一種多層懸挑剛性筒結構體系的製作方法
2023-12-11 05:12:57 1
專利名稱：一種多層懸挑剛性筒結構體系的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種建築結構體系，具體而言是一種多層懸挑結構與筒體結構的組合體系。
背景技術：
近幾十年來，由於現代建築對結構空間使用功能的要求和用地面積的緊張，以懸挑結構為主要使用、承載空間的大懸挑建築形式得到了越來越廣泛的應用，多層懸挑結構係指具備兩層及以上懸挑結構層，懸挑結構層具有承載功能的結構形式。由於懸挑結構存在豎向剛度不規則、贅餘約束度少等力學特性，目前工程技術人員多採用增加懸挑結構自身承載力及剛度，或在懸挑結構層之間設置豎向聯繫杆件等方式，滿足懸挑結構安全需求。但上述做法不能滿足以大懸挑形式為主要造型特性，同時對懸挑層有大空間使用要求的建築工程設計要求，而且工程用量較高。因此，工程界一直在探索創造既能夠滿足建築多層大空間使用要求，大懸挑造型要求，又能夠滿足結構合理性、經濟性的新型懸挑結構體系。
發明內容
技術問題
對於現有的多層懸挑結構體系，主要存在如下技術問題
(I)、大懸挑結構應力分布不均勻，薄弱部位明顯，由於各部位懸挑長度不一致，懸挑長度越長受力越大，造成內力集中分布，導致長懸挑構件成為影響結構安全的薄弱部位。(2)、各懸挑結構層之間空間協同作用不合理，懸挑結構層之間無結構構件聯繫或聯繫構件較弱，導致各樓層基本獨立受力，缺乏更有效的整體作用。(3)、結構力學響應不合理，由於懸挑結構的受力特性，結構懸挑端部鞭稍效應顯著，在荷載作用下端部位移、加速度等靜力、動力響應明顯放大，影響結構的安全、使用功倉泛。(4)、不宜滿足建築高、大空間使用要求，由於為滿足結構安全要求，懸挑結構構件尺寸較大，且隨著懸挑長度不同，構件尺寸大小不統一，影響了建築使用空間高度要求，若在懸挑層內部設置豎向聯繫杆件，則影響了建築的大空間使用要求。(5)、多層大懸挑結構由於其豎向剛度不規則、結構贅餘約束度少，為保證結構安全，工程結構材料用量較高，經濟性較差。技術方案
本發明的目的是提供一種多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，解決現有多層懸挑結構存在的技術問題，實現多層懸挑結構的安全性、合理性、經濟性，同時滿足建築大懸挑造型要求及大空間使用要求。本發明技術方案如下一種多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，該結構體系組成包括內筒結構、懸挑結構、外筒結構。內筒結構與外筒結構通過懸挑結構連接，共同組成多層懸挑筒結構體系。所述的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，其特徵為由多層懸挑結構及封閉外筒、內筒組成的新型結構體系，通過內筒的支撐作用及外筒的封閉、束裹作用，在有效增強結構整體性的同時，保證結構抵抗力矩最大化，促使結構平面、空間多層次協同作用，使得結構應力分布均勻，力學響應合理，避免了多層懸挑結構薄弱部位，並且在各懸挑層內部可以不設置豎向聯繫構件，實現了建築大懸挑造型及大空間使用要求。所述的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，其特徵為內筒與下部支撐結構連接。外筒僅與懸挑結構連接，不與下部支撐結構連接，外筒設置於懸挑結構外側，並對懸挑結構層起到了束裹作用。所述的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，其特徵為內筒具備足夠的與筒體表面垂直的法向方向的剛度，外筒結構具備足夠的與筒體表面平行的面內方向的剛度，同時外筒具有封閉性。
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有益效果
本發明具有以下有益效果
(I)本發明通過封閉式外筒對懸挑構件的約束作用，促使整體結構共同工作，有效降低了懸挑構件端部的辮梢效應，能夠明顯改善懸挑結構的靜力、動力響應。(2)本發明通過封閉式外筒的束裹作用及內筒的支撐作用，結構整體變形協調，使得懸挑結構層中不同懸挑長度構件內力趨於一致，應力分布均勻，既有效避免出現結構薄弱部位，又可實現懸挑構件尺寸接近，同時降低了整體結構的材料用量。(3)本發明的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，產生了更為有效的整體空間作用，使得各樓層懸挑結構由構件單一受力狀態轉換為空間整體共同受力狀態，結構應力分布更加均勻，從而可以進一步優化構件尺寸，並且由於外圍筒作用，結構抵抗力矩最大化，在優化結構用量的同時，有效實現懸挑層高、大空間的建築使用要求。
圖I是本發明的整體結構圖。圖2是本發明的結構俯視圖。 圖3是本發明的結構A-A剖面圖。圖4是本發明的實施例結構圖。圖5是備選方案結構圖。圖6是本發明的實施例結構B-B剖面圖。圖7是備選方案結構C-C剖面圖。圖8是本發明的實施例結構D-D剖面圖。圖9是備選方案結構E-E剖面圖。附圖標記1-內筒結構、2-懸挑結構、3-外筒結構、4-豎向聯繫杆件。
具體實施方式
