CN112647596A - 一种o型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种O型斜切边的多方位桁架‑框架‑核心筒组合超高层结构构成方法，基于多组小核心筒及周边落地框架、多方位大跨多层桁架结合的主体结构，并通过斜切边空间桁架、非落地框架进行边界和局部大空间结构处理构成组合超高层结构整体受力模式，以多组分散均匀布置的小核心筒及周边附近落地框架，结合对应多区域多方位布置的大跨多层桁架结构组成超高层核心支撑构架；通过斜切边空间边界桁架实现建筑外立面造型，通过非落地框架实现局部楼层大空间，构成整体受力模式；通过承载性能分析，并控制承载力、整体刚度和抗扭性能，保障结构体系的整体受力承载性能。以及提供该结构的应用。本发明高抗侧刚度、高承载性能、高结构高度和斜切边外立面独特造型。

Description

一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构 构成方法及应用

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法及应用。

背景技术

钢框架-核心筒体系是由钢框架、核心筒之间通过楼面钢梁连接组成的超高层结构体系，具有自重轻、刚度大、高度高和施工快等优点，抗侧向刚度是评定该类体系力学性能的一个重要因素。该结构体系广泛应用于商业办公、总部大楼等功能的超高层大型公共建筑中。

当建筑平面范围相对较大或存在通高露天中庭时，采用多组不同位置的小核心筒分散布置是一种合理有效的解决方案。多组小核心筒通常可设置在建筑楼电梯周边，以尽量减小对建筑空间和功能的较大影响；而对称均匀的多组小核心筒布置则可较好提高整体结构体系的抗扭转性能指标。

在多组分散布置的小核心筒之间和沿建筑高度间隔楼层多处设置的平面、立面多区域多层大跨桁架结构，可有效实现由于建筑功能引起的局部楼层大跨空间的需求。在平面上，小核心筒之间的多层桁架结构实现了局部大跨空间且有效缩短绝对跨度，避免多层桁架受力过大而无法承载；在立面上，由于多层桁架结构同时起到吊挂下部楼层、上抬上部楼层的作用，沿建筑高度的多处多层桁架结构设置可使得每个多层桁架实际承载的楼层数量有效减少。

对于存在通高露天中庭的超高层建筑，由于建筑绿化台阶、采光照射等引起斜切边建筑外立面造型和功能的需求，采用内环、外环的双环斜切边边界桁架结构进行封边兼承载处理是一种具有较好实施可行性的解决方案。为避免楼层里较多倾斜墙面导致的不可使用空间，控制内环、外环斜切边边界桁架的相对空间位置，也是保证斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层体系承载性能和实施可行性的一个重要因素。

此外，O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构存在节点连接构造复杂、部件拼装复杂以及抗侧、抗扭承载性能等问题，合理有效的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系的形式设计及拼装方案也是保证其承载性能和正常使用的一个重要因素。

综上所述，研究一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的形式及设计方法，以适用于O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系及承载是十分必要的。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法及应用，可以实现O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，包括以下步骤：

S1、支撑核心筒的高区筒、支撑核心筒的中区筒、支撑核心筒的低区筒组成竖向抗侧力主体构件，以中心定位点为中心分散、均匀且对称布置；

S2、支撑核心筒周边附近的落地框架的框柱、落地框架的环向框梁、落地框架的径向框梁组成落地框架，并与支撑核心筒共同构成竖向抗侧力结构体系；

S3、大跨多层桁架的环向桁架上弦、大跨多层桁架的环向桁架中弦、大跨多层桁架的环向桁架下弦、大跨多层桁架的环向桁架斜杆、大跨多层桁架的环向桁架竖杆、大跨多层桁架的径向支撑钢梁组成多方位大跨多层桁架的大跨多层桁架单体，为多层单斜杆桁架结构形式；

S4、大跨多层桁架单体在平面、立面上多方位布置，平面上连接环向支撑核心筒，立面上吊挂下部部分楼层或上抬上部部分楼层，分为高区的大跨多层桁架、中区的大跨多层桁架、低区的大跨多层桁架；桁架节点处增设桁架节点加劲板进行加强；

S5、在结构顶部空间斜面上设置斜切边边界桁架，包括外环、内环斜切边边界桁架；外环斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆、外环斜切边边界桁架的内弦杆、外环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；

S6、内环斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆、内环斜切边边界桁架的内弦杆、内环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；外环、内环斜切边边界桁架呈空间曲面双环结构形式；

S7、立面上相邻两个大跨多层桁架单体之间设置非落地框架，包括大跨多层桁架单体的下挂部分、上抬部分非落地框架；下挂部分由非落地桁架的下挂吊柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；

S8、上抬部分由非落地框架的上抬框柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成。

本发明中，支撑核心筒的小核心筒分布形式、大跨多层桁架的多处不同方位布置、斜切边边界桁架的斜切边夹角、内外环斜切边的相对空间位置均可根据建筑斜切边曲面造型要求、功能空间、跨度和边界条件的要求进行适当调整，并不会影响O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的各部件组成和构成方式。

