CN203514506U - 一种超高层src强外框筒建筑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及建筑结构，具体是一种超高层SRC强外框筒建筑结构，其包括设置于建筑结构外周的外框筒结构和设置于建筑内部的内筒结构，以及连接外框筒结构和内筒结构的若干层楼板，所述外框筒结构和所述内筒结构均为采用SRC构件形成的SRC结构，所述外框筒结构承担建筑结构30%以上的水平剪力。本实用新型具有较佳经济性，方便进行结构构件设计，且平面布局更加灵活，尤其适用于200m以上超高层建筑。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑结构，具体是一种超高层SRC强外框筒建筑结构。
背景技术
目前我国的超高层建筑中大量应用框架-核心筒结构，该结构是由核心筒与外围稀柱框架组成，柱距一般为8m～12m，柱与周边梁形成外框架，外框架通过梁和楼板与中间核心筒形成整体。核心筒内的功能主要为电梯间、楼梯间、管道井和消防前室，必要时也可将公共卫生间等放在核心筒内。虽然框架-核心筒结构存在诸多优点而被广泛应用，但也存在一些不足。
（1）连梁设计困难。框架-核心筒结构中的连梁一般具有跨度小，受力特殊，连接的筒体剪力墙刚度又很大等特点。在结构受到水平力作用时，筒体中连梁受力较大，为保障结构安全防止剪切破坏，往往出现连梁计算配筋值超限，给截面设计带来困难。且在平面较复杂的框筒结构中（如核心筒偏心设置），某一根连梁的截面取值大小有时会对整个结构的动力特征造成较大影响，使周期，位移比等多项地震指标难以满足规范要求。因此平面复杂的框架-核心筒结构中的连梁设计往往比普通剪力墙结构中的连梁设计更为困难。同时，核心筒墙体作为最重要的抗侧力构件，往往由于门洞、消火栓和管道留洞的需要，使结构的抗扭性能受到一定程度的削弱。
（2）经济性较差。核心筒是框架-核心筒结构的主要抗侧力构件，要求核心筒在各个方向上都具有较大的抗侧刚度，承担80%以上的水平剪力，而外框架主要用于承受竖向荷载，并分担按刚度分配所得的一小部分水平剪力。核心筒高宽比较大（与外框架相比）的抗倾覆力矩的力臂较小，只能通过增加自重、减少开洞等方式加大核心筒的抗倾覆力矩，这样势必会增加用钢量，增加建造成本。
（3）实用率不佳，平面功能布置受限。在传统的框架-核心筒结构中，核心筒的设计优先考虑的是结构的抗侧力能力，其次才是竖向交通和设备布置，这样就会出现核心筒结构和功能设计出现偏差，例如核心筒的结构设计没有问题，但核心筒内的平面布局设计出现空间富裕或空间不足的情况，由于核心筒的结构设计牵涉整个建筑结构的设计，调整起来非常困难和麻烦。为避免出现核心筒空间不足以及加大抗倾覆力矩的考虑，核心筒的截面面积往往会设计得比较大，由此降低了建筑结构的实用率。
因此设计一种具有较佳经济性且连梁等构件设计较为简单的超高层建筑结构是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
本实用新型解决的技术问题是提供一种超高层SRC强外框筒建筑结构，使其具有较佳经济性，方便进行结构构件设计，且平面布局更加灵活。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种超高层SRC强外框筒建筑结构，适用于200m以上超高层建筑，包括设置于建筑结构外周的外框筒结构和设置于建筑内部的内筒结构，以及连接外框筒结构和内筒结构的若干层楼板，所述外框筒结构和所述内筒结构均为采用SRC构件形成的SRC结构，所述外框筒结构承担建筑结构30%以上的水平剪力。
改进之一：所述外框筒结构包括柱间距为4-4.7m的第一SRC柱和梁高为0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒结构的开洞率为50%-60%。
改进之二：所述第一SRC柱间距为4.5m，梁高为1m，开洞率为57%。
改进之三：所述内筒结构为由第二SRC柱和第二SRC梁形成的内框筒结构，或为由SRC剪力墙形成的剪力墙内筒。
改进之四：所述外框筒结构承担建筑结构40%以上的倾覆力矩和建筑结构40%以上的水平剪力。
与现有技术相比，本实用新型所采用技术方案的有益效果如下：
（1）相对于传统的框架-核心筒结构更加节材和经济。传统的框架-核心筒结构的核心筒体结构由于力臂较小，为了达到设计要求的抗倾覆力矩，需要增加核心筒结构的自重，因此这是一种既不经济又不安全的抗侧力结构体系。在常见的框架-核心筒结构体系和筒中筒结构体系中，核心筒/内筒一般承受85%以上的水平剪力和绝大部分的抗倾覆力矩。而本实用新型采用外框筒结构作为抗侧力子结构，其力臂比核心筒/内筒要长，以相对较小的自重就可以提供较大抗倾覆力矩并承担大于现有结构体系的水平剪力比例。因此本实用新型的建筑结构用钢量、混凝土用量更低，更加经济。
