CN105756194B - 一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构 - Google Patents

一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构，属于结构工程技术领域。在传统钢网格筒与混凝土核心筒之间设置径向布置的预应力拉索形成杂交结构，实现提高外围钢网格筒竖向承载力的目的，从而形成更为稳固的空间结构体系。通过设置空间辐射式柔性索，保证在钢网格筒与混凝土核心筒之间形成较为通透的建筑效果。利用柔性索对钢网格筒的面外约束作用，有效牵制筒构件的面外局部变形，降低钢网格筒的缺陷敏感性，进而有效防止群柱失稳破坏发生。柔性索盘能保证核心筒与外围钢网格筒协同受力，降低对核心筒及钢网格筒的强度和刚度要求，显著提高结构设计的经济性。

Description

一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构
技术领域
本发明涉及一种杂交钢结构，特别涉及一种钢网格筒、核心筒与径向柔性索盘所组成的杂交结构，属于结构工程技术领域。
背景技术
作为竖向荷载承力结构，钢网格筒+混凝土核心筒结构的工程应用愈来愈多。其中最典型的工程应用当属中国动漫博物馆和广州新电视塔，前者采用了双曲面菱形钢网格筒，而后者采用了刚度方向有明显差异的三角形钢网格筒，内置核心筒提供抗侧力刚度及用于电梯等竖向交通通道。
对于上述钢网格筒+混凝土核心筒，外围钢网格筒通常可采用柱面或双曲面型式。无论采用何种型式，钢网格筒在竖向荷载(重力荷载)及弯矩(风或地震)作用下，由于其平面尺寸较大不会发生筒体整体失稳，但极易发生筒体构件大面积面外鼓曲失稳，称为群柱失稳。由于群柱失稳时钢网格筒构件沿径向并无任何水平支撑，一旦失稳破坏将完全丧失承载力，具有突然性，且失稳荷载较低，是钢网格筒结构设计的控制因素。钢网格筒的竖向承载力与其高度和直径变化有密切关系，随着其外形尺度增大，其承担竖向荷载的能力急剧下降，因而需要增大构件尺寸才能满足承载力要求，从而造成设计上的不经济。基于上述情况，寻求竖向承载效率更高、结构设计更加经济的杂交结构型式是工程界的当务之急。显然，仅仅改变钢网格筒的网格型式及混凝土核心筒的结构型式，尚不能有效提高钢网格筒的竖向承载力，设计经济性也较差，故应当考虑从改进结构体型和结构体系方面寻求解决方案。
发明内容
为改善传统钢网格筒+混凝土核心筒在竖向荷载作用下外围钢网格筒易于发生群柱失稳问题，显著提高结构的竖向和水平向承载力，提高结构设计上的经济性，本发明提出了一种一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构。
本发明提出的一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构，含有钢网格筒、核心筒、预应力拉索。预应力拉索一端与钢网格筒连接，另一端与核心筒连接，起到联系钢网格筒和核心筒使之协同受力的作用。
在上述杂交结构中，钢网格筒包括柱面网格筒和双曲面网格筒两种型式。
在上述杂交结构中，预应力拉索在竖向可采用连续布置、离散轮辐式布置、离散反轮辐式布置、离散平面布置等型式。
在上述杂交结构中，预应力拉索在水平方向可采用单索径向布置、V型索径向布置、单索沿核心筒切向布置等型式。
本发明提出的这种新型杂交结构体系，通过在传统钢网格筒+混凝土核心筒结构的基础上增加径向预应力拉索且布置在二者之间，可致使钢网格筒竖向承载提高，具备以下优点：
(1)对于特别要求钢网格筒与核心筒之间具有通透效果功能的结构设计，通过在二者之间设置空间辐射索盘比设置刚性支撑或刚性楼板，前者无论对建筑设计还是结构设计都具有更高吸引力。