进一步，所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构包括支撑核心筒、落地框架、多方位大跨多层桁架、斜切边边界桁架和非落地框架，所述支撑核心筒为竖向抗侧力主体构件由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，小核心筒顶部高度随斜切边边界高度而变化；所述落地框架位于各个小核心筒的周边附近区域，结合小核心筒组成局部单体结构，并共同作为多方位大跨多层桁架的端部竖向支撑结构；所述多方位大跨多层桁架包括平面、立面的不同方位布置，在平面上连接环向分散的小核心筒以构成整体受力结构，在立面上间隔若干楼层设置以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得单个大跨多层桁架承载的楼层数减少；所述斜切边边界桁架位于结构顶部斜外立面，通过内环、外环的双环斜切边边界桁架结构进行封边兼承载处理，通过控制内环、外环斜切边边界桁架的相对空间位置，减少倾斜墙面导致的不可使用空间的出现；非落地框架位于多方位大跨多层桁架所在的平面范围，采用局部大跨度非落地框架结构以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层区域。

作为优选：所述支撑核心筒由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，包括支撑核心筒的高区筒、支撑核心筒的中区筒和支撑核心筒的低区筒；多组小核心筒布置在建筑平面楼梯、电梯周边，有效减小了通高核心筒剪力墙对建筑空间和功能的影响；多组小核心筒以中心定位点为中心点，采用均匀、对称且分散布置形式，有效提高了结构体系的整体抗扭转性能。

作为优选：所述支撑核心筒的剪力墙厚度为800mm～400mm；支撑核心筒的各个小核心筒顶部由于O型斜切面导致较大尖角和陡坡存在时，可在适当高度位置收顶后，再设置上抬钢柱处理；为提高结构整体刚度，支撑核心筒的小核心筒角部也可设置混凝土角柱或内嵌型钢柱加强。

作为优选：所述落地框架位于支撑核心筒的各个小核心筒周边附近区域，由落地框架的框柱、落地框架的环向框梁、落地框架的径向框梁所组成；落地框架结合对应位置支撑核心筒的小核心筒构成分散且均匀布置的局部单体结构，以作为多方位大跨桁架的两端部竖向支撑结构基本单元。

对于环形平面超高层结构，外环轴网间距比内环轴网间距大，外环按每个轴网间距设置一根落地框架的框柱，内环按两个轴网间距设置一根落地框架的框柱；落地框架的框柱的实际柱间距为8m～15m范围，避免大跨度的出现；落地框架的框柱采用箱型截面、圆型截面的钢柱或钢管混凝土柱，作为普通框柱时为800mm～1200mm，作为多方位大跨多层桁架的两端部支撑框柱时为1000mm～1400mm。

所述多方位大跨多层桁架由位于平面、立面上的多个不同方位布置的大跨多层桁架单体所组成，包括高区的大跨多层桁架、中区的大跨多层桁架、低区的大跨多层桁架；大跨多层桁架单体为层及以上的多层桁架结构形式，由大跨多层桁架的环向桁架上弦、大跨多层桁架的环向桁架中弦、大跨多层桁架的环向桁架下弦、大跨多层桁架的环向桁架斜杆、大跨多层桁架的环向桁架竖杆、大跨多层桁架的径向支撑钢梁所构成。

大跨多层桁架单体在环向上由若干榀不同网格、不同间距、相同高度的弧面桁架基本单元构成，在径向上仅由径向支撑钢梁进行侧向稳定支撑；在平面上，每个大跨多层桁架单体连接了相邻端部的环向分散且均匀布置的小核心筒，以构成整体受力模式；在立面上，大跨多层桁架单体间隔若干楼层设置，以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得大跨多层桁架单体承载的楼层数尽可能减少，最大楼层数为8层～12层。

大跨多层桁架为H型截面钢构件，构件截面高度为500mm～800mm，跨度为15m～30m，桁架节点处设置桁架节点加劲板进行加强。

所述斜切边边界桁架位于结构顶部倾斜外立面的位置，包括外环斜切边边界桁架、内环斜切边边界桁架两部分，为双层单斜杆桁架形式；外环、内环的双环斜切边边界桁架结构封边兼承载使用，以适用于建筑绿化台阶、采光照射等引起的斜切边建筑外立面造型和功能需求。

外环、内环的斜切边边界桁架呈现为空间曲面双环形式，通过控制内环、外环的斜切边边界桁架的相对空间位置，避免支撑筒顶部由于倾斜墙面导致的局部不可用空间的出现。

外环的斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆、外环斜切边边界桁架的内弦杆、外环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；内环的斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆、内环斜切边边界桁架的内弦杆、内环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成。

外环、内环的斜切边边界桁架在平面图上呈现为圆形的双环桁架形式，在斜面图上呈现为椭圆形的空间曲面双环桁架形式。斜切边边界桁架的斜杆形式为人字形支撑，构件截面为圆钢管，构件直径为700mm-1000mm，壁厚为20mm～60mm，桁架节点管桁架相贯节点形式，斜切边边界桁架的倾斜角度为40°～70°。

所述非落地框架在平面上位于多方位大跨多层桁架的相邻两两大跨多层桁架单体之间，在立面上位于上、下两两大跨多层桁架单体之间；非落地框架采用大跨度的非落地框架结构形式以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层功能。

