CN103643738A - 一种带柔性拉索的框架-核心筒结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，包括核心筒、框架柱、水平钢梁和组合楼板，所述的框架柱均匀设置在核心筒外侧，所述的水平钢梁与组合楼板组合后，沿竖直方向分层布置于整体结构中，其特征在于，所述的框架-核心筒结构还包括多个斜柱和多个柔性斜拉索，所述的斜柱连接于核心筒，柔性斜拉索连接于核心筒或水平钢梁与框架柱的交叉点，斜柱、斜拉索、水平钢梁、框架柱和核心筒共同形成稳定结构体系。与现有技术相比，本发明具有能协调地传递竖向荷载与抵抗侧向荷载、满足建筑外观要求与设计概念等优点。

Description

一种带柔性拉索的框架-核心筒结构
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，尤其是涉及一种带柔性拉索的框架-核心筒结构。
背景技术
由于世界各地经济的不断发展，高层建筑结构的应用越来越广泛，其建筑功能主要集中于商业办公与酒店公寓等方面，由于建筑功能的要求与局限性，建筑外观与形态也比较单一，缺乏自身特色。为了改善高层建筑结构的外观形态，建筑师进行了各种不同概念的尝试，其中较为流行的便是建筑概念与大自然的结合，例如：一些建筑师在建筑形态中融入了大自然中树木的生长与扎根的概念，一些建筑师则乐于在现代建筑中融入古代原始建筑的元素，如模仿古代人类搭置帐篷等居所时通过堆叠大量木杆而形成的建筑结构。为了满足这种建筑概念，建筑师需要在建筑内部与外部增加大量斜杆或斜柱，这就给建筑结构的设计带来了巨大的难度与挑战。
为了适应不同建筑概念对结构带来的挑战，结构工程师需要对建筑结构进行彻底的革新，而不是通过简单的将传统的结构体系应用于复杂的建筑形态中，因为这会导致建筑中一些构件成为结构的累赘，增加结构荷载，并且可能在极端荷载下产生不可修复的破坏，危害人身财产安全。为了增强结构形式与建筑概念的融合，结构工程师需要对结构体系进行创新，创造出新型的结构体系来适应建筑形态的创新，只有建筑与结构合理搭配才能保证建筑整体的安全性、适用性与耐久性，以结构成就建筑之美。
针对目前建筑中存在大量斜柱的情况，结构工程师不能将全部斜柱处理为结构中的竖向传力与抗侧力支撑构件，因为建筑中可能存在部分位于楼板内开洞处或悬挂于建筑外部的跃层斜杆，由于这种斜杆的计算长度很长，这样不仅会使长斜杆的自身尺寸相比框架柱与斜柱大幅度增加，而且会使其无法起到对整体结构的支撑作用，甚至可能在自重作用下产生整体失稳，这既不符合建筑设计的美观要求，也无法达到结构设计的可靠度要求。为防止长斜杆的失稳，本发明提出一种带柔性拉索的框架-核心筒结构体系，该体系不仅满足了建筑形态要求，而且能够使结构体系更加合理。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，克服高层建筑新形态中大量存在斜杆与斜柱可能导致的结构构件失稳问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，包括核心筒、框架柱、水平钢梁和组合楼板，所述的框架柱均匀设置在核心筒外侧，所述的水平钢梁与组合楼板组合后，沿竖直方向分层布置于整体结构中，所述的框架-核心筒结构还包括多个斜柱和多个柔性斜拉索，所述的斜柱连接于核心筒，所述的柔性斜拉索连接于核心筒或水平钢梁与框架柱的交叉点，所述的斜柱、斜拉索、水平钢梁、框架柱和核心筒共同形成稳定结构体系。
所述的斜柱和框架柱均为钢管混凝土柱。
所述的柔性斜拉索为套设有钢套筒的预应力钢铰线，该预应力钢铰线的一端连接核心筒或水平钢梁与框架柱的交叉点处，另一端锚固于地面或地下室柱顶及顶板转换梁处。