(2)在钢网格筒与混凝土核心筒之间内置辐射状索盘，能有效防止竖向荷载作用下的钢网格筒群柱失稳，提高群柱失稳荷载。辐射状索盘形似柔性结构，但其作用类似于刚性环板，相当于在钢网格筒与混凝土核心筒之间沿高度嵌入了若干个刚性环板，组成环板的拉索能有效牵制与协调钢网格筒构件的面外局部变形，进而阻止群柱失稳变形模式的出现。
(3)钢网格筒在竖向荷载或水平荷载作用下，群柱失稳对筒壳初始几何缺陷具有较大的敏感性，即所谓较小的初始缺陷幅值可显著地降低其稳定承载力；在钢网格筒与混凝土核心筒之间附加空间辐射状索盘后所形成的杂交结构，特别对单层网格筒结构，辐射状索盘的出现极大地降低了钢网格筒的缺陷敏感性，进而阻止了钢网格筒群柱失稳的发生。
(4)通过柔性索盘的联系作用，核心筒与外围钢网格筒可以完成协同受力，与相对孤立的受力状态相比，前者对核心筒和外围钢网格筒的强度和刚度要求都显著降低，进而能够在设计中显著减小核心筒和外围钢网格筒的构件截面，从而展现出结构设计的经济性。
附图说明
图1-1为钢网格筒的正视图：钢网格筒采用柱面网格筒型式；
图1-2为钢网格筒的正视图：钢网格筒采用双曲面网格筒型式；
图2-1为结构正视剖面图：拉索采用竖向连续布置；
图2-2为结构正视剖面图：拉索采用竖向离散布置轮辐式；
图2-3为结构正视剖面图：拉索采用竖向离散布置反轮辐式；
图2-4为结构正视剖面图：拉索采用竖向离散布置平面型式；
图3-1为结构俯视图：拉索采用单索径向布置(8个方向)；
图3-2为结构俯视图：拉索采用V型索径向布置(4个方向)；
图3-3为结构俯视图：拉索采用V型索径向布置(6个方向)；
图3-4为结构俯视图：拉索采用单索沿核心筒切向布置(6根索)；
图3-5为结构俯视图：拉索采用单索沿核心筒切向布置(8根索)。
具体实施方式
下面结合附图1～图3，详细说明本发明的实施方式。
如图1～图3所示，一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构包括以下组成部件：
1——钢网格筒，包含两种型式：1-1——柱面网格筒、1-2——双曲面网格筒；
2——核心筒；
3——预应力拉索；
如图2所示，所述杂交结构，含有钢网格筒1、核心筒2及预应力拉索3；所述预应力拉索3一端与钢网格筒1连接，另一端与核心筒2连接，起到联系钢网格筒1和核心筒2使之协同受力的作用。
如图1所示，所述钢网格筒1包括柱面网格筒1-1和双曲面网格筒1-2两种型式。
如图2所示，所述预应力拉索3在竖向可采用连续布置(图2-1)、离散轮辐式布置(图2-2)、离散反轮辐式布置(图2-3)、离散平面布置(图2-4)等型式。
如图3所示，所述预应力拉索3在水平方向可采用单索径向布置(图3-1)、V型索径向布置(图3-2和3-3，分别为4个方向和6个方向)、单索沿核心筒切向布置(图3-4和3-5，分别为6根索和8根索)等型式。

Claims (1)

1.一种钢网格筒和核心筒及径向柔性索盘组成的杂交结构，含有钢网格筒(1)、核心筒(2)、其特征在于：还含有预应力拉索(3)；所述预应力拉索(3)，一端与钢网格筒(1)连接，另一端与核心筒(2)连接，起到联系钢网格筒(1)和核心筒(2)使之协同受力的作用；所述钢网格筒(1)包括柱面网格筒(1-1)和双曲面网格筒(1-2)两种型式；所述预应力拉索(3)在竖向采用连续布置、或离散轮辐式布置、或离散反轮辐式布置、或离散平面布置型式；所述预应力拉索(3)在水平方向采用单索径向布置、或V型索径向布置、或单索沿核心筒切向布置型式。
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