CN105625559A - 高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法 - Google Patents

高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，横向正交正放空腹楼盖的网格与竖向网格式框架的网格相等，且彼此在交汇处刚性连接，楼盖与中央核芯筒剪力墙刚性连接成网格式盒式结构，网格式盒式结构与中央混凝土核心筒组成正交正放盒式筒中筒结构，楼盖与中央的钢筋混凝土核芯筒周边剪力墙，在空腹楼盖位置为刚性连接，抗侧刚度提高20%-25%，降低了层高，增加了塔楼的层数，室内房间可自由划分，不受“有墙必有梁”的限制，板中央空腹可穿越水平管线，节约造价20%以上。

Description

高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法
技术领域
本发明涉及一种高层与超高层写字楼建筑的一种新型结构体系，具体地说，涉及一种高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法，属于建筑结构技术领域。
背景技术
传统的高层与超高层钢筋混凝土结构的建筑工程，其结构体系主要“框筒”结构和“筒中筒”结构，常规的“框筒”结构，它是由核芯筒与周边的大柱网框架，通过与核芯筒连接的框架横梁形成“框筒”结构；而常规的筒中筒结构，它是由核芯筒与周边的密柱网框架，通过与核芯筒连接的密梁形成的“筒中筒”结构。如图1所示为超高层写字楼建筑的钢筋混凝土框架——核芯筒结构体系的标准层结构布置图，根据规程要求，塔楼高（H）宽(B)比小于等于6，即H/B≤6，当图1正方形塔楼宽B=36.4m时，塔楼最大高度H=6×36.4m=218.4m，设写字楼每层房间净高h0=2.8m，框架梁截面300×800，即标准层层高h=2.8m+0.8m=3.6m，采用框架、核芯筒结构体系，写字楼可建层数n1=218.4/3.6=60.6层，即60层，建筑高度H=60×3.6m=216m＜218.4m。
此类传统的混凝土结构从建筑方面分析，其一：它做不到大开间灵活划分房间的多功能应用，有墙必有梁，即房间要随梁所在位置划分，约束了每层楼房间自由划分；其二：每层建筑净高受框架梁高度制约，当框架梁跨度11m时，框架截面300×800，当建筑净高2.8m时，其层高不含设备层最小要做到（3.6m），当塔楼建筑为30层时，其总高度H=108m，总高度大于100m，属超高层范畴。
从结构方面分析：其一：周边框架抗侧刚度差，高耸结构主要是一种抗侧力结构，周边框架抗侧刚度弱，其抗侧刚度80%以上靠中央钢筋混凝土核芯筒承担，结构体系受力不均匀；其二：结构体系容易形成“肥梁胖柱”，工程造价高，60层超高层（不算地下各层）建筑的“框、筒结构”混凝土30cm/m2左右，用钢量135kg/m2,60层，C40混凝土23850m3，钢材(III级)10732T。
在超高层写字楼建筑中也有采用预应力混凝土楼盖的“框、筒结构”和“筒中筒结构”，这种结构体系可以克服建筑方面的不足，但结构工程造价不降反升。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法，采用该网格盒式筒中筒结构后，实现以下目的：
1、提高抗侧刚度。
2、减小楼盖的厚度，充分利用空间。
3、节约工程造价。
4、室内房间可自由划分。
5、降低结构本身重量，减少地基基础的经费投入；
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：横向正交正放空腹楼盖的网格与竖向网格式框架网格相等，且彼此在交汇处刚性连接。
一种优化方案，楼盖与中央的钢筋混凝土核芯筒周边剪力墙，在空腹楼盖位置为刚性连接。
进一步地，楼盖与中央核芯筒剪力墙及与竖向网格式框架分别两两刚性连接成网格式盒式结构。
进一步地，网格式盒式结构与中央混凝土核心筒组成正交正放盒式筒中筒结构。
进一步地，楼盖厚度δ=(1/25-1/30)L。
基于以上超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，提供该结构的制作方法，包括以下步骤：
先制作竖向网格式框架墙，网格式框架墙由网格式框架柱与网格式层间梁组成；
