專利名稱：一種螺旋支撐外筒結構建筑體系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑結構領域，具體地，涉及一種螺旋支撐外筒結構建筑體系。
背景技術：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，大型與超大型城市的土地資源越來越緊張，超高層建筑以其特有的地標性和極高的土地使用率成為一類重要的建筑結構形式。由于超高層建筑高度較高，風荷載與地震作用產(chǎn)生的水平方向的效應成為結構設計的主要控制因素，通常水平荷載引起的內力在構建中占有很大的比重，由于結構沿高度方向的形變量較大，保證建筑使用的舒適性與玻璃幕墻等圍護結構的安全性至關重要。在超高層鋼結構設計時，如何在增大結構的側向剛度、控制結構層間位移角與Ρ-Δ效應、保證結構在地震、風荷載作用下的安全性與舒適性的同時有效地控制用鋼量，具有很大的現(xiàn)實意義。因此，開發(fā)高效能的抗側力結構體系成為超高層鋼結構設計的關鍵技術之一。目前高層結構常用的結構體系主要有框架-支撐結構、框架-核心筒結構、筒中筒及束筒結構、巨型框架結構、巨型支撐結構、交叉網(wǎng)筒結構等，其中框架筒體、筒中筒及束筒結構、巨型支撐結構、交叉網(wǎng)筒結構等可以適用于超高層結構?？蚣?支撐結構的抗側力與抗扭能力較弱，雖然利用伸臂桁架可以有效地減小結構的側向位移，但是存在著結構側向剛度突變、與伸臂桁架相連外柱的內力過于集中以及在建筑高寬比很大時效果不顯著等問題；由于框筒類結構形式存在著明顯的剪力滯后現(xiàn)象，結構的抗側力效率較低；雖然巨型支撐結構的側向剛度較大，結構的抗側力能力主要集中于少數(shù)構件，主結構構件尺度很大， 主、次構件尺度相差明顯。交叉網(wǎng)筒豎向的作用主要由交叉支撐承擔，加大了交叉支撐受力負擔，降低了結構的綜合效能。由于超高層建筑的建造需要消耗大量的財力物力，建筑樓層面積受到使用功能與使用效率的限制，建筑高度到達一定限度時，結構的高寬比與側向剛度已經(jīng)成為主要制約因素，為了滿足未來建筑向更高空間發(fā)展的需求，必須開發(fā)適用于超高層建筑的新型高效能結構體系。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種抗側能力較強的的螺旋支撐外筒結構建筑體系。實現(xiàn)上述目的的技術方案如下一種螺旋支撐外筒結構建筑體系，在建筑的外筒中設置有立柱，在外筒的立柱間設置有斜向支撐，斜向支撐首尾相連，形成多道連續(xù)的螺旋支撐，環(huán)繞于外筒。設置螺旋支撐后，結構的側向剛度得到極大的提高，最大層間位移角與頂點位移顯著減小，并且自振周期和扭轉周期均有明顯的變化，外筒可以分擔更多的水平剪力。結構豎向剛度分布均勻，使得最大層間位移曲線連續(xù)光滑。進一步地，所述建筑為超高層建筑。超高層建筑指40層以上，高度100米以上的建筑。
進一步地，所述斜向支撐與立柱的連接節(jié)點在立柱的柱端，連接方式為剛接或鉸接。斜向支撐與柱的連接方式對結構整體的性能影響不大，可按實際工程需要而定。進一步地，所述螺旋支撐的布置方向為單向或雙向布置。螺旋支撐布置方向可以有雙向和單向，與雙向螺旋支撐相比，單向螺旋支撐外筒的平動周期和扭轉周期都有增大的趨勢，在水平荷載作用下的側向剛度較小，最大層間位移角較大。因此，外筒應盡量采用雙向布置螺旋支撐。進一步地，在相鄰的立柱之間，所述斜向支撐可跨越1層或多層樓層，優(yōu)選斜向支撐與水平面的夾角為40°。螺旋支撐外筒結構的抗扭剛度很大，斜向支撐傾斜角度對于結構扭轉剛度有一定影響，但對外筒的最大層間位移角的影響并不明顯。進一步地，所述螺旋支撐為4道、8道或16道。螺旋支撐的數(shù)量按需要增減，隨著螺旋支撐數(shù)量的增加，結構整體抗側力性能不斷提高，外筒的剛度逐漸加強，剪力的分配比例逐漸增大，抗側性能也越來越好。應在考慮經(jīng)濟合理的前提下，使內筒與外筒的性能達到最佳配合；進一步地，所述建筑的平面為任意幾何平面。進一步地，所述建筑為框架核心筒結構。進一步地，所述斜向支撐可在建筑主體完成后安裝。由于斜向支撐主要起到承擔水平力和作用，施工時可以采取斜向支撐后裝的方式。本發(fā)明通過研究還發(fā)現(xiàn)改變外筒框架梁的截面尺寸對于結構整體抗側效果影響很小，所以在設計時只要保證主要框架梁的強度和穩(wěn)定性，不必考慮其對于整體抗側力的貝獻。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)結構形式的概念，外筒螺旋支撐的設置，大大提高了體系的側向承載能力，區(qū)別于一般的交叉網(wǎng)筒結構，沒有取消豎向立柱，豎向荷載主要由立柱等承擔，螺旋支撐主要起到抵抗水平作用和協(xié)調整體受力的作用，大大提高了結構綜合效能。同時，螺旋支撐的布置靈活性較大，對于建筑設計的適應性很強，有利于實現(xiàn)結構項目最終達到受力合理，構件布置比較均勻，外形美觀的目的。該建筑體系可以適應多種建筑平面形式，建筑效果新穎，是一種新型的高效能結構形式。2、螺旋支撐與外筒相結合，大大提高了外筒的側向剛度。3、與框架-核心筒結構相比，省掉了水平加強層的伸臂桁架與腰桁架，混凝土核心筒施工大大簡化。4、與巨型支撐相比，螺旋支撐數(shù)量可調，使用非常靈活。