CN102561508B - 高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构 - Google Patents

Abstract

一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构属于土木工程中的结构工程领域。该结构由钢管混凝土肢杆式桁架梁、桁架支撑和桁架柱构成，若干根桁架梁和桁架柱交叉排列构成四边形阵列，每个四边形内设置一根与四边形对角点连接的桁架支撑；所述的钢管混凝土肢杆式桁架梁、桁架支撑和桁架柱均为钢管混凝土肢杆式桁架，钢管混凝土肢杆式桁架由多根钢管混凝土弦杆沿长度方向连接构成，不同钢管混凝土弦杆之间通过钢管混凝土腹杆连接。该结构传力明确、性能优良、施工简便、经济性良好，构件外形尺寸更大，并且不同桁架构件之间可以相互连接形成多种组合，桁架构件内部空间可以充分利用，减少剪力墙设置，适于在高层及超高层建筑结构中应用。

Description

高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构

技术领域

本发明属于土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构。

背景技术

目前我国已建或在建的高层或超高层建筑数量位居世界前列，据不完全统计，截止2011年，已建成或者计划中的高度超过300米的大厦已达15座。这些高层或超高层建筑的设计和建造过程也对建筑技术和建筑理论的发展起到了巨大的促进和革新作用。

在已有的高层和超高层建筑结构体系中，随着结构体系类型不同，并且由于高度的增加，构件截面尺寸有增大的趋势，如香港中银大厦的巨型桁架结构中，钢筋混凝土实心角柱的截面尺寸为4.8米×4.1米，日本东京市政厅大厦1号楼的钢桁架截面尺寸为6.4米×6.4米，上海中心的型钢混凝土巨柱截面尺寸为3.7米×5.3米。在这个尺度上利用实心混凝土构件或者实腹式钢构件就涉及到诸如大体积混凝土浇筑和钢结构厚板加工等问题，并且构件尺寸大小仍然受到限制，不利于进一步提高结构高度。

钢管混凝土是在钢管中填充混凝土形成的结构。在共同受力时，钢管混凝土的外钢管对核心混凝土形成了有效的约束。由于充分利用了钢材抗拉和混凝土抗压的材料特性，钢管混凝土结构比相同截面大小的钢结构或混凝土结构具有承载力高、刚度大等优点。除此之外，钢管混凝土结构还具有节省模板，施工速度快，抗震、抗火性能好等特点，因此正越来越多的在高层及超高层结构中得到应用。在此基础上发展的钢管混凝土桁架结构利用钢管混凝土作为弦杆，空钢管结构作为腹杆，具有截面开展，刚度大，抗变形能力强等特点。现有桁架结构的腹杆多为空钢管或者钢结构，破坏多为腹杆局部屈曲或者焊缝破坏，弦杆的强度能力不能得到充分发挥。因此迫切需要一种截面开展、强度高、刚度大、施工便捷、抗震性能好、自重轻的结构构件以及相应的结构形式来适应高层和超高层结构工程方面的更高需求。

发明内容

本发明的目的在于为未来高层和超高层建筑结构体系的设计提供一种解决方案，可以适应高层和超高层建筑结构在使用功能以及结构高度方面更高的要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现，由钢管混凝土肢杆式桁架梁、钢管混凝土肢杆式桁架支撑和钢管混凝土肢杆式桁架柱构成，若干根钢管混凝土肢杆式桁架梁和若干根钢管混凝土肢杆式桁架柱交叉排列构成四边形阵列，每个四边形内设置一根与四边形对角点连接的钢管混凝土肢杆式桁架支撑；

所述的钢管混凝土肢杆式桁架梁、钢管混凝土肢杆式桁架支撑和钢管混凝土肢杆式桁架柱均为钢管混凝土肢杆式桁架，钢管混凝土肢杆式桁架由2～10根钢管混凝土弦杆沿长度方向通过法兰盘或者焊接连接构成，不同钢管混凝土弦杆之间通过钢管混凝土腹杆用法兰盘或者焊接连接。

所述钢管混凝土弦杆的横截面为矩形、圆形或椭圆形。

所述钢管混凝土腹杆的横截面为矩形、圆形或椭圆形。

所述钢管混凝土弦杆和钢管混凝土腹杆的外钢管材料为普通钢材、高强钢材或不锈钢。

所述钢管混凝土弦杆和钢管混凝土腹杆的核心混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。

所述单根钢管混凝土肢杆式桁架梁、钢管混凝土肢杆式桁架支撑或钢管混凝土肢杆式桁架柱的钢管混凝土弦杆的肢数为2～8肢。

本发明可以作如下改进：

钢管混凝土肢杆式桁架混合结构可以结合钢筋混凝土剪力墙和钢筋混凝土核心筒，形成外框架采用钢管混凝土肢杆桁架，内部采用钢筋混凝土剪力墙或者核心筒的混合结构。

钢管混凝土肢杆桁架构件本身外围可以结合钢筋混凝土构件，形成内埋钢管混凝土肢杆桁架的钢筋混凝土墙构件，以获得更大的刚度和承载力。

本发明的有益效果为：

(1)该结构传力路径明确，刚度大，稳定性好，可适用于更高高度和跨度的建筑。

(2)肢杆桁架构件将有效材料分布在四周，截面开展，弦杆和腹杆均采用钢管混凝土，刚度大，承载力高。由于采用桁架结构，和普通实心构件相比在同样的截面面积情况下避免了超大体积混凝土浇筑等工作，也能更有效利用材料的性能。由于肢杆填充了混凝土，有效避免了钢管屈曲，提高了刚度，可以减少或部分替代剪力墙的应用。

