CN210562622U - 一种建筑钢结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种建筑钢结构，涉及结构工程技术领域，解决了超高层建筑中，重力小柱的截面过大影响建筑的景观效果和用户的观景体验的问题。本实用新型实施例提供一种建筑钢结构，包括第一横梁、第二横梁和重力小柱，第一横梁位于重力小柱的下方，重力小柱的柱脚与第一横梁铰接，第二横梁位于重力小柱的上方，重力小柱的柱头与第二横梁之间在竖直方向上留有间隙，该间隙在竖直方向的高度大于第二横梁承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量。本实用新型用于构建建筑的钢架结构。

Description

一种建筑钢结构

技术领域

本实用新型涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种建筑钢结构。

背景技术

超高层建筑通常指超过三十层或者四十层的高层建筑，随着生活水平的提升和科技的进步，人们对超高层建筑的景观效果和观景体验要求越高，超高层建筑通常采用型钢固定连接组建建筑的钢结构，钢结构至少包括横梁和支撑柱，支撑柱包括位于建筑角落的巨型承重柱，以及位于建筑侧墙上的重力小柱，重力小柱的横截面大小直接影响重力小柱所在的柱结构的横截面积，侧墙上的柱结构的横截面积直接影响建筑整体的景观效果和建筑内用户的观景体验，柱结构的横截面积越大，建筑的景观效果和建筑内用户的观景体验越差，因此，在保证建筑结构安全性的前提下，减小柱结构的面积，即减小重力小柱的横截面积用以提升建筑的景观效果和观景体验尤为重要。

现有技术提供了一种建筑钢结构，重力小柱的柱头和柱脚与和重力小柱连接的横梁之间采用铰接结构，使重力小柱的两端与与之相连接的横梁之间铰接，以使重力小柱只承担建筑体的重力载荷，不参与建筑的抗侧作用，即，重力小柱只承受压力，不承受弯矩，减小重力小柱承受的综合载荷的大小，从而减小建筑对重力小柱的强度需求，减小重力小柱的横截面积。

但是，现有技术中重力小柱只承受重力参与建筑的抗侧作用，仅仅可以满足低于十五层等较低建筑的设计需求，当建筑超过一定高度后，由于建筑重力的增加，为了保证建筑的安全性，需要增加重力小柱的截面面积来增加重力小柱的承重能力，而随着重力小柱截面面积的增加，建筑的景观效果和观景体验会越来越差。现有技术的方式在超高层建筑中，重力小柱的横截面积较大，无法满足超高层建筑的景观需求，影响用户的观景体验。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种建筑钢结构，在超高层建筑中，重力小柱只承担部分楼层的重力载荷，重力小柱的受力较小，重力小柱依然可以保持较小的横截面积，提升建筑的景观效果，并且提升用户的观景体验。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种建筑钢结构，包括第一横梁、第二横梁和重力小柱，第一横梁位于重力小柱的下方，重力小柱的柱脚与第一横梁铰接，第二横梁位于重力小柱的上方，重力小柱的柱头与第二横梁之间在竖直方向上留有间隙，该间隙在竖直方向的高度大于第二横梁承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量。

可选的，第二横梁的下侧面向下延伸两个相对设置的连接板，重力小柱的柱头位于两个连接板之间，重力小柱的柱头与第二横梁之间滑动连接，柱头可在两个连接板之间沿竖直方向运动。

可选的，第二横梁与重力小柱通过销轴连接，两个连接板相对位置设有第一连接孔，柱头与第一连接孔对应的位置设有第二连接孔，销轴穿过第一连接孔和第二连接孔将连接板与柱头连接，销轴在第一连接孔或第二连接孔内沿竖直方向上运动。

可选的，销轴在第一连接孔内沿竖直方向运动，第一连接孔为长孔，且第一连接孔的长度方向沿竖直方向延伸，销轴与第一连接孔的上端面之间的距离大于或等于间隙在竖直方向的高度。

