CN212104521U - 一种环带桁架及超高层建筑巨型框架 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种环带桁架及超高层建筑巨型框架，环带桁架包括上弦杆、下弦杆及波形钢腹板，上弦杆采用钢管混凝土上弦杆，下弦杆采用预应力钢管混凝土芯棒，波形钢腹板上、下端分别与上弦杆、下弦杆刚性连接，形成一榀环带桁架，波形钢腹板上等间隔开设有若干蜂窝通孔。本实用新型采用钢管混凝土上弦杆作为环带桁架的上弦构件，可增强环带桁架上弦的抗压承载力和刚度；采用预应力钢管混凝土芯棒作为环带桁架的下弦构件，可提高环带桁架下弦的抗拉承载力和刚度；采用具有蜂窝通孔的波形钢腹板替代环带桁架斜腹杆，可提高抗剪承载力，增加环带桁架采光性和通透性，简化环带桁架施工。环带桁架受力性能优良，具有良好的运用前景。

Description

一种环带桁架及超高层建筑巨型框架

技术领域

本实用新型涉及超高层建筑框架技术领域，特别是一种环带桁架及超高层建筑巨型框架。

背景技术

随着超高层建筑结构体系的研究日趋完善，超高层建筑雨后春笋般建造落成，作为城市和国家的“名片”，超高层建筑已成为一个国家民族精神和城市经济崛起的象征。

随着超高层建筑高度的增加，承担的风力和地震作用也随之大幅度增加，一般的建筑结构体系难以胜任，超高层建筑通常采用抗力强大的巨型框架-核心筒结构体系。超高层建筑结构体系中，核心筒通常是必然存在的，可以通过它的尺寸和墙厚来加强它的抗力。问题在于其外围结构选择，既要采用抗力较强的结构形式，又要兼顾满足采光通风的通透性需求，因此，超高层建筑外围结构最佳形式是巨型框架。

巨型框架体系是由巨型柱、环带桁架、伸臂桁架和次框架组成，其环带桁架一般是10层或15层设一道，环带桁架是巨型框架结构的关键构件之一，环带桁架主要有两种功能：一是作为支撑次框架结构体系的转换构件，二是刚性连接所有的巨型柱，从而形成强大的抗侧力体系，抵抗外部水平向荷载。

目前，环带桁架通常采用钢结构制作，但是，钢结构环带桁架存在着造价高、结构稳定性差、承载力低和施工困难等不足之处，工程界亟需研发一种钢管混凝土组合结构的环带桁架，针对超高层建筑巨型框架-核心筒结构体系的环带桁架进行施工技术改革。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种结构刚度大、承载力强、节约钢材、通透性好、造型新颖、施工方便、造价低的环带桁架及超高层建筑巨型框架。

本实用新型采用如下技术方案：

一种环带桁架，包括有上弦杆、下弦杆及波形钢腹板，所述上弦杆采用钢管混凝土上弦杆，下弦杆采用预应力钢管混凝土芯棒，波形钢腹板上、下端分别与上弦杆、下弦杆刚性连接，形成一榀环带桁架，波形钢腹板上等间隔开设有若干蜂窝通孔。

进一步地，所述钢管混凝土上弦杆包括中空钢管及紧密填充于中空钢管内的固化混凝土块。

进一步地，所述预应力钢管混凝土芯棒包括中空钢管、穿设于中空钢管内并均匀布置的若干预应力钢筋及紧密填充于中空钢管与预应力钢筋之间的固化混凝土块。

进一步地，所述蜂窝通孔为正六边形孔。

进一步地，所述波形钢腹板上、下端分别通过槽钢连接件与上弦杆、下弦杆刚性连接。

进一步地，两榀环带桁架通过若干连系构件刚性连接形成双层环带桁架。

一种超高层建筑巨型框架，包括两巨型框架柱、若干上述的双层环带桁架及巨型斜支撑，若干双层环带桁架上下间隔布置于两巨型框架柱之间，双层环带桁架两端分别与两侧的巨型框架柱刚性连接，巨型斜支撑设置于上下转换楼层的两个双层环带桁架之间，双层环带桁架上还连接有次框架柱，巨型斜支撑设置于双层环带桁架的两榀环带桁架之间缝隙中。