(3)抗震、抗风、抗火性能好。由于弦杆内部也填充混凝土，比传统钢管混凝土桁架承载能力更高，刚度更大，有效改善节点区域性能。比传统钢结构阻尼更大，抗风性能好，并且有更好的抗火性能。

(4)空间利用率高。桁架梁和桁架柱的内部空间可以得到有效利用，比如设置电梯间等。楼板体系可以直接搭建在主框架上，也可以采用悬挂楼板结构等，布置可以灵活多样。

(5)结构体系自重较轻，阻尼比较大。

(6)施工速度快。主体结构基本构件可以预制，现场建设主结构时基本不需要绑扎钢筋和搭建混凝土模板等工作。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构体系示意图；

图2为实施例标准层平面示意图；

图3为实施例梁柱节点连接的示意图；

图4为图3中构件3的A-A横截面示意图。

图中标号：

1—钢管混凝土肢杆式桁架梁，2—钢管混凝土肢杆式桁架支撑，3—钢管混凝土肢杆式桁架柱，301—钢管混凝土弦杆，302—钢管混凝土腹杆，3011—外钢管，3012—核心混凝土。

具体实施方式

本发明提供了一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，下面结合实施例和附图对本发明的结构及具体实施方式作进一步的说明。

图1为本发明的实施例的结构体系示意图。由钢管混凝土肢杆式桁架梁1、钢管混凝土肢杆式桁架支撑2和钢管混凝土肢杆式桁架柱3构成。若干根钢管混凝土肢杆式桁架梁1和若干根钢管混凝土肢杆式桁架柱3交叉排列构成四边形阵列，两者之间通过焊接或者法兰盘连接构成。每个四边形内设置一根与四边形对角点连接的钢管混凝土肢杆式桁架支撑2，为体系提供更高的刚度和承载力。在结构体系平面布置中，钢管混凝土肢杆式桁架柱3可以加密排列在内部形成井筒，提供更高的抗侧刚度，替代剪力墙，形成抗震“二道防线”，如图2所示。楼板等结构可以直接搭架在钢管混凝土肢杆式桁架梁1上，也可以采用悬挂楼板等方式，在竖向荷载作用下，荷载通过楼板传递到钢管混凝土肢杆式桁架梁1，再由钢管混凝土肢杆式桁架梁1传递到钢管混凝土肢杆式桁架柱3直至基础。在侧向荷载作用下，荷载传递到钢管混凝土肢杆式桁架梁1和支撑，再传递到钢管混凝土肢杆式桁架柱3直至基础。

所述的钢管混凝土肢杆式桁架梁1、钢管混凝土肢杆式桁架支撑2和钢管混凝土肢杆式桁架柱3均为钢管混凝土肢杆式桁架，钢管混凝土肢杆式桁架由多根钢管混凝土弦杆301沿长度方向通过法兰盘或者焊接连接构成，不同钢管混凝土弦杆301之间通过钢管混凝土腹杆302用法兰盘或者焊接连接，如图3所示。钢管混凝土弦杆301和钢管混凝土腹杆302均由外钢管3011中填充核心混凝土3012构成。钢管混凝土弦杆301的横截面为矩形、圆形或椭圆形，钢管混凝土腹杆302的横截面为矩形、圆形或椭圆形，外钢管3011的材料是普通钢材、高强钢材或不锈钢，核心混凝土3012的材料是普通混凝土或高强混凝土。

Claims (6)

1.一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，由钢管混凝土肢杆式桁架梁(1)、钢管混凝土肢杆式桁架支撑(2)和钢管混凝土肢杆式桁架柱(3)构成，其特征在于，若干根钢管混凝土肢杆式桁架梁(1)和若干根钢管混凝土肢杆式桁架柱(3)交叉排列构成四边形阵列，每个四边形内设置一根与四边形对角点连接的钢管混凝土肢杆式桁架支撑(2)；

所述的钢管混凝土肢杆式桁架梁(1)、钢管混凝土肢杆式桁架支撑(2)和钢管混凝土肢杆式桁架柱(3)均为钢管混凝土肢杆式桁架，钢管混凝土肢杆式桁架由多根钢管混凝土弦杆(301)沿长度方向通过法兰盘或者焊接连接构成，不同钢管混凝土弦杆(301)之间通过钢管混凝土腹杆(302)用法兰盘或者焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，其特征在于，所述钢管混凝土弦杆(301)的横截面为矩形、圆形或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，其特征在于，所述钢管混凝土腹杆(302)的横截面为矩形、圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，其特征在于，所述钢管混凝土弦杆(301)和钢管混凝土腹杆(302)的外钢管材料为普通钢材、高强钢材或不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，其特征在于，所述钢管混凝土弦杆(301)和钢管混凝土腹杆(302)的核心混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。

6.根据权利要求1所述的一种高层和超高层建筑钢管混凝土肢杆式桁架混合结构，其特征在于，所述单根钢管混凝土肢杆式桁架梁(1)、钢管混凝土肢杆式桁架支撑(2)或钢管混凝土肢杆式桁架柱(3)的钢管混凝土弦杆(301)的肢数为2～8肢。