一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，包括核心筒、框架柱、水平鋼梁和組合樓板，所述的框架柱均勻設(shè)置在核心筒外側(cè)，所述的水平鋼梁與組合樓板組合后，沿豎直方向分層布置于整體結(jié)構(gòu)中，其特征在于，所述的框架-核心筒結(jié)構(gòu)還包括多個(gè)斜柱和多個(gè)柔性斜拉索，所述的斜柱連接于核心筒，柔性斜拉索連接于核心筒或水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)，斜柱、斜拉索、水平鋼梁、框架柱和核心筒共同形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能協(xié)調(diào)地傳遞豎向荷載與抵抗側(cè)向荷載、滿足建筑外觀要求與設(shè)計(jì)概念等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于世界各地經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，其建筑功能主要集中于商業(yè)辦公與酒店公寓等方面，由于建筑功能的要求與局限性，建筑外觀與形態(tài)也比較單一，缺乏自身特色。為了改善高層建筑結(jié)構(gòu)的外觀形態(tài)，建筑師進(jìn)行了各種不同概念的嘗試，其中較為流行的便是建筑概念與大自然的結(jié)合，例如:一些建筑師在建筑形態(tài)中融入了大自然中樹木的生長(zhǎng)與扎根的概念，一些建筑師則樂于在現(xiàn)代建筑中融入古代原始建筑的元素，如模仿古代人類搭置帳篷等居所時(shí)通過堆疊大量木桿而形成的建筑結(jié)構(gòu)。為了滿足這種建筑概念，建筑師需要在建筑內(nèi)部與外部增加大量斜桿或斜柱，這就給建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來了巨大的難度與挑戰(zhàn)。
[0003]為了適應(yīng)不同建筑概念對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)工程師需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底的革新，而不是通過簡(jiǎn)單的將傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于復(fù)雜的建筑形態(tài)中，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致建筑中一些構(gòu)件成為結(jié)構(gòu)的累贅，增加結(jié)構(gòu)荷載，并且可能在極端荷載下產(chǎn)生不可修復(fù)的破壞，危害人身財(cái)產(chǎn)安全。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式與建筑概念的融合，結(jié)構(gòu)工程師需要對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行創(chuàng)新，創(chuàng)造出新型的結(jié)構(gòu)體系來適應(yīng)建筑形態(tài)的創(chuàng)新，只有建筑與結(jié)構(gòu)合理搭配才能保證建筑整體的安全性、適用性與耐久性，以結(jié)構(gòu)成就建筑之美。
[0004]針對(duì)目前建筑中存在大量斜柱的情況，結(jié)構(gòu)工程師不能將全部斜柱處理為結(jié)構(gòu)中的豎向傳力與抗側(cè)力支撐構(gòu)件，因?yàn)榻ㄖ锌赡艽嬖诓糠治挥跇前鍍?nèi)開洞處或懸掛于建筑外部的躍層斜桿，由于這種斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度很長(zhǎng)，這樣不僅會(huì)使長(zhǎng)斜桿的自身尺寸相比框架柱與斜柱大幅度增加，而且會(huì)使其無法起到對(duì)整體結(jié)構(gòu)的支撐作用，甚至可能在自重作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)，這既不符合建筑設(shè)計(jì)的美觀要求，也無法達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度要求。為防止長(zhǎng)斜桿的失穩(wěn)，本發(fā)明提出一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，該體系不僅滿足了建筑形態(tài)要求，而且能夠使結(jié)構(gòu)體系更加合理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，克服高層建筑新形態(tài)中大量存在斜桿與斜柱可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)件失穩(wěn)問題。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，包括核心筒、框架柱、水平鋼梁和組合樓板，所述的框架柱均勻設(shè)置在核心筒外側(cè)，所述的水平鋼梁與組合樓板組合后，沿豎直方向分層布置于整體結(jié)構(gòu)中，所述的框架-核心筒結(jié)構(gòu)還包括多個(gè)斜柱和多個(gè)柔性斜拉索，所述的斜柱連接于核心筒，所述的柔性斜拉索連接于核心筒或水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)，所述的斜柱、斜拉索、水平鋼梁、框架柱和核心筒共同形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。
[0008]所述的斜柱和框架柱均為鋼管混凝土柱。
