專(zhuān)利名稱(chēng)：高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，特別涉及一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)已建或在建的高層或超高層建筑數(shù)量位居世界前列，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2011年，已建成或者計(jì)劃中的高度超過(guò)300米的大廈已達(dá)15座。這些高層或超高層建筑的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程也對(duì)建筑技術(shù)和建筑理論的發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)和革新作用。在已有的高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中，隨著結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型不同，并且由于高度 的增加，構(gòu)件截面尺寸有增大的趨勢(shì)，如香港中銀大廈的巨型桁架結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土實(shí)心角柱的截面尺寸為4. 8米X4. I米，日本東京市政廳大廈I號(hào)樓的鋼桁架截面尺寸為6. 4米X6. 4米，上海中心的型鋼混凝土巨柱截面尺寸為3.7米X5. 3米。在這個(gè)尺度上利用實(shí)心混凝土構(gòu)件或者實(shí)腹式鋼構(gòu)件就涉及到諸如大體積混凝土澆筑和鋼結(jié)構(gòu)厚板加工等問(wèn)題，并且構(gòu)件尺寸大小仍然受到限制，不利于進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)高度。鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土形成的結(jié)構(gòu)。在共同受力時(shí)，鋼管混凝土的外鋼管對(duì)核心混凝土形成了有效的約束。由于充分利用了鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料特性，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)比相同截面大小的鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高、剛度大等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)還具有節(jié)省模板，施工速度快，抗震、抗火性能好等特點(diǎn)，因此正越來(lái)越多的在高層及超高層結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)利用鋼管混凝土作為弦桿，空鋼管結(jié)構(gòu)作為腹桿，具有截面開(kāi)展，剛度大，抗變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)?，F(xiàn)有桁架結(jié)構(gòu)的腹桿多為空鋼管或者鋼結(jié)構(gòu)，破壞多為腹桿局部屈曲或者焊縫破壞，弦桿的強(qiáng)度能力不能得到充分發(fā)揮。因此迫切需要一種截面開(kāi)展、強(qiáng)度高、剛度大、施工便捷、抗震性能好、自重輕的結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式來(lái)適應(yīng)高層和超高層結(jié)構(gòu)工程方面的更高需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于為未來(lái)高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)提供一種解決方案，可以適應(yīng)高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)在使用功能以及結(jié)構(gòu)高度方面更高的要求。本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，由鋼管混凝土肢桿式桁架梁、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐和鋼管混凝土肢桿式桁架柱構(gòu)成，若干根鋼管混凝土肢桿式桁架梁和若干根鋼管混凝土肢桿式桁架柱交叉排列構(gòu)成四邊形陣列，每個(gè)四邊形內(nèi)設(shè)置一根與四邊形對(duì)角點(diǎn)連接的鋼管混凝土肢桿式桁架支撐；所述的鋼管混凝土肢桿式桁架梁、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐和鋼管混凝土肢桿式桁架柱均為鋼管混凝土肢桿式桁架，鋼管混凝土肢桿式桁架由2 10根鋼管混凝土弦桿沿長(zhǎng)度方向通過(guò)法蘭盤(pán)或者焊接連接構(gòu)成，不同鋼管混凝土弦桿之間通過(guò)鋼管混凝土腹桿用法蘭盤(pán)或者焊接連接。