非落地框架包括大跨多层桁架单体下挂的非落地框架部分、大跨多层桁架单体上抬的非落地框架部分；下挂部分的非落地框架由非落地桁架的下挂吊柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；上抬部分的非落地框架由非落地框架的上抬框柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；局部大空间功能通过下挂部分和上抬部分的交界层、局部大跨梁来实现。

一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构在O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载中的应用，所述超高层是指高度不小于100米的高层公共建筑。

本发明的技术构思为：基于多组小核心筒及周边落地框架、多方位大跨多层桁架结合的主体结构，并通过斜切边空间桁架、非落地框架进行边界和局部大空间结构处理构成的组合超高层结构整体受力模式：首先，以多组分散均匀布置的小核心筒及周边附近落地框架，结合对应多区域多方位布置的大跨多层桁架结构组成超高层核心支撑构架；其次，通过斜切边空间边界桁架实现建筑外立面造型，通过非落地框架实现局部楼层大空间功能，从而构成整体受力模式；最后，通过承载性能分析，并控制承载力、整体刚度和抗扭性能，保障结构体系的整体受力承载性能。

本发明的有益效果主要表现在：

1、本发明提供的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构，其结构体系构造合理，可以实现O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载，充分发挥该桁架-框架-核心筒组合超高层结构的高抗侧刚度、高承载性能、高结构高度和斜切边外立面独特造型功能优点。

2、本发明的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系以多组分散均匀布置的小核心筒及周边附近落地框架，结合对应多区域多方位布置的多层桁架结构组成基本支撑核心构架，并通过斜切边空间边界桁架实现建筑外立面造型、通过非落地框架实现局部楼层大空间功能而构成整体受力模式，可达到在减轻自重和保证承载性能的同时，实现高抗侧、高承载、高建筑高度和斜切边边界造型及功能。

3、基于承载性能分析，本发明的结构便于通过承载力(应力控制)、整体刚度(变形控制)和抗扭性能(周期比)等指标控制，来进一步保障整体结构体系的合理有效。

4、本发明的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系的构件组成模块明确，传力清晰，整体体系抗侧刚度大、承载力高、结构高度高、斜切边外立面造型独特，在O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明组合超高层结构实施例的结构示意图，其中，图1a是本发明O型斜切边的多区域桁架-框架-核心筒组合超高层结构实施例的整体结构示意图，图1b是支撑核心筒示意图，图1c是落地框架示意图，图1d是多方位大跨多层桁架示意图，图1e斜切边边界桁架示意图，图1f是非落地框架示意图；

图2是本发明组合超高层结构实施例的平面图，即图1a中A-A剖切示意图；

图3是本发明组合超高层结构实施例的剖切正视图，即图1a中B-B剖切示意图；

图4是本发明组合超高层结构实施例的剖切左视图，即图1a中C-C剖切示意图；

图5是图1b支撑核心筒的A-A剖切平面图；

图6是图1d多区域大跨多层桁架的A-A剖切平面图；

图7是图1e斜切边边界桁架的剖切示意图(图7a-7c分别是A-A剖切平面图、C-C剖切左视图、B-B剖切正视图)；

图8a是图1d中单个大跨多层桁架的结构示意图，图8b是图8a单个大跨多层桁架的D-D剖切示意图；

图9是图1a中沿立面两个相邻多方位大跨多层桁架之间的非落地框架典型剖面结构示意图；

图10是图1a中典型桁架节点的构造示意图(图10a-10b分别是图1e斜切边边界桁架的管桁架节点构造示意图、图1d多方位大跨多层桁架的H型钢桁架节点构造示意图)；

图11是本发明组合超高层结构实施例的部件构成流程图。

附图标记说明：1-支撑核心筒的高区筒；2-支撑核心筒的中区筒；3-支撑核心筒的低区筒；4-落地框架的框柱；5-落地框架的环向框梁；6-落地框架的径向框梁；7-大跨多层桁架的环向桁架上弦；8-大跨多层桁架的环向桁架中弦；9-大跨多层桁架的环向桁架下弦；10-大跨多层桁架的环向桁架斜杆；11-大跨多层桁架的环向桁架竖杆；12-大跨多层桁架的径向支撑钢梁；13-高区的大跨多层桁架；14-中区的大跨多层桁架；15-低区的大跨多层桁架；16-外环斜切边边界桁架的外弦杆；17-外环斜切边边界桁架的内弦杆；18-外环斜切边边界桁架的斜腹杆；19-内环斜切边边界桁架的外弦杆；20-内环斜切边边界桁架的内弦杆；21-内环斜切边边界桁架的斜腹杆；22-非落地框架；23-中心定位点；24-非落地框架的下挂吊柱；25-非落地桁架的局部大跨梁；26-非落地框架的框梁；27-非落地框架的上抬框柱；28-桁架节点加劲板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图11，一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的构成方法，包括以下步骤：

