CN111719699B - 一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，包括混凝土核心筒、环形钢箱梁、铅芯橡胶支座、悬挑钢梁、吊杆以及各个内外圈梁，环形钢箱梁围绕若干核心筒呈环形设置，通过铅芯橡胶支座连接，悬挑钢梁与吊杆连接以悬挂下层结构。本发明可最大限度的满足建筑的使用要求，环形钢箱梁支承在核心筒上，采用悬挂结构，可使建筑外形富于艺术表现，室内视野开阔，并可以充分发挥构件的材料优势，核心筒和环形大梁之间设置铅芯橡胶支座，可释放环形大梁的温度效应，基本消除大刚度环梁对核心筒的影响，铅芯橡胶支座还可起到隔震作用，提高结构的安全性。

Description

一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构

技术领域

本发明属于土木工程中的结构工程技术领域，尤其涉及一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构。

背景技术

自古以来，环形建筑就是一种经典的建筑类型，一直受到建筑师的喜爱。常规环形建筑多采用框架结构，框架结构是以由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构，常规跨度可为8～15m，梁柱截面随跨度增加而增大，而过密的框架柱会制约建筑使用功能布置，影响建筑的通透性。环形建筑常沿环向设置有规律间距的交通筒，普通框架结构的抗侧构件布置未能有效利用这一建筑特点。

环形建筑结构大多超长，环向长度多超过200m。超长结构按照现行规范要求需设置伸缩缝，设置伸缩缝的主要目的是为了减少温度效应。在相同约束条件下，结构长度越长，温度效应越大，同样的，在结构长度相同的情况下，约束越强温度效应越大。而在实际结构中考虑到建筑功能和外观上的需求，设计师往往不设缝或少设缝，环形结构尤其如此。而封闭环形超长结构在温度作用下，竖向构件受到巨大的水平力，单靠结构构件硬抗既不经济也不合理。

目前，尚缺乏一种利用环形建筑交通筒布置特点来实现大跨度，并合理处理温度效应的结构形式，如何进行环形建筑结构形式的创新是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了实现大型环形建筑的良好建筑效果，并有效解决现有技术中温度效应过大无法有效释放的问题，而提出的一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，包括呈环形布置的若干核心筒、沿若干核心筒设置的环形钢箱梁，铅芯橡胶支座；

核心筒为上下层建筑结构，核心筒包括四个扶壁柱，一对剪力墙，一对连梁，一对剪力墙相对设置，所述扶壁柱位于剪力墙的侧端位置；

所述铅芯橡胶支座包括橡胶支座和铅芯，所述环形钢箱梁为内外圈两榀，环形钢箱梁位于核心筒上方位置，若干扶壁柱均处于两榀环形钢箱梁的路径下，所述铅芯橡胶支座位于环形钢箱梁与扶壁柱之间，所述铅芯橡胶支座包括橡胶支座和铅芯，固定于环形钢箱梁和扶壁柱之间；

两榀环形钢箱梁之间设有支座径向梁，外圈的一榀环形钢箱梁外侧设有一根悬挑钢梁，内圈的一榀环形钢箱梁内侧也设有一根悬挑钢梁，两根悬挑钢梁与径向梁处于一条直线上，形成一组梁结构，所述两榀环形钢箱梁上设有若干组梁结构，梁结构的平面层为上层建筑的顶部；

一组梁结构中的两根悬挑钢梁端部各设有一根吊杆，外圈环形钢箱梁的若干悬挑钢梁以及内圈环形钢箱梁的若干悬挑钢梁端部均设有环形的上封边梁；两根吊杆底部之间设有钢梁，若干钢梁的两端均设有环形的下封边梁，所述钢梁与下封边梁组成下层建筑的顶部。

作为更进一步的优选方案，核心筒的横截面为一对连梁以及一对剪力墙组成的扇形结构，四个扶壁柱分别加固于扇形结构的四个角处。

作为更进一步的优选方案，所述环形钢箱梁底部与扶壁柱顶部均固定设有连接钢板，所述橡胶和铅芯均位于环形钢箱梁的连接钢板和扶壁柱的连接钢板之间。

作为更进一步的优选方案，所述扶壁柱的连接钢板与扶壁柱之间还设有预埋底板，贯穿连接钢板、预埋底板、扶壁柱设有用于固定的锚栓。

本发明与现有结构体系相比，利用了环形建筑交通筒设置混凝土核心筒，采用悬挂结构，获得良好的建筑外观效果，并采取措施减小温度作用对竖向构件的不利影响，具体具备以下优势：

