CN109057034A - 具有斜撑的强外框超高层建筑结构 - Google Patents

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杨旺华
张建军
周斌
郑庆星
唐熙
徐凯
孙煜坤
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Abstract

本发明公开了一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构，包括设置在建筑结构外周用于形成强外框结构的若干组外框柱和若干外框梁；设置在相邻的两组所述外框柱之间的若干斜撑；以及设置在所述建筑结构内部用于形成内框结构的若干第一内框柱和若干内框梁。本发明实施例提供的具有斜撑的强外框超高层建筑结构，通过在相邻的两组外框柱之间设置若干斜撑，利用斜撑将由超高层建筑中的水平荷载引起的由强外框结构承担的剪力大部分转化为轴力，从而将容易引起脆性破坏的剪切问题转化为由轴压比控制的轴向受压问题，进而可有效提高建筑结构的抗侧效率，有效节省建筑材料，降低工程造价。

Description

具有斜撑的强外框超高层建筑结构
技术领域
本发明涉及土木工程中的结构工程技术领域，具体涉及一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构。
背景技术
超高层建筑是指层高为40层以上且高度为100米以上的建筑物。目前，我国大部分的超高层建筑应用较多的是框架-核心筒结构体系，以核心筒剪力墙作为结构的主要抗侧力构件。但是，采用上述方式，一方面，由于框架-核心筒结构中的连梁一般跨高比小刚度大，因此存在截面设计困难的问题；另一方面，由于采用将核心筒作为主要的抗侧力构件，因此为了满足结构设计要求，在建筑竖向交通、设备等的平面布局设计时易出现空间富余或不足的情况，从而导致建筑结构的空间使用率不高，建筑结构的经济性和实用性均不理想。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构，能够简化截面设计及提高建筑结构的空间使用率，进而提高建筑结构的经济性和实用性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构，包括设置在建筑结构外周用于形成强外框结构的若干组外框柱和若干外框梁；设置在相邻的两组所述外框柱之间的若干斜撑；以及设置在所述建筑结构内部用于形成内框结构的若干第一内框柱和若干内框梁。
其中，相邻的两组所述外框柱通过所述外框梁连接，位于相邻的两组所述外框柱之间的各所述斜撑也通过所述外框梁连接。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，每相邻的两组所述外框柱之间均设有两斜撑，其中一所述斜撑临近其中一组所述外框柱设置，另一所述斜撑临近另外一组所述外框柱设置。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述超高层建筑结构还包括第一框架梁，每组所述外框柱均包括第一外框柱及第二外框柱，所述第一外框柱与所述第二外框柱间隔设置并分别通过所述第一框架梁连接至同一所述第一内框柱。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，每组所述外框柱的两侧均设有所述斜撑，分别为第一斜撑和第二斜撑，所述第一斜撑对应所述第一外框柱设置，所述第二斜撑对应所述第二外框柱设置，且在所述建筑结构的立面上，所述第一斜撑与所述第二斜撑交叉并跨越所述建筑结构的若干层。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，在所述建筑结构的立面上，对应同一组所述外框柱设置的两所述斜撑与所述建筑结构的建筑楼层水平线之间形成夹角，所述夹角为50°～75°。