S1、支撑核心筒的高区筒1、支撑核心筒的中区筒2、支撑核心筒的低区筒3组成竖向抗侧力主体构件，以中心定位点23为中心分散、均匀且对称布置；

S2、支撑核心筒周边附近的落地框架的框柱4、落地框架的环向框梁5、落地框架的径向框梁6组成落地框架，并与支撑核心筒(1-3)共同构成竖向抗侧力结构体系；

S3、大跨多层桁架的环向桁架上弦7、大跨多层桁架的环向桁架中弦8、大跨多层桁架的环向桁架下弦9、大跨多层桁架的环向桁架斜杆10、大跨多层桁架的环向桁架竖杆11、大跨多层桁架的径向支撑钢梁12组成多方位大跨多层桁架的大跨多层桁架单体，为多层单斜杆桁架结构形式；

S4、大跨多层桁架单体在平面、立面上多方位布置，平面上连接环向支撑核心筒，立面上吊挂下部部分楼层或上抬上部部分楼层，分为高区的大跨多层桁架13、中区的大跨多层桁架14、低区的大跨多层桁架15；桁架节点处增设桁架节点加劲板28进行加强；

S5、在结构顶部空间斜面上设置斜切边边界桁架，包括外环、内环斜切边边界桁架；外环斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆16、外环斜切边边界桁架的内弦杆17、外环斜切边边界桁架的斜腹杆18所组成；

S6、内环斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆19、内环斜切边边界桁架的内弦杆20、内环斜切边边界桁架的斜腹杆21所组成；外环、内环斜切边边界桁架呈空间曲面双环结构形式；

S7、立面上相邻两个大跨多层桁架单体之间设置非落地框架22，包括大跨多层桁架单体的下挂部分、上抬部分非落地框架；下挂部分由非落地桁架的下挂吊柱24、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；

S8、上抬部分由非落地框架的上抬框柱27、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成。

所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构包括支撑核心筒、落地框架、多方位大跨多层桁架、斜切边边界桁架和非落地框架。所述支撑核心筒为竖向抗侧力主体构件，由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，小核心筒顶部高度随斜切边边界高度而变化；所述落地框架位于各个小核心筒的周边附近区域，结合小核心筒组成局部单体结构，并共同作为多方位大跨多层桁架的端部竖向支撑结构；所述多方位大跨多层桁架包括平面、立面的不同方位布置，在平面上连接环向分散的小核心筒以构成整体受力结构，在立面上间隔若干楼层设置以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得单个大跨多层桁架承载的楼层数减少；所述斜切边边界桁架位于结构顶部斜外立面，通过内环、外环的双环斜切边边界桁架结构进行封边兼承载处理，通过控制内环、外环斜切边边界桁架的相对空间位置，减少倾斜墙面导致的不可使用空间的出现；非落地框架位于多方位大跨多层桁架所在的平面范围，采用局部大跨度非落地框架结构以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层区域。

所述支撑核心筒由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，包括支撑核心筒的高区筒1、支撑核心筒的中区筒2、支撑核心筒的低区筒3；多组小核心筒一般布置在建筑平面楼梯、电梯周边，有效减小了通高核心筒剪力墙对建筑空间和功能的影响；多组小核心筒以中心定位点23为中心点，采用均匀、对称且分散布置形式，有效提高了结构体系的整体抗扭转性能。

支撑核心筒的剪力墙厚度为800mm～400mm；支撑核心筒的各个小核心筒顶部由于O型斜切面导致较大尖角和陡坡存在时，可在适当高度位置收顶后，再设置上抬钢柱处理；为提高结构整体刚度，支撑核心筒的小核心筒角部也可设置混凝土角柱或内嵌型钢柱加强。

所述落地框架位于支撑核心筒的各个小核心筒周边附近区域，由落地框架的框柱4、落地框架的环向框梁5、落地框架的径向框梁6所组成；落地框架结合对应位置支撑核心筒的小核心筒构成分散且均匀布置的局部单体结构，以作为多方位大跨桁架的两端部竖向支撑结构基本单元。

对于环形平面超高层结构，外环轴网间距会比内环轴网间距大得多，外环按每个轴网间距设置一根落地框架的框柱4，内环按两个轴网间距设置一根落地框架的框柱4；落地框架的框柱4的实际柱间距为8m～15m范围，避免大跨度的出现；落地框架的框柱4采用箱型截面、圆型截面的钢柱或钢管混凝土柱，作为普通框柱时为800mm～1200mm，作为多方位大跨多层桁架的两端部支撑框柱时为1000mm～1400mm。

所述多方位大跨多层桁架由位于平面、立面上的多个不同方位布置的大跨多层桁架单体所组成，包括高区的大跨多层桁架13、中区的大跨多层桁架14、低区的大跨多层桁架15；大跨多层桁架单体为2层及以上的多层桁架结构形式，由大跨多层桁架的环向桁架上弦7、大跨多层桁架的环向桁架中弦8、大跨多层桁架的环向桁架下弦9、大跨多层桁架的环向桁架斜杆10、大跨多层桁架的环向桁架竖杆11、大跨多层桁架的径向支撑钢梁12所构成。