[0008]所述鋼管混凝土弦桿的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。所述鋼管混凝土腹桿的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。所述鋼管混凝土弦桿和鋼管混凝土腹桿的外鋼管材料為普通鋼材、高強(qiáng)鋼材或不銹鋼。所述鋼管混凝土弦桿和鋼管混凝土腹桿的核心混凝土材料是普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。所述單根鋼管混凝土肢桿式桁架梁、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐或鋼管混凝土肢桿式桁架柱的鋼管混凝土弦桿的肢數(shù)為21肢。本實(shí)用新型可以作如下改進(jìn)鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)可以結(jié)合鋼筋混凝土剪力墻和鋼筋混凝土核心 筒，形成外框架采用鋼管混凝土肢桿桁架，內(nèi)部采用鋼筋混凝土剪力墻或者核心筒的混合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土肢桿桁架構(gòu)件本身外圍可以結(jié)合鋼筋混凝土構(gòu)件，形成內(nèi)埋鋼管混凝土肢桿桁架的鋼筋混凝土墻構(gòu)件，以獲得更大的剛度和承載力。本實(shí)用新型的有益效果為(I)該結(jié)構(gòu)傳力路徑明確，剛度大，穩(wěn)定性好，可適用于更高高度和跨度的建筑。(2)肢桿桁架構(gòu)件將有效材料分布在四周，截面開(kāi)展，弦桿和腹桿均采用鋼管混凝土，剛度大，承載力高。由于采用桁架結(jié)構(gòu)，和普通實(shí)心構(gòu)件相比在同樣的截面面積情況下避免了超大體積混凝土澆筑等工作，也能更有效利用材料的性能。由于肢桿填充了混凝土，有效避免了鋼管屈曲，提高了剛度，可以減少或部分替代剪力墻的應(yīng)用。(3)抗震、抗風(fēng)、抗火性能好。由于弦桿內(nèi)部也填充混凝土，比傳統(tǒng)鋼管混凝土桁架承載能力更高，剛度更大，有效改善節(jié)點(diǎn)區(qū)域性能。比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)阻尼更大，抗風(fēng)性能好，并且有更好的抗火性能。(4)空間利用率高。桁架梁和桁架柱的內(nèi)部空間可以得到有效利用，比如設(shè)置電梯間等。樓板體系可以直接搭建在主框架上，也可以采用懸掛樓板結(jié)構(gòu)等，布置可以靈活多樣。(5)結(jié)構(gòu)體系自重較輕，阻尼比較大。(6)施工速度快。主體結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件可以預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)主結(jié)構(gòu)時(shí)基本不需要綁扎鋼筋和搭建混凝土模板等工作。

圖I為本實(shí)用新型的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)體系示意圖；圖2為實(shí)施例標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖；圖3為實(shí)施例梁柱節(jié)點(diǎn)連接的示意圖；圖4為圖2中構(gòu)件3的橫截面示意圖。圖中標(biāo)號(hào)I一鋼管混凝土肢桿式桁架梁，2—鋼管混凝土肢桿式桁架支撐，3—鋼管混凝土肢桿式桁架柱，301—鋼管混凝土弦桿，302—鋼管混凝土腹桿，3011—外鋼管，3012—核心混凝土。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖I為本實(shí)用新型的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)體系示意圖。由鋼管混凝土肢桿式桁架梁I、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐2和鋼管混凝土肢桿式桁架柱3構(gòu)成。若干根鋼管混凝土肢桿式桁架梁I和若干根鋼管混凝土肢桿式桁架柱3交叉排列構(gòu)成四邊形陣列，兩者之間通過(guò)焊接或者法蘭盤(pán)連接構(gòu)成。每個(gè)四邊形內(nèi)設(shè)置一根與四邊形對(duì)角點(diǎn)連接的鋼管混凝土肢桿式桁架支撐2，為體系提供更高的剛度和承載力。在結(jié)構(gòu)體系平面布置中，鋼管混凝土肢桿式桁架柱3可以加密排列在內(nèi)部形成井筒，提供更高的抗側(cè)剛度，替代剪力墻，形成抗震“二道防線(xiàn)”，如圖2所示。