进一步地，所述次框架柱采用双肢柱型次框架柱，巨型斜支撑不凸出设置于次框架柱的双肢柱之间。

进一步地，所述超高层建筑巨型框架还包括有次框架梁，次框架梁刚性连接于次框架柱上。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型采用钢管混凝土上弦杆作为环带桁架的上弦构件，可增强环带桁架上弦的抗压承载力和刚度；采用预应力钢管混凝土芯棒作为环带桁架的下弦构件，可提高环带桁架下弦的抗拉承载力和刚度；采用具有蜂窝通孔的波形钢腹板替代环带桁架斜腹杆，可提高抗剪承载力，增加环带桁架采光性和通透性，简化环带桁架施工。

钢管混凝土上弦杆将钢管和混凝土两种材料的优点结合在一起，钢管约束了混凝土，使混凝土处于三向受压状态，混凝土抗压强度可成倍提高，同时由于混凝土的存在，提高了钢管的稳定性和刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。对于超大跨径的环带桁架结构，采用钢管混凝土上弦杆替代钢结构上弦杆，以钢管混凝土作为环带桁架的上弦构件，可以大幅度增强超大跨径环带桁架上弦的抗压承载力和刚度，节约了大量的钢材，降低了结构造价。

下弦杆采用预应力钢管混凝土芯棒，由钢管、管内混凝土和预应力钢筋三者组成，具有很高的抗拉承载力和刚度，充分发挥了钢管、管内混凝土、预应力钢筋材料的各自优点，优势互补，协同工作。钢管可作为环带桁架结构的下弦抗拉材料，又能约束钢管内混凝土，提高管内混凝土抗压强度；芯棒中预应力钢筋可作为环带桁架结构的抗拉材料，提高环带桁架结构的承载力，又对钢管内混凝土施加预压应力，提高管内混凝土的抗裂性能，从而提高环带桁架结构的刚度；芯棒中管内混凝土可以保证先张拉预应力钢筋的锚固效果，保证高强预应力钢筋材料强度可以充分利用，又能有效地防止钢管发生局部屈曲，预应力钢筋放张后产生的压力由管内混凝土承担，避免外围钢管受压屈曲，一举两得。采用预应力钢管混凝土芯棒作为巨型框架体系的环带桁架结构的下弦杆，可以大幅度改善超大跨径的环带桁架结构的承载力和刚度，具有预应力钢筋配筋集中、刚度大、承载力强、跨越能力大和造价低等优点。

采用波形钢腹板替代环带桁架斜腹杆，提高抗剪承载力能力，并且简化环带桁架施工；在波形钢腹板上开设多个蜂窝通孔，可增加环带桁架采光性和通透性，减轻波形钢腹板重量，节约钢材。超高层建筑巨型框架结构体系的环带桁架需要具有良好的通透性，在波形钢腹板上设置蜂窝通孔，形成腹部带有蜂窝通孔的波形钢腹板，具有自重轻、通透性好、承载能力高和刚度大的特点，与钢结构斜腹杆相比，其建筑构造简单，施工方便，防腐性能好，抗剪承载力可大幅度提高。

波形钢腹板的上、下两端，通过上端槽钢连接件与钢管混凝土上弦杆相连，通过下端槽钢连接件与预应力钢管混凝土芯棒下弦杆相连，形成巨型框架结构体系的环带桁架，构思巧妙，受力合理，施工方便，节约钢材。

钢管混凝土上弦杆、预应力钢管混凝土芯棒下弦杆和波形钢腹板三者组合连接，配套使用，强强联合，协同工作，优势互补，环带桁架结构具有重量轻、造型美观新颖、通透性好、承载力强、稳定性好、刚度大、施工方便和造价低的优点。可用于超高层建筑的超大跨径环带桁架结构，受力性能优良，具有良好的运用前景。

双层环带桁架与两端的巨型框架柱相连接，可确保超高层建筑巨型框架结构体系的整体性和稳定性，双层环带桁架中间缝隙处，可以方便设置巨型斜支撑，避免了偏心受力，也避免了巨型斜支撑外露影响建筑立面造型，在环带桁架结构的钢管混凝土上弦杆设置槽钢连接件，可方便地设置双肢形式次框架柱，双肢柱型的次框架柱方便次框架梁悬挑处理，另外设置双肢柱型次框架柱可以消除巨型斜支撑外露分割大楼立面的影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的双层环带桁架的立体视图；