1.本发明所述的核心筒可根据建筑交通筒灵活布置，承受所有竖向荷载和各种水平荷载，结构竖向构件布置不再占用其他的建筑空间，最大限度的满足建筑的使用要求；

2.本发明所述的悬挂结构，采用混凝土核心筒承力，钢结构构件悬挂，可以充分发挥材料优势，并且悬挂建筑外形设计灵活多变，富于建筑艺术表现，室内视野开阔；

3.本发明所述的铅芯橡胶支座可释放温度作用，基本消除大刚度环梁对竖向构件的影响，取得理想的竖向构件尺寸；

4.本发明所述的铅芯橡胶支座可起到隔震作用，能有效的减小在地震荷载作用下的结构响应，提高结构的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明悬挂结构局部放大示意图；

图3是核心筒示意图；

图4是铅芯橡胶支座示意图；

图5是结构典型剖面图；

附图标记说明：1、核心筒；11、扶壁柱；12、剪力墙；13、连梁；2、环形钢箱梁；3、悬挑钢梁；4、铅芯橡胶支座；41、锚栓；42、连接钢板；43、预埋底板；44、橡胶支座；45、铅芯；5、吊杆；6、支座径向梁；7、上封边梁；8、钢梁；9、下封边梁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1、2所示的一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，包括核心筒1、铅芯橡胶支座4、环形钢箱梁2、悬挑钢梁3、吊杆5，环形大跨悬挂结构直径约100m，地上两层，根据建筑布置共设置8个核心筒1；

核心筒1为上下层的二楼建筑结构，核心筒1包括四个扶壁柱11，一对剪力墙12，一对连梁13，一对剪力墙12相对设置，一对剪力墙12的两侧之间各设有一根连梁13，所述扶壁柱11位于剪力墙12的侧端位置。

具体的说，核心筒1的横截面为一对连梁13以及一对剪力墙12组成的扇形结构，四个扶壁柱11分别加固于扇形结构的四个角处，用于顶部铅芯橡胶支座4设置。

核心筒1为混凝土结构，根据建筑的交通筒布置，环形状态下，相邻的两个核心筒1之间的间距为30m～50m，优选，其中核心筒既承受竖向荷载，又作为结构的主要抗侧力构件。

为解决环梁对核心筒的影响，本发明设置了铅芯橡胶支座，铅芯橡胶支座安装在核心筒的顶部，大跨环梁搁置在铅芯橡胶支座上。铅芯橡胶支座可释放环形钢箱梁温度效应，并起到隔震的效果，采用该支座释放的温度效应可达90％，支座的截面可根据受力及变形选择合适的参数。

铅芯橡胶支座4包括锚栓41、连接钢板42、预埋底板43、橡胶支座44和铅芯45，所述环形钢箱梁2为内外圈的两榀结构，两榀环形钢箱梁2为同心圆，环形钢箱梁2位于核心筒1上方位置，若干扶壁柱11均处于两榀环形钢箱梁2的路径下，环形钢箱梁2与扶壁柱11之间设有铅芯橡胶支座4，铅芯橡胶支座4主要由橡胶支座44和铅芯45组成，橡胶支座44内置铅芯45，铅芯橡胶支座4固定于环形钢箱梁2和扶壁柱11之间。

具体的说，横截面为扇形结构的核心筒1，其扇形的内弧和外弧分别对应外圈的环形钢箱梁2和内圈的环形钢箱梁2，因此，核心筒1的内弧上具有两个环形钢箱梁2与扶壁柱11的连接点，同样的，核心筒1的外弧上具有两个环形钢箱梁2与扶壁柱11的连接点，连接点即为铅芯橡胶支座4。

具体的说，环形钢箱梁2底部与扶壁柱11顶部均固定设有连接钢板42，所述橡胶支座44和铅芯45均位于环形钢箱梁2的连接钢板42和扶壁柱11的连接钢板42之间；扶壁柱11的连接钢板42与扶壁柱11之间还设有预埋底板43，贯穿连接钢板42、预埋底板43、扶壁柱11设有用于固定的锚栓41。

如图4所示，铅芯橡胶支座4通过锚栓41、预埋钢板43安装在扶壁柱11的顶部，每个核心筒设置四个铅芯橡胶支座4，共32组，铅芯橡胶支座4主要由连接钢板42、橡胶支座44、铅芯45组成，可起到释放温度效应和隔震的作用，温度效应释放可达90％，效果显著，本实施例中各组合工况下，支座的最大水平力仅100kN。铅芯橡胶支座4的型号可根据支座反力及变形选择，本实施例中铅芯橡胶支座选用型号为GZY800；

如图2、5所示，两榀环形钢箱梁2支承在铅芯橡胶支座4上，梁截面为箱型截面2000(高)×800(宽)×60×60，悬挑钢梁3由环形钢箱梁2两侧挑出，悬挑长度为3m，间距为沿环向角度3度，挑梁截面为H700×300×12×24；悬挑钢梁3底部设置吊杆5吊挂下部楼层，吊杆5间距同悬挑钢梁3，本实施例中吊杆5截面为直径50mm钢棒；上述钢结构构件均采用Q355B钢材。