[0009]所述的柔性斜拉索為套設(shè)有鋼套筒的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，該預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的一端連接核心筒或水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)處，另一端錨固于地面或地下室柱頂及頂板轉(zhuǎn)換梁處。
[0010]所述的核心筒上設(shè)有預(yù)埋件，用于連接斜柱或柔性斜拉索的連接件。
[0011]所述的斜柱與核心筒的連接為剛接。
[0012]所述的水平鋼梁和組合樓板通過栓釘連接。
[0013]所述的柔性斜拉索的數(shù)量為斜柱數(shù)量的I / 10。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在傳統(tǒng)的框架-核心筒體系基礎(chǔ)上增加斜柱支撐與柔性斜拉索，使得每一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件都能發(fā)揮自身作用，為結(jié)構(gòu)體系提供多道防線，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，具有以下有益效果:
[0015]1、本發(fā)明在高層結(jié)構(gòu)體系引入斜拉索，既滿足建筑外觀與形態(tài)要求，又能為結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向荷載提供多道防線。柔性斜拉索可以在外部增加鋼套筒，進(jìn)而制作出與框架柱和斜柱完全相同的外觀形態(tài)，使結(jié)構(gòu)體系與建筑概念完美融合。
[0016]2、結(jié)構(gòu)中的柔性斜拉索不僅能夠在預(yù)應(yīng)力作用下滿足建筑形態(tài)要求，而且可以在極端風(fēng)荷載或地震荷載下提供拉力，通過拉力的水平分量來抵抗側(cè)向荷載的作用；同時(shí)，受到銹蝕或產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力松弛的柔性斜拉索可以在建筑外部風(fēng)荷載較小時(shí)進(jìn)行拆卸與更換，滿足結(jié)構(gòu)的耐久性要求。
[0017]3、本發(fā)明通過柔性斜拉索、斜柱、核心筒和框架柱的結(jié)構(gòu)形成多道抗側(cè)力防線，既滿足建筑外觀要求與設(shè)計(jì)概念，又能協(xié)調(diào)地傳遞豎向荷載與抵抗側(cè)向荷載，提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，是高層結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的一個(gè)優(yōu)越選擇。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成圖；
[0020]圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)體系的斜柱軸力圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0022]如圖1-圖2所示，一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的框架核心筒體系中增加斜柱，同時(shí)對(duì)于躍層的長(zhǎng)斜桿則采用柔性拉索制作并施加預(yù)應(yīng)力，保證其在極端荷載下的建筑形態(tài)，并在必要時(shí)通過提供拉力來抵抗側(cè)向極端荷載。該框架-核心筒結(jié)構(gòu)包括核心筒1、框架柱2、斜柱3、柔性斜拉索4、水平鋼梁和組合樓板5，所述的框架柱2均勻設(shè)置在核心筒I外側(cè)，框架柱2與核心筒I共同承擔(dān)抵抗側(cè)向荷載與傳遞豎向荷載的功能；所述的水平鋼梁與組合樓板5組合后，沿豎直方向分層布置于整體結(jié)構(gòu)中；斜柱和部分柔性斜拉索與核心筒連接，因?yàn)楹诵耐矂偠却?、?cè)向變形小并且承擔(dān)較多的側(cè)向荷載，斜柱與柔性斜拉索與其相連能夠加強(qiáng)其抗側(cè)能力；同時(shí)，為滿足建筑外觀要求，部分柔性斜拉索也可與水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)連接。
[0023]核心筒I 一般用作電梯井，滿足建筑垂直交通的要求；在高層結(jié)構(gòu)中核心筒側(cè)向剛度大、變形小，且承擔(dān)主要的側(cè)向荷載，因此斜柱與部分斜拉索均連接于核心筒上，這樣既可增強(qiáng)核心筒的抗側(cè)能力，同時(shí)也可以減小斜柱或斜拉索的側(cè)向變形，保證其穩(wěn)定性。核心筒I可采用單筒或雙筒的布置方式，核心筒內(nèi)相應(yīng)位置處需設(shè)置預(yù)埋件，方便其與斜柱或柔性斜拉索連接。
[0024]框架柱2采用鋼管混凝土柱，滿足建筑形態(tài)的要求，是結(jié)構(gòu)中的主要豎向傳力構(gòu)件，由于斜柱與柔性斜拉索的存在，該體系中的框架柱數(shù)量相對(duì)較少，直徑相對(duì)較小。
[0025]斜柱3的豎直跨度不超過一層，為鋼管混凝土柱，攜助提供豎向與側(cè)向支撐作用，其數(shù)量較多，在抵抗外荷載時(shí)起次要作用。斜柱3能夠與水平鋼梁、框架柱2與核心筒I形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)能力。斜柱3與水平鋼梁、框架柱或核心筒I的連接為剛接，保證斜柱的支撐作用與整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能。