优选地，在所述建筑结构的立面上，所述第一斜撑与所述第二斜撑交叉形成的交点位于所述建筑结构的建筑楼层的高线处。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一内框柱的柱截面为L字形，所述第一内框柱包括两垂直相交的柱肢，所述第一外框柱通过所述第一框架梁与其中一所述柱肢连接，所述第二外框柱通过所述第一框架梁与另一所述柱肢连接。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，两所述柱肢的截面高度相等，所述柱肢的截面高度为a，a≥L/5且a≥3b，L为相邻的两所述第一内框柱的所述柱肢的中心之间的距离，b为所述第一内框柱的所述柱肢的厚度。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，相邻的两所述第一内框柱之间设有若干第二内框柱，相邻的两所述第一内框柱与设于所述第一内框柱之间的所述第二内框柱通过所述内框梁连接。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一内框柱包括外部保护层及设于所述外框框架内的中部钢管，且所述中部钢管内设有混凝土。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述外部保护层为混凝土保护层；或者所述外部保护层包括钢丝网板及喷涂于所述钢丝网板的水泥砂浆层。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述中部钢管为多腔钢管。
与现有技术相比，本发明所采用技术方案的有益效果如下：
本发明实施例提供的具有斜撑的强外框超高层建筑结构，通过在相邻的两组外框柱之间设置若干斜撑，利用斜撑将由超高层建筑中的水平荷载引起的由强外框结构承担的剪力大部分转化为轴力，从而将容易引起脆性破坏的剪切问题转化为由轴压比控制的轴向受压问题，进而可有效提高建筑结构的抗侧效率，有效节约建筑材料，降低工程造价。
此外，本发明实施例的内框结构是由第一内框柱和内框梁组成，且第一内框柱为多腔异形柱，采用内部框架取代了内部设置剪力墙核心筒的方式，可有效减少建筑结构构件布置对建筑的使用功能的影响，进而有利于提高建筑的使用率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有斜撑的强外框超高层建筑结构的平面图；
图2是图1的立面图；
图3是本发明实施例提供的第一内框柱的结构示意图。
具体实施方式
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
下面结合将实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
请一并参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构，包括设置在建筑结构外周用于形成强外框结构的若干组外框柱10和若干外框梁20、设置在相邻的两组外框柱10之间的若干斜撑30以及设置在建筑结构内部用于形成内框结构的若干第一内框柱40和若干内框梁50。
其中，相邻的两组外框柱10之间通过该外框梁20连接以形成该强外框结构。而相邻的两根第一内框柱40之间也通过内框梁50连接以形成该内框结构。
在本实施例中，为形成强外框结构，在水平平面内，该若干组外框柱10沿设定形状的边界(如矩形、圆形等)以等距或不等距方式分布，各层的外框梁20连接相邻的两组外框柱10，形成具有空间工作性能的框架式结构，即强外框结构。具体地，如图1所示，在水平平面内，该强外框结构的截面大致为矩形，即，该外框柱10为四组，每一组外框柱10在建筑结构的平面上均匀对称分设于建筑结构的四周并通过外框梁20连接形成该强外框结构，且每一组外框柱10从基础顶延伸至建筑高度。相邻的两组外框柱10之间通过外框梁20连接形成该强外框结构时，其中两组外框柱10连接形成强外框结构的长边，另外两组外框柱10连接形成强外框结构的短边。优选地，该强外框结构的长边边长与短边边长之比不大于1.5：1。
限定强外框结构的长边边长与短边边长之比的目的主要是为减少结构剪力滞后效应，增强结构整体性，故而在设置时，应尽量使得强外框结构的长边边长与短边边长之比不宜过大。
进一步地，该建筑结构还包括第一框架梁60，每组外框柱10均包括第一外框柱11和第二外框柱12，第一外框柱11和第二外框柱12间隔设置并分别通过该第一框架梁60连接至同一根第一内框柱40。具体地，该第一外框柱11和第二外框柱12相对设置且通过外框梁20连接在一起。也就是说，外框梁20不仅连接相邻的两组外框柱10，而且还连接同一组外框柱10中的第一外框柱11和第二外框柱12，以将每一组的第一外框柱11和第二外框柱12连接，进而形成该强外框结构。
更进一步地，第一外框柱11和第二外框柱12均为钢管混凝土柱或钢骨混凝土柱，以使强外框结构具有良好的强度、延性和防火性能。