然后制作横向网格式正交正放空腹楼屋盖，竖向网格式框架柱与横向网格式空腹梁网格间距相同，两两刚性连接再与核心筒周边剪力墙刚性连接后，形成网格式盒式结构，与中央混凝土核心筒组成抗侧刚度极大的正交正放盒式筒中筒结构。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）相比传统的混凝土框架、核芯筒结构体系抗侧刚度提高20%-25%。
（2）减小了楼盖的厚度，在塔楼最大高度及楼层净高相同的条件下，降低了层高，增加了塔楼的层数。
（3）楼盖厚度δ=(1/25-1/30)L(进深)，室内房间可自由划分，不受“有墙必有梁”的限制，板中央空腹可穿越水平管线。
（4）里面的网格形成自然的网格造型，选型整洁大方无零乱感，视觉效果好，可起吊顶作用，可节约装修费用。
（5）中间空腹，降低楼盖、屋盖自重，降低超高层自身整体重量，节约造价20%以上。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1为目前当高层（H＜100m）超高层（H＞100m）时的钢筋混凝土框架—核芯筒标准层结构布置图；
附图2为本发明实施例中高层与超高层写字楼建筑的塔楼标准层结构布置图；
附图3为附图1中塔楼标准层四边混凝土外部框架结构布置图；
附图4为附图2中塔楼标准层四边网格式框架结构布置图；
附图5a为本发明实施例中高层与超高层写字楼建筑中一个网格框架在水平力P作用下的节点弯矩分布图；
附图5b为本发明实施例中高层与超高层写字楼建筑中多个网格在相同水平力P作用下的节点弯矩分布图；
附图6a为本发明实施例中高层与超高层写字楼建筑中一个网格框架在水平力P作用下，其顶部产生的水平侧移分布图；
附图6b为本发明实施例中高层与超高层写字楼建筑中多个网格（9个）在水平力P作用下，其顶部产生的水平侧移分布图；
附图7为本发明实施例中空腹楼盖进深方向剖面构造图。
具体实施方式
实施例1，如图2、图7所示，高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，建筑物楼盖是横向正交正放空腹楼盖的网格与竖向网格式框架的网格相等，且彼此在交汇处刚性连接，楼盖与中央的钢筋混凝土核芯筒周边剪力墙在空腹楼盖位置为刚性连接，楼盖与中央核芯筒剪力墙及与竖向网格式框架分别两两刚性连接成网格式盒式结构，网格式盒式结构与中央混凝土核心筒组成正交正放盒式筒中筒结构，楼盖厚度δ=(1/25-1/30)L，它的施工方法与传统结构一样，由下向上，一层又一层进行。
图4为图2的外部框架的立面图，方格为窗户，窗户的上头和下头分别为混凝土梁
图5a为在一般框架结构体系上，即一个网格的框架在水平力P的作用下的节点弯矩会很大，要考增加结构断面和增加钢筋才能平衡这个水平力；
图5b为在一般框架结构体系上，网格化，在相同的水平力的作用下，节点弯矩随着网格数量增加大幅度减小，结构构件在一般框架上不增反而减小，并趋均匀；
图6a为一个网格（一般框架结构）在水平力作用下，其柱顶侧移有时大于规范值，增大结构断面尺寸来控制；
图6b为同样的高度网格，分层九个网格，在水平力作用下，顶部侧移在规范值以内，因此结构构件几何尺寸亦可大幅度减少，从而达到减少结构用材降低工程造价的效果。
外部框架结构的周边网格是先制作竖向网格式框架墙，网格式框架墙由网格式框架柱与网格式层间梁组成，然后制作横向网格式正交正放空腹楼屋盖，竖向网格式框架柱与横向网格式空腹梁网格间距相同，两两刚性连接再与核心筒周边剪力墙刚性连接后，形成网格式盒式结构，它与中央混凝土核心筒组成抗侧刚度极大的正交正放盒式筒中筒结构。
如图3所示，为框架、筒体结构的标准层外部框架结构布置，每一层6个网格，图4为正交正放空间网格盒式筒中筒结构，每一层有39个网格，若均为60层塔楼四边网格数比较，框——筒结构周边框架网格总数为n1=60×6=360个网格，而正交正放盒式筒中筒结构周边网格式总数为n2=60×39=2340个网格，网格数量之比m=n2/n1=2340/360=6.5倍，图5a为1个网格的框架在水平力P作用下的节点弯矩(M)，图5b为增加为m个网格节点弯矩（M/m），节点弯矩减小为M/m，节点弯矩随着网格数量增加大幅度减小，结构构件尺寸亦大幅度减小，并趋均匀；从抗侧刚度分析，如图6a为一个网格在水平力P作用下，其柱顶侧移△1，图6b为9个网格，在水平力P作用，顶部侧移△1/22.5，侧移△1为规范值，没有必要再降低，因此结构构件几何尺寸亦可大幅度减少，从而达到减少结构用材降低工程造价的效果。