大跨多层桁架单体在环向上由若干榀不同网格、不同间距、相同高度的弧面桁架基本单元构成，在径向上仅由径向支撑钢梁12进行侧向稳定支撑。在平面上，每个大跨多层桁架单体连接了相邻端部的环向分散且均匀布置的小核心筒，以构成整体受力模式；在立面上，大跨多层桁架单体间隔若干楼层设置，以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得大跨多层桁架单体承载的楼层数尽可能减少，最大楼层数为8层～12层。

大跨多层桁架为H型截面钢构件，构件截面高度为500mm～800mm，跨度为15m～30m，桁架节点处设置桁架节点加劲板28进行加强。

所述斜切边边界桁架位于结构顶部倾斜外立面的位置，包括外环斜切边边界桁架、内环斜切边边界桁架两部分，为双层单斜杆桁架形式。外环、内环的双环斜切边边界桁架结构封边兼承载使用，以适用于建筑绿化台阶、采光照射等引起的斜切边建筑外立面造型和功能需求。

外环、内环的斜切边边界桁架呈现为空间曲面双环形式，通过控制内环、外环的斜切边边界桁架的相对空间位置，避免支撑筒顶部由于倾斜墙面导致的局部不可用空间的出现。

外环的斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆16、外环斜切边边界桁架的内弦杆17、外环斜切边边界桁架的斜腹杆18所组成；内环的斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆19、内环斜切边边界桁架的内弦杆20、内环斜切边边界桁架的斜腹杆21所组成。

外环、内环的斜切边边界桁架在平面图上呈现为圆形的双环桁架形式，在斜面图上呈现为椭圆形的空间曲面双环桁架形式。斜切边边界桁架的斜杆形式为人字形支撑，构件截面为圆钢管，构件直径为700mm-1000mm，壁厚为20mm～60mm，桁架节点管桁架相贯节点形式。斜切边边界桁架的倾斜角度为40°～70°。

所述非落地框架22在平面上位于多方位大跨多层桁架的相邻两两大跨多层桁架单体之间，在立面上位于上、下两两大跨多层桁架单体之间；非落地框架采用大跨度的非落地框架结构形式以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层功能。

非落地框架包括大跨多层桁架单体下挂的非落地框架部分、大跨多层桁架单体上抬的非落地框架部分；下挂部分的非落地框架由非落地桁架的下挂吊柱24、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；上抬部分的非落地框架由非落地框架的上抬框柱27、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；局部大空间功能通过下挂部分和上抬部分的交界层、局部大跨梁来实现。

所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系构件组成模块明确，传力清晰，符合整体受力及承载模式的设计原则，充分发挥整体结构体系的高抗侧刚度、高承载力学性能，基于多组小核心筒及周边落地框架、多方位大跨多层桁架结构结合的组合超高层整体结构形式，并通过斜切边空间边界桁架、非落地框架进行边界和局部大空间结构处理，实现O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间楼层功能。

实施例一

如图1a-1f以及图2-图4所示，所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构，包括支撑核心筒、落地框架、多方位大跨多层桁架、斜切边边界桁架和非落地框架。所述支撑核心筒(图1b)为竖向抗侧力主体构件，由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，小核心筒顶部高度随斜切边边界高度而变化；所述落地框架(图1c)位于各个小核心筒的周边附近区域，结合小核心筒组成局部单体结构，并共同作为多方位大跨多层桁架的端部竖向支撑结构；所述多方位大跨多层桁架(图1d)包括平面、立面的不同方位布置，在平面上连接环向分散的小核心筒以构成整体受力结构，在立面上间隔若干楼层设置以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得单个大跨多层桁架承载的楼层数减少；所述斜切边边界桁架(图1e)位于结构顶部斜外立面，通过内环、外环的双环斜切边边界桁架结构进行封边兼承载处理，通过控制内环、外环斜切边边界桁架的相对空间位置，减少倾斜墙面导致的不可使用空间的出现；非落地框架(图1f)位于多方位大跨多层桁架所在的平面范围，采用局部大跨度非落地框架结构以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层功能。

如图1b、图2、图5所示，所述支撑核心筒由多组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，包括支撑核心筒的高区筒1、支撑核心筒的中区筒2、支撑核心筒的低区筒3；多组小核心筒一般布置在建筑平面楼梯、电梯周边，有效减小了通高核心筒剪力墙对建筑空间和功能的影响；多组小核心筒以中心定位点23为中心点，采用均匀、对称且分散布置形式，有效提高了结构体系的整体抗扭转性能。本实施例中为6个小核心筒，高、中、低区分别设置2个。

如图1a、图2所示，支撑核心筒的剪力墙厚度为800mm～400mm；支撑核心筒的各个小核心筒顶部由于O型斜切面导致较大尖角和陡坡存在时，可在适当高度位置收顶后，再设置上抬钢柱处理；为提高结构整体刚度，支撑核心筒的小核心筒角部也可设置混凝土角柱或内嵌型钢柱加强。本实施例中核心筒剪力墙厚度为600mm，核心筒顶部设置型钢混凝土角柱。