在本实施例中，斜撑30采用钢管、钢管混凝土或者是钢骨混凝土制成，以具有良好的结构强度和延性，并能够增强强外框结构的整体结构刚度。具体地，每相邻的两组外框柱10之间均设有两根斜撑30，其中一根斜撑30临近其中一组外框柱10设置，另一根斜撑30临近另外一组外框柱10设置。由此可知，在相邻的两组外框柱10之间，斜撑30的数量同样为两根，且两根斜撑30的位置均为靠近外框柱10设置，以实现将水平荷载引起的由强外框结构承担的剪力大部分转化为轴力，同时将容易引起脆性破坏的剪切问题转化为由轴压比控制的轴向受压问题，从而可有效提高建筑结构的抗侧效率，进而节约建筑材料，降低工程造价。
进一步地，在每一组外框柱10的两侧均设有斜撑30，分别为第一斜撑31和第二斜撑32，第一斜撑31对应第一外框柱11设置，第二斜撑32对应第二外框柱12设置，且在建筑结构的立面上，该第一斜撑31与第二斜撑32交叉并跨越建筑结构的若干层。具体地，位于每一组外框柱10的两侧的第一斜撑31和第二斜撑32交叉连接，且其交叉的交点O位于建筑结构的建筑层高线处，从而可有效减少斜撑30对建筑使用者视野的影响(如图2所示)。
更进一步地，在建筑结构的立面上，该第一斜撑31和第二斜撑32与建筑结构的建筑楼层的水平线之间形成夹角A，该夹角A可为50°～75°，从而使得水平荷载引起的强外框结构承担的剪力更有效的转换为第一斜撑31和第二斜撑32的轴力，将剪切问题转化为轴向受压问题。
在本实施例中，该内框结构的截面近似成方形，第一内框柱40为四根，每一根第一内框柱40均匀且对称设于内框结构的四个边角处。具体地，第一内框柱40的柱截面为L字形，第一内框柱40包括两根垂直相交的柱肢40a和40b，每一组外框柱10的第一外框柱11通过第一框架梁60与其中一根柱肢40a连接，第二外框柱12同样通过第一框架梁60与柱肢40b连接，从而实现第一外框柱11、第二外框柱12与第一内框柱40的连接。
进一步地，两根柱肢40a、40b的截面高度相等，即，柱肢40b的边长与柱肢40a的边长等长。也就是说，第一内框柱40为等长的L形柱。为了确保内框结构能够具备一定的水平剪力的承担能力，且内框结构的抗剪能力水准最优，以柱肢40b的边长为a为例，a≥L/5且a≥3b，L为相邻的两根第一内框柱40的柱肢40b的中心之间的距离(即形成的内框结构的边长L)，b为该第一内框柱40的柱肢的厚度。
在本实施例中，第一内框柱40为异形柱，且由于第一内框柱40位于内框结构的角部，则第一内框柱40对内框结构的抗压、抗剪性能起着至关重要的作用。因此，第一内框柱40为钢管混凝土异形柱。具体地，第一内框柱40包括外部保护层41和设于外部保护层41内的中部钢管42，且该中部钢管42内设有混凝土43。也就是说，第一内框柱40从外至里是由外部保护层41、中部钢管42和位于内部的混凝土43组成。
第一内框柱40采用钢管混凝土异形柱的方式，相较于普通的钢筋混凝土柱，其具有更好的抗压、抗剪、延性性能和良好的抗震性能，且钢管混凝土异形柱施工更加简便，可为快速施工创造条件。
进一步地，该外部保护层41包括钢丝网板(未图示)和喷涂于该钢丝网板上的水泥砂浆层(未图示)，且为了确保水泥砂浆层与钢丝网板的连接，该水泥砂浆层的厚度应不小于30mm。具体地，在实际施工时，可先在中部钢管42内浇筑混凝土，以形成内部混凝土，然后再在中部钢管42外部挂设钢丝网板，进而在钢丝网板上喷涂水泥砂浆，待水泥砂浆固化后，则钢丝网板与水泥砂浆共同形成了包裹在中部钢管42外部的外部保护层41。
更进一步地，该中部钢管42可为多腔钢管，该多腔钢管的形成可为在钢管内部设置若干隔板，利用隔板将钢管内部分隔成多个腔。采用中部钢管42为多腔钢管的设计，可使中部钢管42对内部混凝土43形成有效的约束作用，进而加强第一内框柱40的整体强度和延性。
在本实施例中，该建筑结构还包括若干第二内框柱70，相邻的两根第一内框柱40之间均设有若干第二内框柱70，相邻的两根第一内框柱40与设于第一内框柱40之间的第二内框柱70通过内框梁50连接。也就是说，相邻的两根第一内框柱40之间设置有若干第二内框柱70，并利用内框梁50连接，从而使得第一内框柱40、第二内框柱70通过内框梁50连接共同形成该内框结构。
优选地，第二内框柱70可为矩形柱，且第二内框柱70的截面小于同为矩形柱的外框柱10的截面。这是由于内框结构承担的水平剪力相较于外框结构而言小，因此，用于形成该强外框结构的外框柱10的柱截面应适量做大一些，以实现承担较多的水平剪力。但与此同时，由于本发明采用了在每组外框柱10的两侧均设置斜撑30的设计，可利用斜撑30将由水平荷载引起的由强外框结构承担的剪力大部分转化为轴力，因此，该强外框结构承担的水平剪力也有所下降，故而外框柱10的截面也无需设置过大。