可选的，销轴为圆柱形结构，销轴可以在第一连接孔和第二连接孔转动。

可选的，重力小柱的柱脚与第一横梁焊接，柱脚与第一横梁的连接截面为细长形截面，细长形截面的长度延伸方向与建筑墙体所在的平面平行。

可选的，柱脚沿水平面的横截面面积与重力小柱其他段沿水平面的横截面面积相等。

可选的，第一横梁、第二横梁以及重力小柱为H型钢。

可选的，重力小柱的柱脚的腹板与第一横梁的腹板对中设置。

本实用新型实施例的建筑钢结构，包括第一横梁、第二横梁和重力小柱，第一横梁位于重力小柱的下方，重力小柱的柱脚与第一横梁铰接，第一横梁用于支撑重力小柱，并承受重力小柱的重力载荷；第二横梁位于重力小柱的上方，重力小柱的柱头与第二横梁之间在竖直方向上存在间隙，所述间隙在竖直方向的高度大于第二横梁承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量，以使第二横梁在最大重力载荷作用下依然不与下方的重力小柱发生接触，使得重力小柱上层建筑的重力载荷不能传递到下方的重力小柱上，重力小柱不承受第二横梁上方建筑的重力载荷，减小重力小柱承受的压力载荷的大小，在保证建筑安全性的前提下，减小重力小柱的横截面积，减小建筑中重力小柱所在的支撑柱的横截面积，提升建筑的景观效果并提升用户的观景体验。相较于现有技术，通过减小重力小柱承受建筑的抗侧力来减小重力小柱的横截面积，在超高层建筑中，不能保证重力小柱有较小的横截面积；本实用新型实施例的建筑钢结构，第二横梁上方建筑的重力载荷通过第二横梁传递至建筑角落处的巨型柱上，位于第二横梁下方的重力小柱不承受第二横梁上方的建筑载荷，根据设计要求，每个重力小柱只承受一定层数的楼层载荷，从而减小重力小柱的受力大小，减小重力小柱的强度需求，减小重力小柱的横截面积，提升建筑的景观效果以及用户的观景体验。

附图说明

图1为本实用新型实施例的建筑钢结构的重力小柱与第一横梁连接的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的建筑钢结构的重力小柱与第二横梁连接的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的建筑钢结构的图2中的B-B的截面剖视图；

图4为本实用新型实施例的建筑钢结构的图1中的A-A的截面剖视图。

附图标记：

1-第一横梁；2-第二横梁；21-连接板；211-第一连接孔；3-重力小柱；31-柱脚；32-柱头；321-第二连接孔；4-销轴；5-加劲肋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种建筑钢结构，如图1和图2所示，包括第一横梁1、第二横梁2和重力小柱3，第一横梁1位于重力小柱3的下方，重力小柱3的柱脚31与第一横梁1铰接，第二横梁2位于重力小柱3的上方，重力小柱3的柱头32与第二横梁2之间在竖直方向上留有间隙，该间隙在竖直方向的高度大于第二横梁2承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量。

本实用新型实施例的建筑钢结构，如图1和图2所示，包括第一横梁1、第二横梁2和重力小柱3，第一横梁1位于重力小柱3的下方，重力小柱3的柱脚31与第一横梁1铰接，第一横梁1用于支撑重力小柱3，并承受重力小柱3的重力载荷；第二横梁2位于重力小柱3的上方，重力小柱3的柱头32与第二横梁2之间在竖直方向上留有间隙，该间隙在竖直方向的高度大于第二横梁2承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量，以使第二横梁2在最大重力载荷作用下依然不与下方的重力小柱3发生接触，使得重力小柱3上层建筑的重力载荷不能传递到下方的重力小柱3上，使重力小柱3不承受第二横梁2上方建筑体的重力载荷，从而减小重力小柱3承受的压力载荷的大小，在保证建筑安全性的前提下，减小重力小柱3的横截面积，减小建筑中重力小柱3所在的柱结构的横截面积，提升建筑的景观效果并提升用户的观景体验。相较于现有技术，通过减小重力小柱3承受建筑的抗侧力来减小重力小柱3的横截面积，在超高层建筑中，不能保证重力小柱3有较小的横截面积；本实用新型实施例的建筑钢结构，第二横梁2上方建筑的重力载荷通过第二横梁2传递至建筑角落处的巨型柱上，位于第二横梁2下方的重力小柱3不承受第二横梁2上方建筑的载荷，根据设计要求，每个重力小柱3只承受一定楼层建筑的重力载荷，从而减小重力小柱3承受的力的大小，减小建筑对重力小柱3的强度需求，从而减小重力小柱3的横截面积，提升建筑的景观效果以及用户的观景体验。