如图1c、图2-图4所示，所述落地框架位于支撑核心筒的各个小核心筒周边附近区域，由落地框架的框柱4、落地框架的环向框梁5、落地框架的径向框梁6所组成；落地框架结合对应位置支撑核心筒的小核心筒构成分散且均匀布置的局部单体结构，以作为多方位大跨桁架的两端部竖向支撑结构基本单元。本实施例中对应的落地框架为6组，高、中、低区分别设置2组。

如图1a、图2所示，对于环形平面超高层结构，外环轴网间距会比内环轴网间距大得多，外环按每个轴网间距设置一根落地框架的框柱4，内环按两个轴网间距设置一根落地框架的框柱4；落地框架的框柱4的实际柱间距为8m～15m范围，避免大跨度的出现；落地框架的框柱4采用箱型截面、圆型截面的钢柱或钢管混凝土柱，作为普通框柱时为800mm～1200mm，作为多方位大跨多层桁架的两端部支撑框柱时为1000mm～1400mm。本实施例中外环最大柱间距为14m，内环最小柱间距为12m。

如图1d、图2-图4、图6所示，所述多方位大跨多层桁架由位于平面、立面上的多个不同方位布置的大跨多层桁架单体所组成，包括高区的大跨多层桁架13、中区的大跨多层桁架14、低区的大跨多层桁架15。本实施例中为5个大跨多层桁架单体，高、中、低区沿立面分别设置3个、2个、1个。

如图1d、图8a-图8b所示，大跨多层桁架单体为2层及以上的多层桁架结构形式，由大跨多层桁架的环向桁架上弦7、大跨多层桁架的环向桁架中弦8、大跨多层桁架的环向桁架下弦9、大跨多层桁架的环向桁架斜杆10、大跨多层桁架的环向桁架竖杆11、大跨多层桁架的径向支撑钢梁12所构成。本实施例中环向桁架为双层单斜杆桁架结构形式。

如图1、图2-图4所示，大跨多层桁架单体在环向上由若干榀不同网格、不同间距、相同高度的弧面桁架基本单元构成，在径向上仅由径向支撑钢梁12进行侧向稳定支撑。在平面上，每个大跨多层桁架单体连接了相邻端部的环向分散且均匀布置的小核心筒，以构成整体受力模式；在立面上，大跨多层桁架单体间隔若干楼层设置，以同时起到吊挂下部楼层和上抬上部楼层的作用，且使得大跨多层桁架单体承载的楼层数尽可能减少，最大间隔楼层数为8层～12层。本实施例中最大楼层数为10层。

如图1d、图10b所示，大跨多层桁架为H型截面钢构件，构件截面高度为500mm～800mm，跨度为15m～30m，桁架节点处设置桁架节点加劲板28进行加强。本实施例中外环最大跨度为30m，内环最小跨度为13m。

如图1e、图4所示，所述斜切边边界桁架位于结构顶部倾斜外立面的位置，包括外环斜切边边界桁架、内环斜切边边界桁架两部分，为双层单斜杆桁架形式。外环、内环的双环斜切边边界桁架结构封边兼承载使用，以适用于建筑绿化台阶、采光照射等引起的斜切边建筑外立面造型和功能需求。

如图1e、图4、图7a-图7c所示，外环、内环的斜切边边界桁架呈现为空间曲面形式，通过控制内环、外环的斜切边边界桁架的相对空间位置，避免支撑筒顶部由于倾斜墙面导致的局部不可用空间的出现。

如图1e、图2所示，外环的斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆16、外环斜切边边界桁架的内弦杆17、外环斜切边边界桁架的斜腹杆18所组成；内环的斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆19、内环斜切边边界桁架的内弦杆20、内环斜切边边界桁架的斜腹杆21所组成。

如图1e、图7a-图7c、图10a所示，外环、内环的斜切边边界桁架在平面图上呈现为圆形的双环桁架形式，在斜面图上呈现为椭圆形的空间曲面双环桁架形式。斜切边边界桁架的倾斜角度为40°～70°，构件截面为圆钢管，构件直径为700mm-1000mm，壁厚为20mm～60mm，斜杆形式为人字形支撑，桁架节点为管桁架相贯节点形式。本实施例中最小倾斜角为52°，最大倾斜角为70°。

如图1a、图2-图4所示，所述非落地框架22在平面上位于多方位大跨多层桁架的相邻两两大跨多层桁架单体之间，在立面上位于上、下两两大跨多层桁架单体之间；非落地框架采用大跨度的非落地框架结构形式以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层区域。

如图2-图4、图9所示，非落地框架包括大跨多层桁架单体下挂的非落地框架部分、大跨多层桁架单体上抬的非落地框架部分；下挂部分的非落地框架由非落地桁架的下挂吊柱24、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；上抬部分的非落地框架由非落地框架的上抬框柱27、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；局部大空间功能通过下挂部分和上抬部分的交界层、局部大跨梁来实现。

支撑核心筒的小核心筒分布形式、大跨多层桁架的多处不同方位布置、斜切边边界桁架的斜切边夹角、内外环斜切边的相对空间位置均可根据建筑斜切边曲面造型要求、功能空间、跨度和边界条件的要求进行适当调整，并不会影响本发明O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的各部件构成方式。