请再次参阅图1，在本实施例中，该建筑结构还包括若干第一次梁80，在建筑结构的平面上，每一根第一次梁80均与强外框结构的一个长边上的外框梁20垂直连接且一直延伸至内框结构与位于内框结构两平行边的第二内框柱70连接，进而一直延伸至位于强外框结构的另一个长边上的外框梁20并与该外框梁20垂直连接，从而实现利用第一次梁80将强外框结构与内框结构连接起来。
同理，该建筑结构还包括若干第二次梁梁90，在建筑结构的平面上，每一根第二次梁90均与强外框结构的其中一个短边上的外框梁20垂直连接且一直延伸至内框结构与位于内框结构另外两平行边的第二内框柱70连接，进而一直延伸至位于强外框结构的另一个短边上的外框梁20并与该外框梁20垂直连接。
此外，在建筑结构的平面上，各外框梁20、内框梁50、第一框架梁60、第一次梁80和第二次梁90之间设置楼板，从而使得内框结构与外框结构连接形成整体。
本发明实施例提供的具有斜撑的强外框超高层建筑结构，通过在相邻的两组外框柱之间设置若干斜撑，利用斜撑将由超高层建筑中的水平荷载引起的由强外框结构承担的剪力大部分转化为轴力，从而将容易引起脆性破坏的剪切问题转化为由轴压比控制的轴向受压问题，进而可有效提高建筑结构的抗侧效率，有效减少建筑材料的用料，降低工程造价。
此外，本发明实施例的内框结构是由第一内框柱和内框梁组成，且内框柱为多腔异形柱，从而采用内部框架取代了内部设置剪力墙核心筒的方式，可有效减少建筑结构构件布置对建筑的使用功能的影响，进而有利于提高建筑的使用率。
以上对本发明实施例公开的具有斜撑的强外框超高层建筑结构进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的具有斜撑的强外框超高层建筑结构及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种具有斜撑的强外框超高层建筑结构，其特征在于，包括设置在建筑结构外周用于形成强外框结构的若干组外框柱和若干外框梁；设置在相邻的两组所述外框柱之间的若干斜撑；以及设置在所述建筑结构内部用于形成内框结构的若干第一内框柱和若干内框梁。
2.根据权利要求1所述的超高层建筑结构，其特征在于，每相邻的两组所述外框柱之间均设有两斜撑，其中一所述斜撑临近其中一组所述外框柱设置，另一所述斜撑临近另外一组所述外框柱设置。
3.根据权利要求1所述的超高层建筑结构，其特征在于，所述超高层建筑结构还包括第一框架梁，每组所述外框柱均包括第一外框柱及第二外框柱，所述第一外框柱与所述第二外框柱间隔设置并分别通过所述第一框架梁连接至同一所述第一内框柱。
4.根据权利要求3所述的超高层建筑结构，其特征在于，每组所述外框柱的两侧均设有所述斜撑，分别为第一斜撑和第二斜撑，所述第一斜撑对应所述第一外框柱设置，所述第二斜撑对应所述第二外框柱设置，且在所述建筑结构的立面上，所述第一斜撑与所述第二斜撑交叉并跨越所述建筑结构的若干层。
5.根据权利要求4所述的超高层建筑结构，其特征在于，在所述建筑结构的立面上，所述第一斜撑和所述第二斜撑均与所述建筑结构的建筑楼层水平线之间形成夹角，所述夹角为50°～75°。
6.根据权利要求3所述的超高层建筑结构，其特征在于，所述第一内框柱的柱截面为L字形，所述第一内框柱包括两垂直相交的柱肢，所述第一外框柱通过所述第一框架梁与其中一所述柱肢连接，所述第二外框柱通过所述第一框架梁与另一所述柱肢连接。
7.根据权利要求6所述的超高层建筑结构，其特征在于，两所述柱肢的截面高度相等，所述柱肢的截面高度为a，a≥L/5且a≥3b，L为相邻的两所述第一内框柱的所述柱肢的中心之间的距离，b为所述第一内框柱的所述柱肢的厚度。
8.根据权利要求1至7任一项所述的超高层建筑结构，其特征在于，相邻的两所述第一内框柱之间设有若干第二内框柱，相邻的两所述第一内框柱与设于所述第一内框柱之间的所述第二内框柱通过所述内框梁连接。
9.根据权利要求1至7任一项所述的超高层建筑结构，其特征在于，所述第一内框柱包括外部保护层及设于所述外部保护层内的中部钢管，且所述中部钢管内设有混凝土。
10.根据权利要求9所述的超高层建筑结构，其特征在于，所述外部保护层包括钢丝网板及喷涂于所述钢丝网板的水泥砂浆层。
11.根据权利要求9所述的超高层建筑结构，其特征在于，所述中部钢管为多腔钢管。
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