图2是本实用新型实施例1的双层环带桁架的侧向剖视图；

图3是本实用新型实施例1的下弦杆与槽钢连接件的安装结构侧向剖视图；

图4是本实用新型实施例1的波形钢腹板的立体视图；

图5是本实用新型实施例1的超高层建筑巨型框架的正视图；

图6是本实用新型实施例1的超高层建筑巨型框架的部分结构立体视图。

图中：1.钢管混凝土上弦杆，11.第一中空钢管，12.第一固化混凝土块，2.预应力钢管混凝土芯棒下弦杆，21.第二中空钢管，22.第二固化混凝土块，23.预应力钢筋，3.波形钢腹板，31.蜂窝通孔，4.槽钢连接件，5.连系构件，6.巨型框架柱，7.巨型斜支撑，8.次框架柱，9.次框架梁。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

参照图1至图4，本实用新型的一种环带桁架，包括有上弦杆、下弦杆及波形钢腹板3。上弦杆采用钢管混凝土上弦杆1，下弦杆采用预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2，波形钢腹板3上等间隔开设有若干正六边形的蜂窝通孔31。在波形钢腹板3的上下两端设置通长的槽钢连接件4，上部的槽钢连接件4与钢管混凝土上弦杆1焊接连接，下部的槽钢连接件4与预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2 焊接连接，通过上下两个槽钢连接件4，将钢管混凝土上弦杆1、预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2和波形钢腹板3三者焊接成为整体构成一榀环带桁架；两榀环带桁架通过若干连系构件5刚性连接形成双层环带桁架，连系构件5采用钢管。

钢管混凝土上弦杆1包括柱状的第一中空钢管11及紧密填充于第一中空钢管内的第一固化混凝土块12。

预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2包括柱状的第二中空钢管21、穿设于第二中空钢管21内并均匀布置的若干预应力钢筋23及紧密填充于第二中空钢管21 与预应力钢筋23之间的第二固化混凝土块22。

本实用新型的一种环带桁架的制造方法，包括以下步骤：

步骤一，制作波形钢腹板3，按照钢蜂窝梁制作工艺，在平面钢板上直接切割正六边形蜂窝通孔31，然后利用折钢板机器对钢板进行弯折加工，制成具有蜂窝通孔31的波形钢腹板3；

步骤二，在波形钢腹板3上端焊接通长的槽钢连接件4，并将上弦的第一中空钢管11焊接于该槽钢连接件4上，然后向第一中空钢管11内灌注混凝土，混凝土硬化后形成第一固化混凝土块12，即制成环带桁架的钢管混凝土上弦杆1；

步骤三，在波形钢腹板3的下端焊接通长的槽钢连接件4，并将下弦的第二中空钢管21焊接于该槽钢连接件4上，然后将预应力钢筋23穿入第二中空钢管 21内，采用千斤顶张拉预应力钢筋23，并锚固在张拉台座上，向第二中空钢管 21内灌注混凝土，混凝土硬化后形成紧密填充于第二中空钢管21与预应力钢筋 23之间的固化混凝土块22，混凝土硬化后，放张预应力钢筋23，即制成环带桁架的预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2，钢管混凝土上弦杆1、预应力钢管混凝土芯棒下弦杆2、波形钢腹板3与槽钢连接件4焊接为一体构成一榀环带桁架；

步骤四，两榀环带桁架之间焊接多道连系构件，制成双层环带桁架。

参照图5和图6，本实用新型的一种超高层建筑巨型框架，包括两巨型框架柱6、若干双层环带桁架及巨型斜支撑7，若干双层环带桁架上下间隔布置于两巨型框架柱6之间，双层环带桁架两端分别与两侧的巨型框架柱6刚性连接，巨型斜支撑7设置于上下转换楼层的相邻两个双层环带桁架之间，并设置于双层环带桁架的两榀环带桁架之间缝隙中。双层环带桁架上还连接有次框架柱8及次框架梁9，次框架柱8采用双肢柱型次框架柱，次框架梁9焊接于次框架柱8上，巨型斜支撑7不凸出设置于次框架柱8的双肢柱之间。

按上述环带桁架的制造方法制成双层环带桁架并吊装就位后，将双层环带桁架两端与巨型框架柱6焊接连接，并将巨型斜支撑7设置在上下转换楼层的相邻两个双层环带桁架的中间缝隙之中，双层环带桁架上设置双肢柱形式的次框架柱 8，次框架梁9焊接连接在次框架柱8上，即制成超高层建筑的巨型框架结构体系。

本实用新型应用于巨型框架-核心筒结构体系，建筑高度为600米，内部为六边形的格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙核心筒，底部剪力墙核心筒厚度为 2.5米，外部为六边形的巨型框架结构体系，底部六边形钢管巨型柱边长为4米。