实施例二

如图11所示，所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的构成方法，包括如下步骤：

S1、支撑核心筒的高区筒1、支撑核心筒的中区筒2、支撑核心筒的低区筒3组成竖向抗侧力主体构件，以中心定位点23为中心分散、均匀且对称布置；

S2、支撑核心筒周边附近的落地框架的框柱4、落地框架的环向框梁5、落地框架的径向框梁6组成落地框架，并与支撑核心筒共同构成竖向抗侧力结构体系；

S3、大跨多层桁架的环向桁架上弦7、大跨多层桁架的环向桁架中弦8、大跨多层桁架的环向桁架下弦9、大跨多层桁架的环向桁架斜杆10、大跨多层桁架的环向桁架竖杆11、大跨多层桁架的径向支撑钢梁12组成多方位大跨多层桁架的大跨多层桁架单体，为多层单斜杆桁架结构形式；

S4、大跨多层桁架单体在平面、立面上多方位布置，平面上连接环向支撑核心筒，立面上吊挂下部部分楼层或上抬上部部分楼层，分为高区的大跨多层桁架13、中区的大跨多层桁架14、低区的大跨多层桁架15；桁架节点处增设桁架节点加劲板28进行加强；

S5、在结构顶部空间斜面上设置斜切边边界桁架，包括外环、内环斜切边边界桁架；外环斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆16、外环斜切边边界桁架的内弦杆17、外环斜切边边界桁架的斜腹杆18所组成；

S6、内环斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆19、内环斜切边边界桁架的内弦杆20、内环斜切边边界桁架的斜腹杆21所组成；外环、内环斜切边边界桁架呈空间曲面双环结构形式；

S7、立面上相邻两个大跨多层桁架单体之间设置非落地框架22，包括大跨多层桁架单体的下挂部分、上抬部分非落地框架；下挂部分由非落地桁架的下挂吊柱24、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成；

S8、上抬部分由非落地框架的上抬框柱27、非落地框架的局部大跨梁25、非落地框架的框梁26所组成。

实施例三

本发明还提供一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构在O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载中的应用，所述超高层是指高度不小于100米的高层公共建筑。

本实施例的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构基于多组小核心筒及周边落地框架、多方位大跨多层桁架结构结合的组合超高层整体结构形式，通过斜切边空间边界桁架、非落地框架进行边界和局部大空间结构处理，构成整体受力模式，可实现O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间楼层功能。该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，符合整体受力及承载模式的设计原则，可实现O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载。基于承载性能分析，通过构件应力、变形刚度和抗扭周期比等整体性能控制，可进一步保障本发明O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构的高抗侧、高承载、高结构高度及斜切边外立面造型优点。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、支撑核心筒的高区筒、支撑核心筒的中区筒、支撑核心筒的低区筒组成竖向抗侧力主体构件，以中心定位点为中心分散、均匀且对称布置；

S2、支撑核心筒周边附近的落地框架的框柱、落地框架的环向框梁、落地框架的径向框梁组成落地框架，并与支撑核心筒共同构成竖向抗侧力结构体系；

S3、大跨多层桁架的环向桁架上弦、大跨多层桁架的环向桁架中弦、大跨多层桁架的环向桁架下弦、大跨多层桁架的环向桁架斜杆、大跨多层桁架的环向桁架竖杆、大跨多层桁架的径向支撑钢梁组成多方位大跨多层桁架的大跨多层桁架单体，为多层单斜杆桁架结构形式；

S4、大跨多层桁架单体在平面、立面上多方位布置，平面上连接环向支撑核心筒，立面上吊挂下部部分楼层或上抬上部部分楼层，分为高区的大跨多层桁架、中区的大跨多层桁架、低区的大跨多层桁架；桁架节点处增设桁架节点加劲板进行加强；

S5、在结构顶部空间斜面上设置斜切边边界桁架，包括外环、内环斜切边边界桁架；外环斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆、外环斜切边边界桁架的内弦杆、外环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；

S6、内环斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆、内环斜切边边界桁架的内弦杆、内环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；外环、内环斜切边边界桁架呈空间曲面双环结构形式；

S7、立面上相邻两个大跨多层桁架单体之间设置非落地框架，包括大跨多层桁架单体的下挂部分、上抬部分非落地框架；下挂部分由非落地桁架的下挂吊柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；

S8、上抬部分由非落地框架的上抬框柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成。

2.如权利要求1所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构包括支撑核心筒、落地框架、多方位大跨多层桁架、斜切边边界桁架和非落地框架，所述支撑核心筒为竖向抗侧力主体构件由若干组沿平面环向均匀、对称且分散布置的小核心筒组成，小核心筒顶部高度随斜切边边界高度而变化；所述落地框架位于各个小核心筒的周边附近区域，结合小核心筒组成局部单体结构，并共同作为多方位大跨多层桁架的端部竖向支撑结构；所述多方位大跨多层桁架包括平面、立面的不同方位布置，在平面上连接环向分散的小核心筒以构成整体受力结构，在立面上间隔若干楼层设置；所述斜切边边界桁架位于结构顶部斜外立面，通过内环、外环的双环斜切边边界桁架结构进行封边兼承载处理；非落地框架位于多方位大跨多层桁架所在的平面范围，采用局部大跨度非落地框架结构以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层区域。