樓板等結(jié)構(gòu)可以直接搭架在鋼管混凝土肢桿式桁架梁I上，也可以采用懸掛樓板等方式，在豎向荷載作用下，荷載通過(guò)樓板傳遞到鋼管混凝土肢桿式桁架梁1，再由鋼管混凝土肢桿式桁架梁I傳遞到鋼管混凝土肢桿式桁架柱3直至基礎(chǔ)。在側(cè)向荷載作用下，荷載傳遞到鋼管混凝土肢桿式桁架梁I和支撐，再傳遞到鋼管混凝土肢桿式桁架柱3直至基礎(chǔ)。`所述的鋼管混凝土肢桿式桁架梁I、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐2和鋼管混凝土肢桿式桁架柱3均為鋼管混凝土肢桿式桁架，鋼管混凝土肢桿式桁架由多根鋼管混凝土弦桿301沿長(zhǎng)度方向通過(guò)法蘭盤(pán)或者焊接連接構(gòu)成，不同鋼管混凝土弦桿301之間通過(guò)鋼管混凝土腹桿302用法蘭盤(pán)或者焊接連接，如圖3所示。鋼管混凝土弦桿301和鋼管混凝土腹桿302均由外鋼管3011中填充核心混凝土 3012構(gòu)成。鋼管混凝土弦桿301的橫截面為矩形、圓形或橢圓形，鋼管混凝土腹桿302的橫截面為矩形、圓形或橢圓形，外鋼管3011的材料是普通鋼材、高強(qiáng)鋼材或不銹鋼，核心混凝土 3012的材料是普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
權(quán)利要求1.一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，由鋼管混凝土肢桿式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐(2)和鋼管混凝土肢桿式桁架柱(3)構(gòu)成，其特征在于，若干根鋼管混凝土肢桿式桁架梁(I)和若干根鋼管混凝土肢桿式桁架柱(3)交叉排列構(gòu)成四邊形陣列，每個(gè)四邊形內(nèi)設(shè)置一根與四邊形對(duì)角點(diǎn)連接的鋼管混凝土肢桿式桁架支撐(2)； 所述的鋼管混凝土肢桿式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐(2)和鋼管混凝土肢桿式桁架柱(3)均為鋼管混凝土肢桿式桁架，鋼管混凝土肢桿式桁架由多根鋼管混凝土弦桿(301)沿長(zhǎng)度方向通過(guò)法蘭盤(pán)或者焊接連接構(gòu)成，不同鋼管混凝土弦桿(301)之間通過(guò)鋼管混凝土腹桿(302)用法蘭盤(pán)或者焊接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼管混凝土弦桿(301)的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼管混凝土腹桿(302)的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼管混凝土弦桿(301)和鋼管混凝土腹桿(302)的外鋼管材料為普通鋼材、高強(qiáng)鋼材或不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼管混凝土弦桿(301)和鋼管混凝土腹桿(302)的核心混凝土材料是普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單根鋼管混凝土肢桿式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢桿式桁架支撐(2)或鋼管混凝土肢桿式桁架柱(3)的鋼管混凝土弦桿(301)的肢數(shù)為2 8肢。
專(zhuān)利摘要一種高層和超高層建筑鋼管混凝土肢桿式桁架混合結(jié)構(gòu)屬于土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土肢桿式桁架梁、桁架支撐和桁架柱構(gòu)成，若干根桁架梁和桁架柱交叉排列構(gòu)成四邊形陣列，每個(gè)四邊形內(nèi)設(shè)置一根與四邊形對(duì)角點(diǎn)連接的桁架支撐；所述的鋼管混凝土肢桿式桁架梁、桁架支撐和桁架柱均為鋼管混凝土肢桿式桁架，鋼管混凝土肢桿式桁架由多根鋼管混凝土弦桿沿長(zhǎng)度方向連接構(gòu)成，不同鋼管混凝土弦桿之間通過(guò)鋼管混凝土腹桿連接。該結(jié)構(gòu)傳力明確、性能優(yōu)良、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性良好，構(gòu)件外形尺寸更大，并且不同桁架構(gòu)件之間可以相互連接形成多種組合，桁架構(gòu)件內(nèi)部空間可以充分利用，減少剪力墻設(shè)置，適于在高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。
文檔編號(hào)E04B1/19GK202706195SQ201220042158
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者李威, 韓林海 申請(qǐng)人:清華大學(xué)