需要说明的是，以一百层建筑结构为例，将每十层建筑设为一个分区，重力小柱3只承担一个分区即十层建筑的重力载荷，具体的实现方式为：从下向上，以第一个分区为例，重力小柱3的柱脚31与最下层建筑的第一横梁1铰接，重力小柱3从下向上与分区内每层建筑钢结构的横梁铰接，使重力小柱3可以承受分区内的楼层的载荷，在分区的交界处，即，十楼与十一楼的位置处，下方分区的重力小柱3的柱头32与上方分区的第二横梁2之间留有间隙，使得上方分区的建筑载荷无法传递至下方分区的重力小柱3上，实现每个重力小柱只承担一个分区的楼层的载荷，达到减小重力小柱3承受载荷大小的目的，进而减小建筑对重力小柱3的强度需求，减小重力小柱3的横截面积，进而提升建筑的景观效果和用户的观景体验。文中的铰接，为建筑领域的专业名词，其铰接结构与传统铰接结构不同，重力小柱3与第一横梁1在连接节点处，可以在不发生相对转动的前提下，实现铰接效果，使重力小柱3和第一横梁1之间不传递弯矩。

由于设计的重力小柱3不承受柱头32上方的重力载荷，重力小柱3的横截面积较小，强度较弱，为了防止第二横梁2在重力载荷下与下方的重力小柱3发生接触将上方建筑的重力载荷传递到重力小柱3上，导致重力小柱3承受载荷增加，影响建筑刚结构的安全性和稳定性，设计过程中，计算重力小柱3的柱头32与第二横梁2之间的间隙在竖直方向上的高度时，设有大于1的安全系数，可选的，安全系数为1.2，即，上述间隙在竖直方向上的高度等于1.2倍的第二横梁2在最大载荷下沿竖直方向的形变位移；由于建筑体的载荷会受各种因素的影响，例如人员的流动、物品的增减等，第二横梁2在竖直方向的最大形变位移，设的最大载荷等于1.2倍的设计恒定载荷加上1.4倍的设计活动载荷，即，上述间隙在竖直方向上的高度大于1.2倍的第二横梁2在1.2倍恒载加1.4倍活载作用下沿竖直方向的变形位移。

第二横梁2的下侧面向下延伸两个相对设置的连接板21，如图2和图3所示，重力小柱3的柱头32位于两个连接板21之间；两个连接板21将重力小柱3的柱头32夹在中间，可限制重力小柱3的柱头32在水平方向上的位移，防止重力小柱3发生摆动影响建筑钢结构的稳定性和安全性。重力小柱3的柱头32与第二横梁2之间滑动连接，柱头32可在两个连接板21之间沿竖直方向运动，以使第二横梁2可相对重力小柱3产生沿着竖直方向上的位移；第二横梁2相对重力小柱3沿竖直方向运动过程中，第二横梁2的下侧面与重力小柱3的柱头32的上端面不发生接触，以使第二横梁2的上层重力载荷不能传递至重力小柱3上，确保重力小柱3只承受一定楼层的建筑载荷。

第二横梁2与重力小柱3通过销轴4连接，具体的，如图2所示，在两个连接板21相对位置设有第一连接孔211，柱头32与第一连接孔211相对的位置设有第二连接孔321，销轴4穿过第一连接孔211和第二连接孔321将连接板21与柱头32连接，销轴4和连接板21共同作用进一步限制重力小柱3的柱头32在水平方向上的位移，使重力小柱3保持相对静止，确保建筑钢结构的稳定性。销轴4在第一连接孔211和/或第二连接孔321内沿竖直方向上运动，以使第二横梁2上沿竖直方向上的载荷不能通过连接板21和销轴4传递至重力小柱3的柱头32上。

同时，第二横梁2与重力小柱3之间通过销轴4连接，当重力小柱3的下部发生坍塌失效时，销轴4与第一连接孔211的下端面发生接触，重力小柱3由受压转变为受拉，并且起到悬挂作用，第二横梁2通过销轴4将重力小柱3吊挂起来，保证建筑钢结构不会发生连续倒塌。销轴4的横截面积可以根据重力小柱3失效后所需承受的拉力计算得出。