如圖廣圖3所示，內筒結構I與外筒結構3通過懸挑結構2連接共同組成多層懸挑結構與筒體結構的組合體系。外筒結構3應具有封閉性，如密肋柱、剪力牆、空間網格等結構形式。內筒結構I與外筒結構3幾何形狀可採用對稱，也可採用非對稱；體系布置中內筒結構I與外筒結構3相對位置可採用對稱的形式，也可採用非對稱的形式。內筒結構I內部宜設置有效的水平支撐，以保證內筒結構具有足夠的平面外剛度。如圖f圖3所示，內筒結構I、懸挑結構2、外筒結構3的結構材料可根據實際工程的要求，選擇不同類型的結構材料，如鋼結構、混凝土結構、鋁合金結構等。如圖3所示，各結構層中懸挑結構2的長度可以相同，也可不同。同時懸挑結構2與內筒結構I之間的夾角即懸挑角度可以相同，也可不同。懸挑結構2的結構形式可採用桁架、梁、網架及空間網格等結構形式。某工程建築總高度50m，共三層，其中一層層高20m，二、三層層高15m，二、三層懸挑30m，一層平面呈圓形，直徑30m，二層及以上向外懸挑呈圓形，直徑90m。結構體系採用如圖4所示的本發明所提及的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，結構材料均採用鋼材，內筒結構I採用空間網格鋼結構，懸挑結構2採用鋼桁架結構，外筒結構3採用斜交網格平面鋼結構。如圖8所示樓層懸挑結構主要由12榀大懸挑鋼桁架組成，支撐二、三層荷載，懸挑轉換桁架最大懸挑長度30m。懸挑桁架採用變高度形式，根部高度約5m，端部約2. 5m。懸挑桁架弦杆採用箱型構件，主要截面尺寸為口 1500x800x40x50 (單位mm)。斜網格結構採用箱型構件，主要截面尺寸為口 300x600x20 (單位mm)。鋼結構材質均採用Q345B鋼。備選方案如圖5所不,與上述實施例建築條件相同，結構體系為僅設置內筒的多層懸挑結構，結構材料均採用鋼材，內筒I採用空間網格鋼結構，懸挑結構2採用鋼桁架結構，懸挑結構2端部通過豎向聯繫杆件4連接。結構布置形式、懸挑桁架高度及截面尺寸均與上述實施例相同，豎向聯繫杆件4採用箱型構件,截面尺寸為口 300x600x20 (單位mm)。鋼結構材質採用Q345B鋼。實施例懸挑祐1架端部最大位移為120mm,備選方案為250_。實施例構件最大應力為235MPa，備選方案為323MPa ;當對備選方案構件截面尺寸進行調整，使之與實施例構件應力最大值相同時，實施例用鋼量為備選方案用鋼量的80%。水平地震作用下，實施例懸挑祐1架端部最大加速度為I. 87m/S2,備選方案為2.68 m/s2。設置外筒結構3能夠有效減小整體結構用鋼量，同時有效控制結構體系的豎向位移。在地震作用下，由於減小加速度響應能夠減小慣性力，從而有效減小懸挑根部的剪力， 設置外筒結構3可以大幅度改善多層大懸挑結構的抗震安全性能。
權利要求
1.一種多層懸挑剛性筒體結構體系，包括內筒結構，懸挑結構和外筒結構，其特徵在於所述內筒結構與所述外筒結構通過懸挑結構連接，共同組成多層懸挑剛性筒體結構體系，所述內筒結構具備足夠的與筒體表面垂直的法向方向的剛度，所述外筒結構具備足夠的與筒體表面平行的面內方向的剛度，所述內筒結構與所述外筒結構都具有封閉性。
2.根據權利要求I所述的結構體系，其特徵在於所述內筒結構與下部支撐結構連接，所述外筒結構僅與所述懸挑結構連接。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的結構體系，其特徵在於所述內筒結構和所述外筒結構為密肋柱、剪力牆或空間網格。
4.根據權利要求I至3中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述懸挑結構的結構形式可採用桁架、梁、網架或空間網格的結構形式。
5.根據權利要求I至4中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述內筒結構與 所述外筒結構的幾何形狀可採用對稱或非對稱。
6.根據權利要求I至5中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於體系布置中，所述內筒結構與所述外筒結構相對位置可採用對稱形式或非對稱形式。
7.根據權利要求I至6中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述內筒結構內部設置有效的水平支撐，以保證所述內筒結構具有足夠的平面外剛度。
8.根據權利要求I至7中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述內筒結構、懸挑結構、外筒結構為鋼結構、混凝土結構或鋁合金結構。
9.根據權利要求I至8中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述懸挑結構的長度可相同或不同。
10.根據權利要求I至9中任一權利要求所述的結構體系，其特徵在於所述懸挑結構與所述內筒結構之間形成的懸挑角度可相同或不同。
全文摘要
本發明涉及一種多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，該結構體系組成包括內筒結構(1)、懸挑結構(2)、外筒結構(3)。本發明所涉及的多層懸挑結構與筒體結構的組合體系，適用於多層懸挑結構，尤其適用於對懸挑樓層有大空間使用要求的多層懸挑建築工程，該體系可以通過外筒結構與懸挑結構的共同作用，解決現有多層懸挑結構體系的技術問題，實現多層懸挑結構的安全性、合理性、經濟性，同時滿足建築大懸挑造型要求及多層大空間使用要求。
文檔編號E04B1/98GK102720269SQ20121009573
公開日2012年10月10日 申請日期2012年4月4日 優先權日2012年4月4日
發明者張國軍, 王明珠, 王樹, 葛家琪, 黃季陽 申請人:中國航空規劃建設發展有限公司