專利名稱：一種螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體地，涉及一種螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)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(biāo)性和極高的土地使用率成為一類重要的建筑結(jié)構(gòu)形式。由于超高層建筑高度較高，風(fēng)荷載與地震作用產(chǎn)生的水平方向的效應(yīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素，通常水平荷載引起的內(nèi)力在構(gòu)建中占有很大的比重，由于結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的安全性至關(guān)重要。在超高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如何在增大結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度、控制結(jié)構(gòu)層間位移角與Ρ-Δ效應(yīng)、保證結(jié)構(gòu)在地震、風(fēng)荷載作用下的安全性與舒適性的同時(shí)有效地控制用鋼量，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，開發(fā)高效能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系成為超高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前高層結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系主要有框架-支撐結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒及束筒結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型支撐結(jié)構(gòu)、交叉網(wǎng)筒結(jié)構(gòu)等，其中框架筒體、筒中筒及束筒結(jié)構(gòu)、巨型支撐結(jié)構(gòu)、交叉網(wǎng)筒結(jié)構(gòu)等可以適用于超高層結(jié)構(gòu)?？蚣?支撐結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力與抗扭能力較弱，雖然利用伸臂桁架可以有效地減小結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，但是存在著結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度突變、與伸臂桁架相連外柱的內(nèi)力過于集中以及在建筑高寬比很大時(shí)效果不顯著等問題；由于框筒類結(jié)構(gòu)形式存在著明顯的剪力滯后現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力效率較低；雖然巨型支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較大，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要集中于少數(shù)構(gòu)件，主結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度很大， 主、次構(gòu)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(dān)，加大了交叉支撐受力負(fù)擔(dān)，降低了結(jié)構(gòu)的綜合效能。由于超高層建筑的建造需要消耗大量的財(cái)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(dá)一定限度時(shí)，結(jié)構(gòu)的高寬比與側(cè)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(jié)構(gòu)體系。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種抗側(cè)能力較強(qiáng)的的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，在建筑的外筒中設(shè)置有立柱，在外筒的立柱間設(shè)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(shè)置螺旋支撐后，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到極大的提高，最大層間位移角與頂點(diǎn)位移顯著減小，并且自振周期和扭轉(zhuǎn)周期均有明顯的變化，外筒可以分擔(dān)更多的水平剪力。結(jié)構(gòu)豎向剛度分布均勻，使得最大層間位移曲線連續(xù)光滑。進(jìn)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。
3[0008]進(jìn)一步地，所述斜向支撐與立柱的連接節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)整體的性能影響不大，可按實(shí)際工程需要而定。進(jìn)一步地，所述螺旋支撐的布置方向?yàn)閱蜗蚧螂p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(zhuǎn)周期都有增大的趨勢，在水平荷載作用下的側(cè)向剛度較小，最大層間位移角較大。因此，外筒應(yīng)盡量采用雙向布置螺旋支撐。進(jìn)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(jié)構(gòu)的抗扭剛度很大，斜向支撐傾斜角度對于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)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(jìn)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(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力性能不斷提高，外筒的剛度逐漸加強(qiáng)，剪力的分配比例逐漸增大，抗側(cè)性能也越來越好。應(yīng)在考慮經(jīng)濟(jì)合理的前提下，使內(nèi)筒與外筒的性能達(dá)到最佳配合；進(jìn)一步地，所述建筑的平面為任意幾何平面。進(jìn)一步地，所述建筑為框架核心筒結(jié)構(gòu)。進(jìn)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(dān)水平力和作用，施工時(shí)可以采取斜向支撐后裝的方式。