两种混凝土空间网格盒式筒中结构不同点有如下几方面，其一，横向网格构造不同，前者楼盖为工字形截面井字楼盖，工字形截面梁无空腹存在，网格底部仍有混凝土薄板存在，水、电管线必须铺设于楼盖板顶或板下；后者网格楼盖如图7所示，腹部为空腹，可穿行管线等设施，其底部根据房间用途可作吊顶或利用网格造型，如会议厅等空腹网格起到一举两得的功效，同时其横向网格楼盖混凝土用量可下降（25%-30%），如图2空腹楼盖，混凝土折算厚度δ2=19cm/m2，和框筒结构（δ=26cm/m2）对比，两者设计自重相差210kg/m2，
制作方法
先制作竖向网格式框架墙，网格式框架墙由网格式框架柱与网格式层间梁组成，然后制作横向网格式正交正放空腹楼屋盖，竖向网格式框架柱与横向网格式空腹梁网格间距相同，两两刚性连接再与核心筒周边剪力墙刚性连接后，形成网格式盒式结构，它与中央混凝土核心筒组成抗侧刚度极大的正交正放盒式筒中筒结构。
现以图1与图2两种结构建造的超高层写字楼建筑面积及主要建材（混凝土、钢材）进行对比分析：
图1框架核芯筒结构与图2盒式筒中结构的写字楼房间净高均要求不小于2.8m，结构高度(H)与宽(B)比H/B≤6，即塔楼最大高度H=6×36.4m=218.4m，图1建筑层高h1=2.8m+0.8m=3.6m，塔楼层数n1=218.4m/3.6m=60.6层，即60层总高度H1=216m＜218.4m，塔楼总面积79500m2。
盒式筒中筒结构净高仍为2.8m，楼盖厚度（含中空100）0.45m，层高h2=2.8＋0.45=3.25m，塔楼层数n2=218.4/3.25=67.2层，即67层，塔楼总面积88775m2，在相同的高度下盒式筒中筒结构多建7层，增加9275m2面积，增加11.67%。
超高层结构造价（不计水、暖、电、装修）0.18万元/m2，塔楼混凝土用量60×1117.64×0.27m3=18106m3，用钢量(III级)138kg/m2，总用钢9254T。
每层面积相同，并多7层（7823.2m2）,混凝土折算厚度20.5cm/m2（不计核芯筒），67层（不计核芯筒）混凝土总用量67×1117.6×0.205m3=15350m3，钢材（III级）用钢109kg/m2总用钢67×1117.6m2×0.109T=8161.8T。
混凝土盒式筒中筒结构在多建7层（9275m2）条件下，比传统结构混凝土节约2756m3，节约15.22%；钢材（III级）节约1092T，节约11.80%。
按混凝土单价（0.08万元/m3含制作）节约220.5万元，钢材0.55万元/T（含制作）节约600.6万元，盒式结构与传统结构比较，它在增加7层（9275m2）的条件下，结构工程造价节约人民币881.1万元，即每平方米节约111元/m2，节约工程造价20%以上。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：横向空腹楼盖的网格与竖向网格式框架的网格相等，且彼此在交汇处刚性连接。
2.如权利要求1所述的高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：楼盖与中央的钢筋混凝土核芯筒周边剪力墙，在空腹楼盖位置为刚性连接。
3.如权利要求1所述的高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：楼盖与中央核芯筒剪力墙及与竖向网格式框架分别两两刚性连接成网格式盒式结构。
4.如权利要求1所述的高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：网格式盒式结构与中央混凝土核心筒组成正交正放盒式筒中筒结构。
5.如权利要求1所述的高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构，其特征在于：楼盖厚度δ=(1/25-1/30)L。
6.如权利要求1-5其中之一所述高层与超高层混凝土正交正放空间网格盒式筒中筒结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
先制作竖向网格式框架墙，网格式框架墙由网格式框架柱与网格式层间梁组成；
然后制作横向网格式正交正放空腹楼屋盖，竖向网格式框架柱与横向网格式空腹梁网格间距相同，两两刚性连接再与核心筒周边剪力墙刚性连接后，形成网格式盒式结构，它与中央混凝土核心筒组成抗侧刚度极大的正交正放盒式筒中筒结构。
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