[0026]柔性斜拉索4為套設(shè)有鋼套筒的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，保證其與框架柱和斜柱的外觀相同，滿足建筑概念要求；該預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的一端連接核心筒或水平鋼梁，另一端錨固于地面或地下室柱頂及頂板轉(zhuǎn)換梁處，保證拉索在極端荷載下提供拉力。斜拉索一般懸掛于內(nèi)部樓板大開洞處或建筑結(jié)構(gòu)外部，豎直跨度較大(豎直跨度大于兩層)，數(shù)量也較少，其總數(shù)量約為斜柱的I / 10，在抵抗外荷載時(shí)起次要作用。柔性斜拉索通過施加預(yù)應(yīng)力使其滿足建筑形態(tài)要求，在極端風(fēng)荷載與地震荷載下，預(yù)應(yīng)力拉索可以通過提供拉力來抵抗外荷載。
[0027]水平鋼梁與組合樓板5構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的水平承重體系。水平鋼梁與組合樓板間通過栓釘設(shè)置達(dá)到面內(nèi)剪力的有效傳遞，并與之形成組合梁形式。組合梁可以拉結(jié)穿層的斜柱，使斜柱與框架柱共同形成支撐體系向下傳遞樓面荷載。樓面荷載通過斜柱、框架柱與核心筒共同向下傳遞，斜柱通過樓面梁板體系提供不同核心筒之間的水平聯(lián)系與支撐，使荷載均勻向下傳遞。斜柱在豎向荷載下的水平分量通過樓面梁板傳遞給核心筒，為保證水平力的可靠傳遞，樓板厚度應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。
[0028]該建筑的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系由柔性斜拉索、框架柱、斜柱與核心筒剪力墻共同承擔(dān)。框架柱與核心筒承擔(dān)主要的側(cè)向剪力與彎矩作用；穿層斜柱通過柱子的傾斜來完成對(duì)層間結(jié)構(gòu)的支撐作用，同時(shí)加強(qiáng)核心筒與框架柱的連接，提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)能力；懸掛在外部的柔性斜拉索可以通過提供對(duì)主體結(jié)構(gòu)的拉力來抵抗水平方向荷載的作用。柔性斜拉索、框架柱、斜柱與核心筒構(gòu)成了建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的多道防線。
[0029]本發(fā)明結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用于某市開發(fā)區(qū)高度為120米、層數(shù)為30層的高層辦公建筑的方案設(shè)計(jì)中。表1和表2分別為框架柱與斜柱在該項(xiàng)目中的布置情況。圖3為該項(xiàng)目框架柱與斜柱的軸力圖，由圖中的軸力分布情況可見，在側(cè)向風(fēng)荷載作用下，該結(jié)構(gòu)體系總體受力比較合理。經(jīng)驗(yàn)算，該結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件的受力均滿足我國(guó)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于承載力的要求。
[0030]表1塔樓框架柱網(wǎng)布置情況表
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，包括核心筒、框架柱、水平鋼梁和組合樓板，所述的框架柱均勻設(shè)置在核心筒外側(cè)，所述的水平鋼梁與組合樓板組合后，沿豎直方向分層布置于整體結(jié)構(gòu)中，其特征在于，所述的框架-核心筒結(jié)構(gòu)還包括多個(gè)斜柱和多個(gè)柔性斜拉索，所述的斜柱連接于核心筒，所述的柔性斜拉索連接于核心筒或水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)，所述的斜柱、斜拉索、水平鋼梁、框架柱和核心筒共同形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的斜柱和框架柱均為鋼管混凝土柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的柔性斜拉索為套設(shè)有鋼套筒的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，該預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的一端連接核心筒或水平鋼梁與框架柱的交叉點(diǎn)處，另一端錨固于地面或地下室柱頂及頂板轉(zhuǎn)換梁處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的核心筒上設(shè)有預(yù)埋件，用于連接斜柱或柔性斜拉索的連接件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的斜柱與核心筒的連接為剛接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的水平鋼梁和組合樓板通過栓釘連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶柔性拉索的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的柔性斜拉索的數(shù)量為斜柱數(shù)量的I / 10。
【文檔編號(hào)】E04B1/34GK103643738SQ201310578109
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】趙昕, 克里斯蒂安·克雷茲, 約瑟夫·施瓦茲, 姜世鑫 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 瑞士克里斯蒂安·克雷茲建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所