5、與交叉網(wǎng)筒相比，保持了外柱的連續(xù)性，螺旋支撐可以延遲安裝，施工簡單方便。6、螺旋支撐僅承擔水平力與作用，支撐節(jié)點對梁柱節(jié)點無削弱。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖1為超高層建筑的樓層平面圖；圖2為螺旋支撐外筒結構建筑的立面圖(局部)；圖3是螺旋支撐外筒結構建筑體系構成的三維分解圖；圖如，仙分別為螺旋支撐單向布置和雙向布置的外筒展開示意圖(局部)；圖fejb分別為改變螺旋支撐的角度的外筒展開示意圖(局部)；圖6a，6b分別為改變螺旋支撐的數(shù)量的外筒展開示意圖(局部)；圖中1-內筒；2-外筒；3-連接節(jié)點；4-立柱；5-斜向支撐。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。對于超高層建筑側向荷載為主要控制因素，因此本發(fā)明實施例1-6的測試條件如下(主要分別考慮風荷載和地震作用在水平方向上的作用力)(1)風荷載1)基本風壓0. 55kN/m22)風荷載體型系數(shù)μ s參照建筑結構荷載規(guī)范的圓截面構筑物取用3)地面粗糙度B類(2)地震作用1)地震烈度7度2)影響系數(shù)最大值α max :0. 083)場地特征周期Tg 0. 4s實施例1無支撐外筒結構建筑如圖1所示，建筑采用框架核心筒結構，包括內筒1和外筒2，外筒2中豎向設置16 排立柱。建筑平面呈圓形，外筒2內徑為50.27m，內筒1內徑為24. 32m，地面以上120層， 層高4. 2m，建筑總高度為5(Mm，結構高寬比H/D = 10。外筒2采用鋼管混凝土立柱+H型鋼框架，內筒1采用鋼骨混凝土剪力墻，在內筒1 與外筒2之間的主梁采用焊接H型鋼梁。鋼材均采用Q345，混凝土強度等級為C80 C40。實施例2以實施例1的結構為基礎，如圖2所示，在外筒2的立柱4間設置有斜向支撐5， 斜向支撐5與立柱4的連接節(jié)點3在相應的柱端，連接方式為剛接，斜向支撐5首尾相連， 形成8道連續(xù)的螺旋支撐，雙向布置環(huán)繞于外筒2。其中斜向支撐5的傾斜角度為38. 4°。 施工時可以采取斜向支撐5后裝的方式。圖3顯示了螺旋支撐外筒結構建筑體系構成的三維分解圖。圖4b顯示了螺旋支撐雙向布置的外筒展開示意圖(局部)。與實施例1相比，筒體結構抗側力性能對比如表1和表2所示，可以看出，無支撐外筒側向剛度很小，在地震作用下的最大層間位移角為1/209，自振周期長達17. 9s。設置8 道螺旋支撐后，結構的側向剛度得到極大的提高，最大層間位移角與頂點位移顯著減小，并且自振周期和扭轉周期均有明顯的變化。表1無支撐外筒與螺旋支撐外筒體系主要性能數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種螺旋支撐外筒結構建筑體系，在建筑的外筒中設置有立柱，其特征在于，在外筒的立柱間設置有斜向支撐，斜向支撐首尾相連，形成多道連續(xù)的螺旋支撐，環(huán)繞于外筒。
2.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述建筑為超高層建筑。
3.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述斜向支撐與立柱的連接節(jié)點在立柱的柱端，連接方式為剛接或鉸接。
4.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述螺旋支撐的布置方向為單向或雙向布置。
5.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，在相鄰的立柱之間，所述斜向支撐可跨越1層或多層樓層。
6.根據(jù)權利要求5所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述斜向支撐與水平面的夾角為40°。
7.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述螺旋支撐為4 道、8道或16道。
8.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述建筑的平面為任意幾何平面。
9.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述建筑為框架核心筒結構。
10.根據(jù)權利要求1所述的螺旋支撐外筒結構建筑體系，其特征在于，所述斜向支撐可在建筑主體完成后安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋支撐外筒結構建筑體系，在建筑的外筒中設置有立柱，在外筒的立柱間設置有斜向支撐，斜向支撐首尾相連，形成多道連續(xù)的螺旋支撐，環(huán)繞于外筒。本發(fā)明的螺旋支撐外筒結構建筑體系，通過螺旋支撐的設置，大大提高了外筒的抗側能力，充分發(fā)揮外筒的結構作用，是一種高效能的新型結構體系。
文檔編號E04B1/19GK102155046SQ20111006447
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權日2011年3月17日
發(fā)明者劉先明, 楊蘇, 王力, 范學偉, 范重 申請人:中國建筑設計研究院