（2）相对于采用RC构件的建筑结构更加节材和经济。由于SRC构件比RC构件的抗剪承载能力更强，因此在抗侧力能力、与承重能力要求大致相等，且结构大致相同的情况下，本实用新型建筑结构的所需的用钢量和混凝土用量，尤其是混凝土用量也小于采用RC构件的建筑结构。
附图说明
图1是实施例一的普通标准层示意图；
图2是实施例一的外立面局部示意图；
图3是实施例二的普通标准层示意图。
具体实施方式
在本实用新型中，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实用新型及其实施例，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实用新型中的具体含义。
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实用新型中的具体含义。
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。
本实用新型的超高层SRC强外框筒建筑结构，适用于200m以上超高层建筑，其包括设置于建筑结构外周的外框筒结构和设置于建筑内部的内筒结构，以及连接外框筒结构和内筒结构的若干层楼板，外框筒结构和内筒结构均为采用SRC构件形成的SRC结构。本实用新型建筑结构的外框筒结构承担建筑结构30%以上的水平剪力。在常见的框架-核心筒结构体系和筒中筒结构体系中，核心筒/内筒一般承受85%以上的水平剪力和绝大部分的抗倾覆力矩。而本实用新型采用外框筒结构作为抗侧力子结构，其力臂比核心筒/内筒要长，以相对较小的自重就可以提供较大抗倾覆力矩并承担大于现有结构体系的水平剪力比例。因此本实用新型的建筑结构用钢量、混凝土用量更低，更加经济。
其中，所述外框筒结构包括柱间距为4-4.7m的第一SRC柱和梁高为0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒结构的开洞率为50%-60%。为形成框筒结构，在水平平面内，这些第一SRC柱沿设定形状的边界（如矩形、圆形等）以等距或不等距方式分布，并通过SRC窗裙梁连接相邻的第一SRC柱形成具有筒体空间工作性能的结构——即框筒结构。此外，外框筒结构虽然在形式上类似框架结构，但由于其具有类似实腹筒体结构的空间工作性能，其承重能力、抗侧力刚度、抗扭转刚度、抗倾覆力矩与一般的框架-核心筒中的外框架完全不同。此外，由于本实用新型建筑结构的外周形成了框筒结构，可以更有效分担水平剪力和抗倾覆力矩，而内筒结构需承担的水平剪力和抗倾覆力矩可以减少。
SRC（Steel Reinforced Concrete，简称SRC）构件也称为型钢混凝土构件，是在型钢的周围布置钢筋并浇筑混凝土的结构。已有的研究表明SRC构件的内部型钢与外包混凝土形成整体、共同受力，其受力性能优于这两种结构的简单叠加。与钢结构相比，SRC构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，并能提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件的平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。此外，外包混凝土大大增加了结构的耐久性和耐火性。与RC（Reinforced Concrete，简称RC）结构相比，由于配置了型钢，提高了构件的承载力，尤其是采用实腹型钢的SRC构件，其抗剪承载力有很大提高，大大改善了受剪破坏时的脆性性质，提高了结构的抗震性能。
在传统的超高层建筑结构体系中，为了形成框筒形式的筒体结构，实现类似实腹筒体的空间工作性能，外框筒结构需要满足一定的条件。例如柱距不宜大于4m，柱截面长边应沿筒壁方向布置，必要时可采用T型截面；洞口面积不宜大于墙面面积的60%，洞口高宽比与层高与柱距之比值相近等。但由于与RC构件相比，SRC构件具有更强的竖向承载能力和抗剪能力，因此在大致相同力学性能要求的情况下，SRC构件的截面面积将小于RC构件的截面面积。