两榀环形钢箱梁2之间设有支座径向梁6，对内外圈的环形钢箱梁2进行固定，外圈的一榀环形钢箱梁2外侧设有一根悬挑钢梁3，内圈的一榀环形钢箱梁2内侧也设有一根悬挑钢梁3，两根悬挑钢梁3处于一条直线上，形成一组梁结构，所述两榀环形钢箱梁2上设有若干组梁结构，梁结构的平面层为上层建筑的顶部；需要注意的是，内外圈的环形钢箱梁2侧部相对应的位置之间总是设有支座径向梁6。

一组梁结构的两根悬挑钢梁3上远离环形钢箱梁2的端部各设有一根吊杆5，悬挑钢梁由环形钢箱梁两端挑出，出挑的合理长度宜小于5m，吊杆为吊挂下部楼层竖向构件，与悬挑钢梁相连，只承受拉力作用，优选的吊杆按环向等角度布置，采用高强钢棒，吊杆直径按所受拉力确定。

外圈环形钢箱梁2的若干悬挑钢梁3外端设有环形的上外圈梁，内圈环形钢箱梁2的若干悬挑钢梁3外端设有环形的上内圈梁，两根吊杆5底部之间设有钢筋梁8，若干钢筋梁8位于上外圈梁位置的端部设有环形的下外圈梁，若干钢筋梁8位于上内圈梁位置的端部设有环形的下内圈梁；下外圈梁、钢筋梁8、下内圈梁的平面层为下层建筑的顶部，上外圈梁和上内圈梁之间为上层建筑的顶部，上外圈梁与下外圈梁之间、上内圈梁与下内圈梁之间皆为环形大跨悬挂建筑外墙面。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，其特征在于：包括呈环形布置的若干核心筒(1)、沿若干核心筒(1)设置的环形钢箱梁(2)，铅芯橡胶支座(4)；

所述核心筒(1)为上下层建筑结构，核心筒(1)包括四个扶壁柱(11)，一对剪力墙(12)，一对连梁(13)，一对剪力墙(12)相对设置，一对剪力墙(12)的两侧之间各设有一根连梁(13)，所述扶壁柱(11)位于剪力墙(12)的侧端位置；

所述铅芯橡胶支座(4)包括橡胶支座(44)和铅芯(45)，所述环形钢箱梁(2)为内外两榀，环形钢箱梁(2)位于核心筒(1)上方位置，若干扶壁柱(11)均处于两榀环形钢箱梁(2)的路径下，所述铅芯橡胶支座(4)位于环形钢箱梁(2)与扶壁柱(11)之间，所述铅芯橡胶支座(4)包括橡胶支座(44)和铅芯(45)，固定于环形钢箱梁(2)和扶壁柱(11)之间；

两榀环形钢箱梁(2)之间设有支座径向梁(6)，外圈的一榀环形钢箱梁(2)外侧设有一根悬挑钢梁(3)，内圈的一榀环形钢箱梁(2)内侧也设有一根悬挑钢梁(3)，两根悬挑钢梁(3)与支座径向梁(6)处于一条直线上，形成一组梁结构，所述两榀环形钢箱梁(2)上设有若干组梁结构，梁结构的平面层为上层建筑的顶部；

一组梁结构中的两根悬挑钢梁(3)端部各设有一根吊杆(5)，外圈环形钢箱梁(2)的若干悬挑钢梁(3)以及内圈环形钢箱梁(2)的若干悬挑钢梁(3)端部均设有环形的上封边梁(7)；两根吊杆(5)底部之间设有钢梁(8)，若干钢梁(8)的两端均设有环形的下封边梁(9)，所述钢梁(8)与下封边梁(9)组成下层建筑的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，其特征在于：所述核心筒(1)的横截面为一对连梁(13)以及一对剪力墙(12)组成的扇形结构，四个扶壁柱分别加固于扇形结构的四个角处。

3.根据权利要求1所述的一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，其特征在于：所述环形钢箱梁(2)底部与扶壁柱(11)顶部均固定设有连接钢板(42)，所述橡胶支座(44)和铅芯(45)均位于环形钢箱梁(2)的连接钢板(42)和扶壁柱(11)的连接钢板(42)之间。

4.根据权利要求1所述的一种可释放温度效应的环形大跨悬挂结构，其特征在于：所述扶壁柱(11)的连接钢板(42)与扶壁柱(11)之间还设有预埋底板(43)，贯穿连接钢板(42)、预埋底板(43)、扶壁柱(11)设有用于固定的锚栓(41)。

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