3.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述支撑核心筒包括支撑核心筒的高区筒、支撑核心筒的中区筒和支撑核心筒的低区筒；多组小核心筒布置在建筑平面楼梯、电梯周边，多组小核心筒以中心定位点为中心点，采用均匀、对称且分散布置形式。

4.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述支撑核心筒的剪力墙厚度为800mm～400mm；支撑核心筒的各个小核心筒顶部由于O型斜切面导致较大尖角和陡坡存在时，在设定高度位置收顶后，再设置上抬钢柱处理；支撑核心筒的小核心筒角部设置混凝土角柱或内嵌型钢柱加强；

所述落地框架位于支撑核心筒的各个小核心筒周边附近区域，由落地框架的框柱、落地框架的环向框梁、落地框架的径向框梁所组成；落地框架结合对应位置支撑核心筒的小核心筒构成分散且均匀布置的局部单体结构，以作为多方位大跨桁架的两端部竖向支撑结构基本单元。

5.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，对于环形平面超高层结构，外环轴网间距比内环轴网间距大，外环按每个轴网间距设置一根落地框架的框柱，内环按两个轴网间距设置一根落地框架的框柱；落地框架的框柱的实际柱间距为8m～15m范围，落地框架的框柱采用箱型截面、圆型截面的钢柱或钢管混凝土柱，作为普通框柱时为800mm～1200mm，作为多方位大跨多层桁架的两端部支撑框柱时为1000mm～1400mm。

6.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述多方位大跨多层桁架包括高区的大跨多层桁架、中区的大跨多层桁架、低区的大跨多层桁架；大跨多层桁架单体为层及以上的多层桁架结构形式，由大跨多层桁架的环向桁架上弦、大跨多层桁架的环向桁架中弦、大跨多层桁架的环向桁架下弦、大跨多层桁架的环向桁架斜杆、大跨多层桁架的环向桁架竖杆、大跨多层桁架的径向支撑钢梁所构成。

大跨多层桁架单体在环向上由若干榀不同网格、不同间距、相同高度的弧面桁架基本单元构成，在径向上仅由径向支撑钢梁进行侧向稳定支撑；在平面上，每个大跨多层桁架单体连接了相邻端部的环向分散且均匀布置的小核心筒，以构成整体受力模式；在立面上，大跨多层桁架单体间隔若干楼层设置；

大跨多层桁架为H型截面钢构件，构件截面高度为500mm～800mm，跨度为15m～30m，桁架节点处设置桁架节点加劲板进行加强。

7.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述斜切边边界桁架位于结构顶部倾斜外立面的位置，包括外环斜切边边界桁架、内环斜切边边界桁架两部分，为双层单斜杆桁架形式；外环、内环的双环斜切边边界桁架结构封边兼承载使用，以适用于建筑绿化台阶、采光照射等引起的斜切边建筑外立面造型和功能需求；

外环、内环的斜切边边界桁架呈现为空间曲面形式，通过控制内环、外环的斜切边边界桁架的相对空间位置，避免支撑筒顶部由于倾斜墙面导致的局部不可用空间的出现；作为非落地框架位于多方位大跨多层桁架所在的平面范围，采用大跨度非落地框架结构以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层区域；

外环的斜切边边界桁架由外环斜切边边界桁架的外弦杆、外环斜切边边界桁架的内弦杆、外环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；内环的斜切边边界桁架由内环斜切边边界桁架的外弦杆、内环斜切边边界桁架的内弦杆、内环斜切边边界桁架的斜腹杆所组成；

外环、内环的斜切边边界桁架在平面图上呈现为圆形的双环桁架形式，在斜面图上呈现为椭圆形的空间曲面双环桁架形式。斜切边边界桁架的斜杆形式为人字形支撑，构件截面为圆钢管，构件直径为700mm-1000mm，壁厚为20mm～60mm，桁架节点管桁架相贯节点形式，斜切边边界桁架的倾斜角度为40°～70°。

8.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，所述非落地框架在平面上位于多方位大跨多层桁架的相邻两两大跨多层桁架单体之间，在立面上位于上、下两两大跨多层桁架单体之间；非落地框架采用大跨度的非落地框架结构形式以实现建筑底部、空中等存在的局部大跨空间楼层功能。

9.如权利要求2所述的O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构构成方法，其特征在于，非落地框架包括大跨多层桁架单体下挂的非落地框架部分、大跨多层桁架单体上抬的非落地框架部分；下挂部分的非落地框架由非落地桁架的下挂吊柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；上抬部分的非落地框架由非落地框架的上抬框柱、非落地框架的局部大跨梁、非落地框架的框梁所组成；局部大空间功能通过下挂部分和上抬部分的交界层、局部大跨梁来实现。

10.一种O型斜切边的多方位桁架-框架-核心筒组合超高层结构在O型斜切边建筑外立面边界造型和平面、立面多区域多方位局部大空间功能的桁架-框架-核心筒组合超高层结构体系设计及承载中的应用，所述超高层是指高度不小于100米的高层公共建筑。

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