因此本实用新型采用SRC柱、梁形成的外框筒结构，可以设置更大柱距和更大开洞率，避免原有框筒结构因柱距和开洞率过小而影响景观视野和采光的问题。本实用新型的外框筒结构的第一SRC柱的柱距可设置为4-4.7m， 优选柱距为4.5m；SRC窗裙梁的梁高为0.7m至1.5m，优选梁高为1m。外框筒结构的开洞率为40%至60%，优选开洞率范围为55%至60%，当第一SRC柱的柱距为4.5m，SRC窗裙梁的梁高为1m时，最佳开洞率为57%。同时由于SRC构件的防火性能和耐久性能比RC构件和钢构件更好，因此采用SRC构件形成的框筒结构还具有更好的防火性能。
下面结合实施例对本实用新型的建筑结构做进一步的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例的超高层SRC强外框筒建筑结构，包括设置于建筑结构外周的外框筒结构和设置于建筑内部的内筒结构，外框筒结构和内筒结构之间通过若干楼板（图未示）连接。本实施例的内筒结构采用内框筒结构，其包括第二SRC柱51和第二SRC梁52。而外框筒结构则由第一SRC柱61和SRC窗裙梁62形成具有筒体空间工作效应的筒体结构。
如图1所示，本实施例的外框筒结构截面呈矩形，其四个角不设柱。外框筒结构的各侧分别有9根柱距为4.5m的第一SRC柱61。内框筒结构的水平截面为矩形。内框筒结构的各侧边分别有7根柱距为4.5m的SRC柱。本实施例的楼板采用SRC梁-混凝土组合楼板。
此外，外框筒结构由于角部抽柱的影响，需为加强角部区域的刚度。本实施例外框筒结构的水平截面大致呈矩形，其四个角的内凹处设有第三SRC柱63。
如图2所示，本实施例建筑结构的层高为3.5m，SRC窗裙梁62高为1.0m，第一SRC柱61的标准柱宽为1 m，第一SRC柱61的标准柱距为4.5m，外框筒开洞率为57%。相比常规的框筒结构，本实施例的开洞率较大，可以满足超高层建筑的外立面采光和景观要求，是普通钢筋混凝土框筒或钢结构框筒难以做到的。
实施例二
如图3所示，本实施例的超高层SRC强外框筒建筑结构与实施例一的不同之处在于，本实施例的内筒结构采用由SRC剪力墙40形成的剪力墙内筒。为验证当外框筒分担比常规结构体系外框筒（或外框架）更大比例的水平剪力时，建筑结构将更加节材和经济，本实施例通过计算机软件ETABS对强外筒（水平剪力比例大于30%）和弱外筒（水平剪力比例小于15%）两种情况进行对比模拟验算。
模型1为本实施例的SRC外框筒+SRC内剪力墙内筒结构，其结构如图3所示。模型2为在模型1的基础上加厚内筒，使位移角接近而得到的结构。模型1的外框筒承担建筑结构的水平剪力大于30%，模型2的外框筒承担建筑结构水平剪力水平与常规的框架-核心筒或筒中筒结构类似，低于15%。
上述两个模型的抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.3g，设计地震分组为第三组， 场地；50年重现期的基本风压值为0.55KN/m2，100年重现期的基本风压值为0.65KN/m2；50年重现期的基本雪压值为0.45KN/m2，100年重现期的基本雪压值为0.50KN/m2。以下为验算结果。
从上述对比数据可以看出：外框筒越强，承受水平剪力越多，抵抗水平剪力越有效，造价越低。上述两个模型用材相差6.6%-9%。与本实施例类似，实施例一的外框筒承担30%以上水平剪力，可以达到与本实施例类似的节材效果。
Claims (5)
1.一种超高层SRC强外框筒建筑结构，适用于200m以上超高层建筑，其包括设置于建筑结构外周的外框筒结构和设置于建筑内部的内筒结构，以及连接所述外框筒结构和所述内筒结构的若干层楼板，其特征在于：所述外框筒结构和所述内筒结构均为采用SRC构件形成的SRC结构，所述外框筒结构承担建筑结构30%以上的水平剪力。
2. 根据权利要求1所述的超高层SRC强外框筒建筑结构，其特征在于：所述外框筒结构包括柱间距为4-4.7m的第一SRC柱和梁高为0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒结构的开洞率为50%-60%。
3. 根据权利要求2所述的超高层SRC强外框筒建筑结构，其特征在于：所述第一SRC柱间距为4.5m，梁高为1m，开洞率为57%。
4. 根据权利要求1所述的超高层SRC强外框筒建筑结构，其特征在于：所述内筒结构为由第二SRC柱和第二SRC梁形成的内框筒结构，或为由SRC剪力墙形成的剪力墙内筒。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的超高层SRC强外框筒建筑结构，其特征在于：所述外框筒结构承担建筑结构40%以上的倾覆力矩和建筑结构40%以上的水平剪力。
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