所述的核心筒上设有预埋件，用于连接斜柱或柔性斜拉索的连接件。
所述的斜柱与核心筒的连接为刚接。
所述的水平钢梁和组合楼板通过栓钉连接。
所述的柔性斜拉索的数量为斜柱数量的1／10。
与现有技术相比，本发明在传统的框架-核心筒体系基础上增加斜柱支撑与柔性斜拉索，使得每一个结构构件都能发挥自身作用，为结构体系提供多道防线，保证结构的整体稳定，具有以下有益效果：
1、本发明在高层结构体系引入斜拉索，既满足建筑外观与形态要求，又能为结构抵抗侧向荷载提供多道防线。柔性斜拉索可以在外部增加钢套筒，进而制作出与框架柱和斜柱完全相同的外观形态，使结构体系与建筑概念完美融合。
2、结构中的柔性斜拉索不仅能够在预应力作用下满足建筑形态要求，而且可以在极端风荷载或地震荷载下提供拉力，通过拉力的水平分量来抵抗侧向荷载的作用；同时，受到锈蚀或产生预应力松弛的柔性斜拉索可以在建筑外部风荷载较小时进行拆卸与更换，满足结构的耐久性要求。
3、本发明通过柔性斜拉索、斜柱、核心筒和框架柱的结构形成多道抗侧力防线，既满足建筑外观要求与设计概念，又能协调地传递竖向荷载与抵抗侧向荷载，提高建筑结构的可靠性，是高层结构抗侧力体系的一个优越选择。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明结构体系的构成图；
图3为本发明结构体系的斜柱轴力图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图2所示，一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，在传统的框架核心筒体系中增加斜柱，同时对于跃层的长斜杆则采用柔性拉索制作并施加预应力，保证其在极端荷载下的建筑形态，并在必要时通过提供拉力来抵抗侧向极端荷载。该框架-核心筒结构包括核心筒1、框架柱2、斜柱3、柔性斜拉索4、水平钢梁和组合楼板5，所述的框架柱2均匀设置在核心筒1外侧，框架柱2与核心筒1共同承担抵抗侧向荷载与传递竖向荷载的功能；所述的水平钢梁与组合楼板5组合后，沿竖直方向分层布置于整体结构中；斜柱和部分柔性斜拉索与核心筒连接，因为核心筒刚度大、侧向变形小并且承担较多的侧向荷载，斜柱与柔性斜拉索与其相连能够加强其抗侧能力；同时，为满足建筑外观要求，部分柔性斜拉索也可与水平钢梁与框架柱的交叉点连接。
核心筒1一般用作电梯井，满足建筑垂直交通的要求；在高层结构中核心筒侧向刚度大、变形小，且承担主要的侧向荷载，因此斜柱与部分斜拉索均连接于核心筒上，这样既可增强核心筒的抗侧能力，同时也可以减小斜柱或斜拉索的侧向变形，保证其稳定性。核心筒1可采用单筒或双筒的布置方式，核心筒内相应位置处需设置预埋件，方便其与斜柱或柔性斜拉索连接。
框架柱2采用钢管混凝土柱，满足建筑形态的要求，是结构中的主要竖向传力构件，由于斜柱与柔性斜拉索的存在，该体系中的框架柱数量相对较少，直径相对较小。
斜柱3的竖直跨度不超过一层，为钢管混凝土柱，携助提供竖向与侧向支撑作用，其数量较多，在抵抗外荷载时起次要作用。斜柱3能够与水平钢梁、框架柱2与核心筒1形成稳定的结构体系，增强结构的整体抗侧能力。斜柱3与水平钢梁、框架柱或核心筒1的连接为刚接，保证斜柱的支撑作用与整体结构的抗侧性能。
柔性斜拉索4为套设有钢套筒的预应力钢铰线，保证其与框架柱和斜柱的外观相同，满足建筑概念要求；该预应力钢铰线的一端连接核心筒或水平钢梁，另一端锚固于地面或地下室柱顶及顶板转换梁处，保证拉索在极端荷载下提供拉力。斜拉索一般悬挂于内部楼板大开洞处或建筑结构外部，竖直跨度较大(竖直跨度大于两层)，数量也较少，其总数量约为斜柱的1／10，在抵抗外荷载时起次要作用。柔性斜拉索通过施加预应力使其满足建筑形态要求，在极端风荷载与地震荷载下，预应力拉索可以通过提供拉力来抵抗外荷载。
