高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構的製作方法

2023-12-11 03:45:57 3

專利名稱：高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於土木工程中的結構工程領域，特別涉及一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構。
背景技術：
目前我國已建或在建的高層或超高層建築數量位居世界前列，據不完全統計，截止2011年，已建成或者計劃中的高度超過300米的大廈已達15座。這些高層或超高層建築的設計和建造過程也對建築技術和建築理論的發展起到了巨大的促進和革新作用。在已有的高層和超高層建築結構體系中，隨著結構體系類型不同，並且由於高度 的增加，構件截面尺寸有增大的趨勢，如香港中銀大廈的巨型桁架結構中，鋼筋混凝土實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。在這個尺度上利用實心混凝土構件或者實腹式鋼構件就涉及到諸如大體積混凝土澆築和鋼結構厚板加工等問題，並且構件尺寸大小仍然受到限制，不利於進一步提高結構高度。鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土形成的結構。在共同受力時，鋼管混凝土的外鋼管對核心混凝土形成了有效的約束。由於充分利用了鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料特性，鋼管混凝土結構比相同截面大小的鋼結構或混凝土結構具有承載力高、剛度大等優點。除此之外，鋼管混凝土結構還具有節省模板，施工速度快，抗震、抗火性能好等特點，因此正越來越多的在高層及超高層結構中得到應用。在此基礎上發展的鋼管混凝土桁架結構利用鋼管混凝土作為弦杆，空鋼管結構作為腹杆，具有截面開展，剛度大，抗變形能力強等特點。現有桁架結構的腹杆多為空鋼管或者鋼結構，破壞多為腹杆局部屈曲或者焊縫破壞，弦杆的強度能力不能得到充分發揮。因此迫切需要一種截面開展、強度高、剛度大、施工便捷、抗震性能好、自重輕的結構構件以及相應的結構形式來適應高層和超高層結構工程方面的更高需求。
發明內容本實用新型的目的在於為未來高層和超高層建築結構體系的設計提供一種解決方案，可以適應高層和超高層建築結構在使用功能以及結構高度方面更高的要求。本實用新型的目的通過下述技術方案實現，由鋼管混凝土肢杆式桁架梁、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐和鋼管混凝土肢杆式桁架柱構成，若干根鋼管混凝土肢杆式桁架梁和若干根鋼管混凝土肢杆式桁架柱交叉排列構成四邊形陣列，每個四邊形內設置一根與四邊形對角點連接的鋼管混凝土肢杆式桁架支撐；所述的鋼管混凝土肢杆式桁架梁、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐和鋼管混凝土肢杆式桁架柱均為鋼管混凝土肢杆式桁架，鋼管混凝土肢杆式桁架由2 10根鋼管混凝土弦杆沿長度方向通過法蘭盤或者焊接連接構成，不同鋼管混凝土弦杆之間通過鋼管混凝土腹杆用法蘭盤或者焊接連接。[0008]所述鋼管混凝土弦杆的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。所述鋼管混凝土腹杆的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。所述鋼管混凝土弦杆和鋼管混凝土腹杆的外鋼管材料為普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼。所述鋼管混凝土弦杆和鋼管混凝土腹杆的核心混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土。所述單根鋼管混凝土肢杆式桁架梁、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐或鋼管混凝土肢杆式桁架柱的鋼管混凝土弦杆的肢數為21肢。本實用新型可以作如下改進鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構可以結合鋼筋混凝土剪力牆和鋼筋混凝土核心 筒，形成外框架採用鋼管混凝土肢杆桁架，內部採用鋼筋混凝土剪力牆或者核心筒的混合結構。鋼管混凝土肢杆桁架構件本身外圍可以結合鋼筋混凝土構件，形成內埋鋼管混凝土肢杆桁架的鋼筋混凝土牆構件，以獲得更大的剛度和承載力。本實用新型的有益效果為(I)該結構傳力路徑明確，剛度大，穩定性好，可適用於更高高度和跨度的建築。(2)肢杆桁架構件將有效材料分布在四周，截面開展，弦杆和腹杆均採用鋼管混凝土，剛度大，承載力高。由於採用桁架結構，和普通實心構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築等工作，也能更有效利用材料的性能。由於肢杆填充了混凝土，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牆的應用。(3)抗震、抗風、抗火性能好。由於弦杆內部也填充混凝土，比傳統鋼管混凝土桁架承載能力更高，剛度更大，有效改善節點區域性能。比傳統鋼結構阻尼更大，抗風性能好，並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部空間可以得到有效利用，比如設置電梯間等。樓板體系可以直接搭建在主框架上，也可以採用懸掛樓板結構等，布置可以靈活多樣。(5)結構體系自重較輕，阻尼比較大。(6)施工速度快。主體結構基本構件可以預製，現場建設主結構時基本不需要綁紮鋼筋和搭建混凝土模板等工作。

