求的預制H型鋼，斜腹桿在兩個下懸掛結構鋼梁3之間首尾相接布置，相鄰斜腹桿之間的連接點位于吊柱7與下懸掛結構鋼梁3的交點處或者位于相鄰吊柱7中間的下懸掛結構鋼梁3上。

本發明下掛上承結構體系的受力狀態：上部傳力結構10通過轉換結構9將自身荷載傳遞至角部豎向承力結構及中間豎向傳力結構上，下懸掛結構通過轉換結構9將自身荷載傳遞至角部豎向承力結構及中間豎向傳力結構上，從而滿足了結構整體受力要求；并且在施工過程中，轉換結構9又通過臨時回頂體系將自身荷載傳遞至臨時支撐體系上，從而滿足了施工荷載要求。

本發明最突出的改進措施是設計了臨時支撐體系和臨時回頂體系，在轉換結構變形監測趨于穩定后又將臨時支撐體系和臨時回頂體系進行卸載。前期施工階段設置臨時支撐體系和臨時回頂體系的作用有兩點，其一是為轉換桁架層施工提供下部支撐，其二是臨時支撐體系和臨時回頂體系自身剛度滿足自身部分的承力需求；此時臨時支撐體系和臨時回頂體系的自重作用在中間豎向傳力結構上，與設計承力要求相悖，那么施工結束后進行臨時支撐體系和臨時回頂體系的卸載，下懸掛結構不可避免地由于自重產生了一部分撓度，此部分撓度變形最大處在中部，而中部有吊柱7連接上部轉換桁架層，能夠將吊柱7所受的部分力分散到上部轉換桁架層，實現下懸掛，從而達到了設計要求的受力狀態。

實施例四

本例中，下掛上承結構體系包括兩層下懸掛體系、四根角柱即中角部豎向傳力結構1、八根巨柱即中間豎向傳力結構5、一層轉換桁架即轉換結構9、轉換桁架往上的上部主體結構即上部傳力結構10；變截面連接構件2為施工中連接角柱和巨柱的變截面鋼梁；下懸掛結構鋼梁3為水平鋼梁；吊柱7為鋼柱。

施工步驟一：在地基基礎上安裝角柱和中間巨柱：在地基基礎上做角柱和巨柱柱基，施工時自下而上依次吊裝、拼接，焊接連接成角柱和巨柱，此時兩柱懸臂，依層安裝鋼梁，樓板等水平構件。

施工步驟二：組裝下懸掛結構：安裝兩層下懸掛體系：包括下懸掛結構鋼梁與吊柱，下懸掛結構鋼梁與角柱、巨柱鉸接。

施工步驟三：在下懸掛結構最上方兩個下懸掛結構鋼梁3之間增設臨時斜腹桿4，以下懸掛結構最上方兩個下懸掛結構鋼梁3作為上弦和下弦，吊柱7作為直腹桿，以此形成臨時支撐體系，可參見圖3-7；從圖中可見，臨時支撐體系與下懸掛結構的下層結構在同一位置，施工期間是以下懸掛結構的原結構鋼梁為上下弦，以原結構吊柱7為直腹桿，增加斜腹桿組成。

施工步驟四：在下懸掛結構最上方的下懸掛結構鋼梁3之上安裝預制的方形鋼管柱6，方形鋼管柱6與吊柱7、中間豎向傳力結構平行且交錯排布，方形鋼管柱6和吊柱7在下懸掛結構鋼梁3的上方組成了臨時回頂體系，具體參見圖4-6；從圖中可見，臨時回頂體系與下懸掛結構的上層結構在同一位置，臨時回頂體系由下懸掛結構吊柱7和增設的預制的方形鋼管柱6組成。

施工步驟五：以預制方鋼管柱及下懸掛結構的吊柱7為支點，安裝轉換桁架的下弦桿8，將吊柱7與下弦桿8使用長圓孔連接耳板配合高強螺栓進行連接，預制的方形鋼管柱6與下弦桿8焊接，在下弦桿8之上進行相應的直腹桿、斜腹桿、上弦桿的吊裝及焊接，形成轉換桁架；向上加長巨柱并與轉換桁架焊接；可參見圖5理解。轉換桁架為上部密集小柱與下部稀疏巨柱之間的受力轉換層，對其構件施焊時可由巨柱為起點向兩側階梯狀推進安裝施焊，施焊時隨焊隨測，保證桁架整體安裝精度。

施工步驟六：安裝好轉換桁架之后，在轉換桁架的上弦桿之上安裝上部主體結構；參見圖2。

施工步驟七：待轉換桁架的變形監測趨于穩定，依次拆除臨時回頂體系的方形鋼管柱6、吊柱7的連接耳板以及臨時支撐體系上的臨時斜腹桿4，使用液壓千斤頂分次緩慢卸載，完成對臨時回頂體系及臨時支撐體系的卸載；參見圖1。

施工步驟八：卸載完成后，將下懸掛結構的吊柱7與轉換桁架的下弦桿8進行焊接，以保證整體結構受力達到下掛上承；參見圖1。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所作出任何簡單修改和同等變化，均落入本發明的保護范圍之內。