环带桁架底部跨径为40米，底部避难设备层层高为5米，环带桁架高度选为6米，环带桁架上下弦杆中心距离为5米。

钢管混凝土上弦杆1的第一中空钢管11采用直径1.2米的钢管，钢管材料为Q 345钢材，钢管壁厚为16mm，内灌注C50混凝土。

预应力钢管混凝土芯棒下弦杆的第二中空钢管21采用直径1.2米的钢管，钢管壁厚为20mm，预应力钢筋23采用12根高强低松弛的φ15.2钢绞线，钢绞线极限强度为1860MPa，钢管内采用C50高强混凝土微膨胀自密实混凝土填充密实。

波形钢腹板3采用波长为7200mm，波高800mm，直板段水平长度为2800mm，斜板段投影长度为800mm，钢板厚14mm，波形刚腹板3高度为3600mm。波形钢腹板3上开孔采光透气，蜂窝通孔31设置在直板段之上，腹板蜂窝孔梁扩张比为1.5，正六边形孔的上边长度为800mm，正六边形孔的中部距离为2000m。

槽钢连接件4均为100号特制槽钢。

两榀环带桁架间距为2.5米，连系构件5为直径800mm壁厚10mm钢管，连系钢管构件间距为3600mm。

六边形钢管混凝土巨柱的六边形外套钢管对边距离由8米变为6米，钢管壁厚由40mm变为16mm，内置圆形钢管直径由4米变为3米，钢管壁厚由30mm变为12mm，六边形外套钢管和圆形内钢管之间的连接加劲钢板厚度由20mm变为 10mm，六边形钢管混凝土巨柱管内混凝土采用由C80变为C40混凝土。

巨型斜支撑7设置在间距50米的两个双层环带桁架之间，设置在上下转换楼层的两个双层环带桁架的中间缝隙之中，底层巨型斜支撑7采用1800×900mm 的矩形钢管混凝土结构，钢管壁厚为,30mm，矩形钢管内灌注C 60混凝土。

双肢柱型的次框架柱8采用800×800劲性混凝土柱，内置600*300H型钢，劲性混凝土柱采用C35浇筑。次框架梁9采用H型钢钢梁结构，楼板采用压型钢板混凝土现浇楼面结构。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的超高层建筑巨型框架不包括次框架梁。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的波形钢腹板上的蜂窝通孔为正五边形通孔。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的环带桁架由三榀环带桁架通过若干连系构件5刚性连接形成三层环带桁架。

上述仅为本实用新型的四个具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种环带桁架，包括有上弦杆、下弦杆及波形钢腹板，其特征在于：所述上弦杆采用钢管混凝土上弦杆，下弦杆采用预应力钢管混凝土芯棒，波形钢腹板上、下端分别与上弦杆、下弦杆刚性连接，形成一榀环带桁架，波形钢腹板上等间隔开设有若干蜂窝通孔。

2.如权利要求1所述的一种环带桁架，其特征在于：所述钢管混凝土上弦杆包括中空钢管及紧密填充于中空钢管内的固化混凝土块。

3.如权利要求1或2所述的一种环带桁架，其特征在于：所述预应力钢管混凝土芯棒包括中空钢管、穿设于中空钢管内并均匀布置的若干预应力钢筋及紧密填充于中空钢管与预应力钢筋之间的固化混凝土块。

4.如权利要求1所述的一种环带桁架，其特征在于：所述蜂窝通孔为正六边形孔。

5.如权利要求1所述的一种环带桁架，其特征在于：所述波形钢腹板上、下端分别通过槽钢连接件与上弦杆、下弦杆刚性连接。

6.如权利要求1或5所述的一种环带桁架，其特征在于：两榀环带桁架通过若干连系构件刚性连接形成双层环带桁架。

7.一种超高层建筑巨型框架，其特征在于：包括两巨型框架柱、若干如权利要求6所述的双层环带桁架及巨型斜支撑，若干双层环带桁架上下间隔布置于两巨型框架柱之间，双层环带桁架两端分别与两侧的巨型框架柱刚性连接，巨型斜支撑设置于上下转换楼层的两个双层环带桁架之间，双层环带桁架上还连接有次框架柱，巨型斜支撑设置于双层环带桁架的两榀环带桁架之间缝隙中。

8.如权利要求7所述的一种超高层建筑巨型框架，其特征在于：所述次框架柱采用双肢柱型次框架柱，巨型斜支撑不凸出设置于次框架柱的双肢柱之间。

9.如权利要求7或8所述的一种超高层建筑巨型框架，其特征在于：还包括有次框架梁，次框架梁刚性连接于次框架柱上。

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