圖I為本實用新型的實施例的結構體系示意圖；圖2為實施例標準層平面示意圖；圖3為實施例梁柱節點連接的示意圖；圖4為圖2中構件3的橫截面示意圖。圖中標號I一鋼管混凝土肢杆式桁架梁，2—鋼管混凝土肢杆式桁架支撐，3—鋼管混凝土肢杆式桁架柱，301—鋼管混凝土弦杆，302—鋼管混凝土腹杆，3011—外鋼管，3012—核心混凝土。
具體實施方式
本實用新型提供了一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，下面結合實施例和附圖對本實用新型的結構及具體實施方式
作進一步的說明。圖I為本實用新型的實施例的結構體系示意圖。由鋼管混凝土肢杆式桁架梁I、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐2和鋼管混凝土肢杆式桁架柱3構成。若干根鋼管混凝土肢杆式桁架梁I和若干根鋼管混凝土肢杆式桁架柱3交叉排列構成四邊形陣列，兩者之間通過焊接或者法蘭盤連接構成。每個四邊形內設置一根與四邊形對角點連接的鋼管混凝土肢杆式桁架支撐2，為體系提供更高的剛度和承載力。在結構體系平面布置中，鋼管混凝土肢杆式桁架柱3可以加密排列在內部形成井筒，提供更高的抗側剛度，替代剪力牆，形成抗震「二道防線」，如圖2所示。樓板等結構可以直接搭架在鋼管混凝土肢杆式桁架梁I上，也可以採用懸掛樓板等方式，在豎向荷載作用下，荷載通過樓板傳遞到鋼管混凝土肢杆式桁架梁1，再由鋼管混凝土肢杆式桁架梁I傳遞到鋼管混凝土肢杆式桁架柱3直至基礎。在側向荷載作用下，荷載傳遞到鋼管混凝土肢杆式桁架梁I和支撐，再傳遞到鋼管混凝土肢杆式桁架柱3直至基礎。`所述的鋼管混凝土肢杆式桁架梁I、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐2和鋼管混凝土肢杆式桁架柱3均為鋼管混凝土肢杆式桁架，鋼管混凝土肢杆式桁架由多根鋼管混凝土弦杆301沿長度方向通過法蘭盤或者焊接連接構成，不同鋼管混凝土弦杆301之間通過鋼管混凝土腹杆302用法蘭盤或者焊接連接，如圖3所示。鋼管混凝土弦杆301和鋼管混凝土腹杆302均由外鋼管3011中填充核心混凝土 3012構成。鋼管混凝土弦杆301的橫截面為矩形、圓形或橢圓形，鋼管混凝土腹杆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、高強鋼材或不鏽鋼，核心混凝土 3012的材料是普通混凝土或高強混凝土。
權利要求1.一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，由鋼管混凝土肢杆式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐(2)和鋼管混凝土肢杆式桁架柱(3)構成，其特徵在於，若干根鋼管混凝土肢杆式桁架梁(I)和若干根鋼管混凝土肢杆式桁架柱(3)交叉排列構成四邊形陣列，每個四邊形內設置一根與四邊形對角點連接的鋼管混凝土肢杆式桁架支撐(2)； 所述的鋼管混凝土肢杆式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐(2)和鋼管混凝土肢杆式桁架柱(3)均為鋼管混凝土肢杆式桁架，鋼管混凝土肢杆式桁架由多根鋼管混凝土弦杆(301)沿長度方向通過法蘭盤或者焊接連接構成，不同鋼管混凝土弦杆(301)之間通過鋼管混凝土腹杆(302)用法蘭盤或者焊接連接。
2.根據權利要求I所述的一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，其特徵在於，所述鋼管混凝土弦杆(301)的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
3.根據權利要求I所述的一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，其特徵在於，所述鋼管混凝土腹杆(302)的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
4.根據權利要求I所述的一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，其特徵在於，所述鋼管混凝土弦杆(301)和鋼管混凝土腹杆(302)的外鋼管材料為普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼。
5.根據權利要求I所述的一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，其特徵在於，所述鋼管混凝土弦杆(301)和鋼管混凝土腹杆(302)的核心混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土。
6.根據權利要求I所述的一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構，其特徵在於，所述單根鋼管混凝土肢杆式桁架梁(I)、鋼管混凝土肢杆式桁架支撐(2)或鋼管混凝土肢杆式桁架柱(3)的鋼管混凝土弦杆(301)的肢數為2 8肢。
專利摘要一種高層和超高層建築鋼管混凝土肢杆式桁架混合結構屬於土木工程中的結構工程領域。該結構由鋼管混凝土肢杆式桁架梁、桁架支撐和桁架柱構成，若干根桁架梁和桁架柱交叉排列構成四邊形陣列，每個四邊形內設置一根與四邊形對角點連接的桁架支撐；所述的鋼管混凝土肢杆式桁架梁、桁架支撐和桁架柱均為鋼管混凝土肢杆式桁架，鋼管混凝土肢杆式桁架由多根鋼管混凝土弦杆沿長度方向連接構成，不同鋼管混凝土弦杆之間通過鋼管混凝土腹杆連接。該結構傳力明確、性能優良、施工簡便、經濟性良好，構件外形尺寸更大，並且不同桁架構件之間可以相互連接形成多種組合，桁架構件內部空間可以充分利用，減少剪力牆設置，適於在高層及超高層建築結構中應用。
文檔編號E04B1/19GK202706195SQ201220042158
公開日2013年1月30日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者李威, 韓林海 申請人:清華大學