本实用新型实施例的建筑钢结构，如图2所示，销轴在所述第一连接孔211内沿竖直方向运动，第一连接孔211为长孔，且第一连接孔211的长度方向沿竖直方向延伸，销轴4位于长孔的下端，当第二横梁2在重力载荷的作用下产生向下的形变位移时，销轴4沿着第一连接孔211向上运动；销轴4与第一连接孔211的上端面之间的距离大于或等于柱头32与第二横梁2之间的间隙在竖直方向的高度，以使第二横梁2在最大形变位移后，第一连接孔211依然与销轴4在竖直方向上保留有一定的间隙，从而确保第二横梁2上方的建筑载荷不会通过销轴4传递至下方的重力小柱3。

需要说明的是，为了使销轴也可以在第二连接孔321内沿竖直方向上运动，此时，将第二连接孔321设为长孔，第二连接孔321的长度方向沿竖直方向延伸，销轴4与第一连接孔211的下端面接触，且销轴4与第二连接孔321的下端面之间的距离大于或者等于重力小柱3的柱头32与第二横梁2之间的间隙在竖直方向的高度，当第二横梁2在重力载荷的作用下产生向下的形变位移时，销轴4沿着第二连接孔321向下滑动，并且销轴4始终与第二连接孔321的下端面留有一定间隙。

销轴4为圆柱形结构，销轴4可以在第一连接孔211和第二连接孔321转动。第一连接孔211和第二连接孔321的形状与销轴4相匹配，第一连接孔211和第二连接孔321的上端面和下端面均设为圆弧面，以使销轴4和连接板21配合只限制重力小柱3柱头32的水平位移，并且，可以使重力小柱3与第二横梁2之间构成铰接形式，重力小柱3的可以绕销轴4相对于第二横梁2发生一定的相对转动，重力小柱3的柱头32不传递力矩，进一步的，重力小柱3不参与建筑钢结构的抗侧力，进一步减小重力小柱3承受的载荷，减小本实用新型实施例的建筑钢结构对重力小柱3的强度需求，进而减小重力小柱3的横截面积，提升建筑的景观效果以及用户的观景体验。

需要说明的是，建筑体受到的侧向力通常气流作用于建筑墙体上产生的力，力的方向通常是垂直于建筑墙体方向的，为了使重力小柱3可沿着所受到的侧向作用力的方向转动，销轴4的延伸方向与重力小柱3所在的墙体延伸方向平行。

重力小柱3的柱脚31与第一横梁1焊接，第一横梁1用于承载上方重力小柱3连接的楼层的所有重力载荷；如图1和图4所示，柱脚31与第一横梁1的连接截面为细长形截面，细长形截面的长度延伸方向与建筑墙体所在的平面平行；在建筑领域，上述柱脚31与第一横梁1之间以细长形截面焊接固定的连接方式被视为铰接，该铰接方式能够释放重力小柱3各个方向大部分的弯矩，从而减小重力小柱3参与建筑的抗侧力，减小重力小柱3的承受载荷，减小重力小柱3的横截面积。当重力小柱3的上层结构受到侧向作用力时，上述柱脚31与第一横梁1的连接方式可以在一定程度上释放重力小柱3的弯矩，减小重力小柱3参与的建筑钢结构的抗侧力，进而减小重力小柱3承受的载荷，减小本实用新型实施例的建筑钢结构对重力小柱3的强度需求，进而减小重力小柱3的横截面积，提升建筑的景观效果以及用户的观景体验。相较于现有技术，本实用新型实施例的建筑钢结构，不仅可以使重力小柱3分区承受建筑的重力载荷，减小每个重力小柱3承受的重力载荷大小，还可以减小重力小柱3承受的抗侧力，使重力小柱3应用于高层或者超高层建筑时，依然可以保持较小的横截面积，提升高层建筑或者超高层建筑的景观效果和用户的观景体验。

柱脚31沿水平面的横截面面积与重力小柱3其他位置沿水平面的横截面面积相等。为了保证重力小柱3有较好的承重能力，一般的重力小柱3为方形结构或者其他型钢，但是为了减小重力小柱3承受的侧向作用载荷，将柱脚31与第一横梁1连接的端面设为细长形截面，因此，需要在重力小柱3的柱脚31处做变形处理，为了保证重力小柱3从上到下各个截面等压强传递重力载荷，柱脚31沿水平面的横截面面积与重力小柱3其他位置沿水平面的横截面面积相等。