本實(shí)用新型通過研究還發(fā)現(xiàn)改變外筒框架梁的截面尺寸對于結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)效果影響很小，所以在設(shè)計(jì)時(shí)只要保證主要框架梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，不必考慮其對于整體抗側(cè)力的貢獻(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、本實(shí)用新型突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的概念，外筒螺旋支撐的設(shè)置，大大提高了體系的側(cè)向承載能力，區(qū)別于一般的交叉網(wǎng)筒結(jié)構(gòu)，沒有取消豎向立柱，豎向荷載主要由立柱等承擔(dān)，螺旋支撐主要起到抵抗水平作用和協(xié)調(diào)整體受力的作用，大大提高了結(jié)構(gòu)綜合效能。同時(shí)，螺旋支撐的布置靈活性較大，對于建筑設(shè)計(jì)的適應(yīng)性很強(qiáng)，有利于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目最終達(dá)到受力合理，構(gòu)件布置比較均勻，外形美觀的目的。該建筑體系可以適應(yīng)多種建筑平面形式，建筑效果新穎，是一種新型的高效能結(jié)構(gòu)形式。2、螺旋支撐與外筒相結(jié)合，大大提高了外筒的側(cè)向剛度。3、與框架-核心筒結(jié)構(gòu)相比，省掉了水平加強(qiáng)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(diào)，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(dān)水平力與作用，支撐節(jié)點(diǎn)對梁柱節(jié)點(diǎn)無削弱。下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中[0025]圖1為超高層建筑的樓層平面圖；圖2為螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑的立面圖(局部)；圖3是螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系構(gòu)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(nèi)筒；2-外筒；3-連接節(jié)點(diǎn)；4-立柱；5-斜向支撐。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。對于超高層建筑側(cè)向荷載為主要控制因素，因此本實(shí)用新型實(shí)施例1-6的測試條件如下(主要分別考慮風(fēng)荷載和地震作用在水平方向上的作用力)(1)風(fēng)荷載1)基本風(fēng)壓0. 55kN/m22)風(fēng)荷載體型系數(shù)μ s參照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的圓截面構(gòu)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(shí)施例1無支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑如圖1所示，建筑采用框架核心筒結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)筒1和外筒2，外筒2中豎向設(shè)置16 排立柱。建筑平面呈圓形，外筒2內(nèi)徑為50.27m，內(nèi)筒1內(nèi)徑為24. 32m，地面以上120層， 層高4. 2m，建筑總高度為5(Mm，結(jié)構(gòu)高寬比H/D = 10。外筒2采用鋼管混凝土立柱+H型鋼框架，內(nèi)筒1采用鋼骨混凝土剪力墻，在內(nèi)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(qiáng)度等級為C80 C40。實(shí)施例2以實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，如圖2所示，在外筒2的立柱4間設(shè)置有斜向支撐5， 斜向支撐5與立柱4的連接節(jié)點(diǎn)3在相應(yīng)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(shí)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(jié)構(gòu)建筑體系構(gòu)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(shí)施例1相比，筒體結(jié)構(gòu)抗側(cè)力性能對比如表1和表2所示，可以看出，無支撐外筒側(cè)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(dá)17. 9s。設(shè)置8 道螺旋支撐后，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到極大的提高，最大層間位移角與頂點(diǎn)位移顯著減小，并且自振周期和扭轉(zhuǎn)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(quán)利要求1.一種螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，在建筑的外筒中設(shè)置有立柱，其特征在于，在外筒的立柱間設(shè)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(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，其特征在于，所述建筑為超高層建筑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，其特征在于，所述斜向支撐與立柱的連接節(jié)點(diǎn)在立柱的柱端，連接方式為剛接或鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，其特征在于，所述螺旋支撐的布置方向?yàn)閱蜗蚧螂p向布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)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(quán)利要求5所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，其特征在于，所述建筑為框架核心筒結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，在建筑的外筒中設(shè)置有立柱，在外筒的立柱間設(shè)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。本實(shí)用新型的螺旋支撐外筒結(jié)構(gòu)建筑體系，通過螺旋支撐的設(shè)置，大大提高了外筒的抗側(cè)能力，充分發(fā)揮外筒的結(jié)構(gòu)作用，是一種高效能的新型結(jié)構(gòu)體系。
文檔編號E04B1/00GK201981646SQ20112007074
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉先明, 楊蘇, 王力, 范學(xué)偉, 范重 申請人:中國建筑設(shè)計(jì)研究院