水平钢梁与组合楼板5构成了结构的水平承重体系。水平钢梁与组合楼板间通过栓钉设置达到面内剪力的有效传递，并与之形成组合梁形式。组合梁可以拉结穿层的斜柱，使斜柱与框架柱共同形成支撑体系向下传递楼面荷载。楼面荷载通过斜柱、框架柱与核心筒共同向下传递，斜柱通过楼面梁板体系提供不同核心筒之间的水平联系与支撑，使荷载均匀向下传递。斜柱在竖向荷载下的水平分量通过楼面梁板传递给核心筒，为保证水平力的可靠传递，楼板厚度应适当加强。
该建筑的结构抗侧力体系由柔性斜拉索、框架柱、斜柱与核心筒剪力墙共同承担。框架柱与核心筒承担主要的侧向剪力与弯矩作用；穿层斜柱通过柱子的倾斜来完成对层间结构的支撑作用，同时加强核心筒与框架柱的连接，提高结构的整体抗侧能力；悬挂在外部的柔性斜拉索可以通过提供对主体结构的拉力来抵抗水平方向荷载的作用。柔性斜拉索、框架柱、斜柱与核心筒构成了建筑结构抗侧力体系的多道防线。
本发明结构目前应用于某市开发区高度为120米、层数为30层的高层办公建筑的方案设计中。表1和表2分别为框架柱与斜柱在该项目中的布置情况。图3为该项目框架柱与斜柱的轴力图，由图中的轴力分布情况可见，在侧向风荷载作用下，该结构体系总体受力比较合理。经验算，该结构所有构件的受力均满足我国现行结构设计规范对于承载力的要求。
表1塔楼框架柱网布置情况表
楼层 1～5 6～15 16～25 26～30
每层框架柱数量 62 44 36 32
典型柱网间距 5.24m×7.2m 10.48m×7.2m 10.48m×7.2m 10.48m×7.2m
说明 底部整体加强 核心筒外圈加密 标准柱网布置 抽去四根边柱
表2塔楼斜柱数量与角度分布表

Claims (7)

1.一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，包括核心筒、框架柱、水平钢梁和组合楼板，所述的框架柱均匀设置在核心筒外侧，所述的水平钢梁与组合楼板组合后，沿竖直方向分层布置于整体结构中，其特征在于，所述的框架-核心筒结构还包括多个斜柱和多个柔性斜拉索，所述的斜柱连接于核心筒，所述的柔性斜拉索连接于核心筒或水平钢梁与框架柱的交叉点，所述的斜柱、斜拉索、水平钢梁、框架柱和核心筒共同形成稳定结构体系。
2.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的斜柱和框架柱均为钢管混凝土柱。
3.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的柔性斜拉索为套设有钢套筒的预应力钢铰线，该预应力钢铰线的一端连接核心筒或水平钢梁与框架柱的交叉点处，另一端锚固于地面或地下室柱顶及顶板转换梁处。
4.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的核心筒上设有预埋件，用于连接斜柱或柔性斜拉索的连接件。
5.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的斜柱与核心筒的连接为刚接。
6.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的水平钢梁和组合楼板通过栓钉连接。
7.根据权利要求1所述的一种带柔性拉索的框架-核心筒结构，其特征在于，所述的柔性斜拉索的数量为斜柱数量的1／10。
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