本实用新型实施例的建筑钢结构，如图2、图3和图4所示，第一横梁1、第二横梁2以及重力小柱3均为H型钢，H型钢具有优良的力学性能和优越的使用性能，结构自重轻，可使建筑结构基础处理要求降低，施工更加简单，造价降低；而且H型钢结构稳定性高，柔韧性好，适于载荷较大的建筑结构，其抗自然灾害能力强。需要理解的是，H型钢只是重力小柱3的众多可选钢结构中的一种优选方案，重力小柱3也可以采用其他钢结构，例如槽形钢，方钢等。

当第一横梁1、第二横梁2以及重力小柱3采用H型钢时，如图3所示，连接板21位于重力小柱3的型钢腹板两侧，第二连接孔211设置在腹板中间位置，连接板21的宽度略小于型钢的两个翼板之间的距离，以使两者之间可以发生一定转动，释放弯矩，减小重力小柱3承受的抗侧力。同时，如图1所示，重力小柱3的柱脚31处采用去掉翼板同时扩大腹板的长度和宽度，以使扩大后的腹板的横截面面积S1，等于H型钢的腹板的面积S2加上H型钢的两个翼板的横截面积S3，确保重力小柱3等面积传递重力载荷。

参照图4，重力小柱3的柱脚31的腹板与所述第一横梁1的腹板对中设置，即，重力小柱3的柱脚31的腹板的延伸方向与第一横梁1的腹板的延伸方向共线，重力小柱3的柱脚31的腹板直接焊接在第一横梁1的腹板的上方，以增强第一横梁1与重力小柱3连接处的刚度，增加建筑钢结构的结构稳定性，增强第一横梁1承受载荷的能力。为了进一步增强第一横梁1承受载荷的能力，可选的，在第一横梁1腹板的两侧设置有加劲肋5，用于加强重力小柱3与第一横梁1连接处的连接刚度，增强本实用新型实施例的建筑钢结构的结构稳定性和结构可靠性。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种建筑钢结构，包括第一横梁、第二横梁和重力小柱，其特征在于，所述第一横梁位于所述重力小柱的下方，所述重力小柱的柱脚与所述第一横梁铰接，所述第二横梁位于所述重力小柱的上方，所述重力小柱的柱头与所述第二横梁之间在竖直方向上留有间隙，所述间隙在竖直方向的高度大于所述第二横梁承受最大压力载荷时在竖直方向的形变量。

2.根据权利要求1所述的建筑钢结构，其特征在于，所述第二横梁的下侧面向下延伸两个相对设置的连接板，所述重力小柱的所述柱头位于两个所述连接板之间，所述重力小柱的柱头与所述第二横梁之间滑动连接，所述柱头可在两个所述连接板之间沿竖直方向运动。

3.根据权利要求2所述的建筑钢结构，其特征在于，所述第二横梁与所述重力小柱通过销轴连接，两个所述连接板相对位置设有第一连接孔，所述柱头与所述第一连接孔对应的位置设有第二连接孔，所述销轴穿过所述第一连接孔和所述第二连接孔将所述连接板与所述柱头连接，所述销轴在所述第一连接孔或所述第二连接孔内沿竖直方向上运动。

4.根据权利要求3所述的建筑钢结构，其特征在于，所述销轴在所述第一连接孔内沿竖直方向运动，所述第一连接孔为长孔，且所述第一连接孔的长度方向沿竖直方向延伸，所述销轴与所述第一连接孔的上端面之间的距离大于或等于所述间隙在竖直方向的高度。

5.根据权利要求4所述的建筑钢结构，其特征在于，所述销轴为圆柱形结构，所述销轴可以在所述第一连接孔和所述第二连接孔转动。

6.根据权利要求1所述的建筑钢结构，其特征在于，所述重力小柱的柱脚与所述第一横梁焊接，所述柱脚与所述第一横梁的连接截面为细长形截面，所述细长形截面的长度延伸方向与建筑墙体所在的平面平行。

7.根据权利要求6所述的建筑钢结构，其特征在于，所述柱脚沿水平面的横截面面积与所述重力小柱其他段沿水平面的横截面面积相等。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的建筑钢结构，其特征在于，所述第一横梁、所述第二横梁以及所述重力小柱为H型钢。

9.根据权利要求8所述的建筑钢结构，其特征在于，所述重力小柱的柱脚的腹板与所述第一横梁的腹板对中设置。

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