CN213448872U - 一种分叉柱结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分叉柱结构，包括：伞骨形构件；主枝构件，该主枝构件包括交汇于伞骨形构件上的第一主枝构件和第二主枝构件；第一主枝构件和第二主枝构件从伞骨形构件处向上延伸并向外散开；第一主枝构件和第二主枝构件间隔布置；第二主枝构件上设有分叉结构，该分叉结构的端部与第一主枝构件的端部连接形成分叉柱结构的外轮廓；分枝构件，第一主枝构件和第二主枝构件上设有若干个分段节点，依次连接相邻主枝构件上位于同一高度的对应分段点形成分枝构件；环向构件，依次连接第二主枝构件上位于同一高度的对应分段点形成环向构件并且第二主枝构件的分叉点处布置有环向构件。与现有技术相比，本实用新型具有传力合理、节点造价低等优点。

Description

一种分叉柱结构

技术领域

本实用新型涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种分叉柱结构。

背景技术

分叉柱是建筑中常用的柱子形式，单根柱子在上部分叉为多根构件，为楼(屋)盖结构提供多个支点，增大单根柱子的支承范围。分叉柱有效减少建筑内柱子数量，创造出更加宽敞通透的建筑空间。自然界中的树形是经过多年自然选择的天然的分叉柱，仿照树形设计的分叉柱应用了仿生学的原理，其传力路径短，力学性能优越，建筑观感亲切自然，广泛应用于体育、交通、会展等需要大面积开敞空间的公共建筑中。

自然界的树形多种多样，为设计师提供了充足的素材。树形柱与周边环境良好地融合在一起，避免开放空间内出现竖向支承构件的违和感和突兀感，往往成为建筑的设计亮点。

树状分叉柱是利用结构构件表现建筑理念的代表之一，需要建筑师与结构师的密切配合。目前还没有设计出满足受力要求的、结构稳定的树状分叉柱。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种分叉柱结构，以解决目前的树状分叉柱无法满足结构受力要求，整体稳定性不佳的问题；本实用新型的树状分叉柱的结构造型优美，风格鲜明，结构主次分明，刚度和稳定性良好，分叉数目众多，可以为其上的楼(屋)盖结构提供充裕的支承点位和支承范围。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种分叉柱结构，包括：

伞骨形构件；

主枝构件，该主枝构件包括交汇于所述伞骨形构件上的第一主枝构件和第二主枝构件；所述第一主枝构件和第二主枝构件从所述伞骨形构件处向上延伸，并且在伞骨形构件的上方以所述伞骨形构件的中心轴线为基准向外散开；所述第一主枝构件和第二主枝构件间隔布置；所述第二主枝构件上设有分叉结构，该分叉结构的端部与所述第一主枝构件的端部连接从而形成所述分叉柱结构的外轮廓；

分枝构件，所述第一主枝构件和第二主枝构件上设有若干个分段节点，依次连接相邻主枝构件上位于同一高度的对应分段点形成分枝构件；

环向构件，依次连接所述第二主枝构件上位于同一高度的对应分段点形成环向构件并且第二主枝构件的分叉点处布置有所述环向构件。

树状分叉柱是利用结构构件表现建筑理念的代表之一，需要建筑师与结构师的密切配合。从结构角度，树状分叉柱的设计主要关注以下方面：(1)树枝形态和截面满足结构受力要求；(2)树形柱底部和顶部连接形式需要保证其整体稳定性；(3)树状分叉柱的节点满足力流传递的要求。

本实用新型的树状分叉柱中，主枝构件类似树的主要枝条，作为主要传力构件承受压弯作用；分枝构件类似主要枝条的分枝，可以为主枝构件提供侧向支承，并将多根主枝构件的连系起来，增加整个树状柱的整体性和稳定性；第二主枝构件分叉点处的环向构件将所有主枝构件连接起来，利用环箍作用限制树状柱顶部的变形，提高整个树状柱的竖向刚度。

进一步地，所述第二主枝构件包括整体件和与所述整体段连接的两个分枝件，所述第一主枝构件的分段节点的个数为所述第二主枝构件的整体件和单根的分枝件的分段节点的个数之和。

进一步地，在所述第二主枝构件的分叉点和第二主枝构件与伞骨形构件的连接点之间布置一道或多道环向构件，具体的设置数目可根据树状分叉柱高度和受力特性确定。

本实用新型进一步解决了但当汇交杆件数目较多时，铸钢节点尺寸过大，节点重量大，造价昂贵，为安装和运输都带来困难的问题。

进一步地，所述该伞骨形构件为上大下小的筒状结构，所述第一主枝构件的贴合固定于所述伞骨形构件的外表面，各个第一主枝构件在所述伞骨形构件的小端处交汇并且所述伞骨形构件的小端和第一主枝构件通过铸钢节点连接；所述第二主枝构件在所述伞骨形构件的大端处交汇并固定连接为一体；所述伞骨形钩件内部设有内部隔板，固定为一体后的第二主枝构件与所述内部隔板固定连接。

进一步地，树状分叉柱的另一个设计难点在于分叉节点的处理。分叉节点处多根杆件汇交，既要保证节点的传力能力，又需满足建筑美观性的要求，同时要减小节点加工、运输和安装难度，尽可能降低造价。本实用新型的树状分叉柱涉及多个节点汇交的情况，通过伞骨形构件实现钢构件分批汇交，与现有连接节点相比，伞骨形构件减小了汇交处铸钢节点的尺寸和重量，降低节点加工和安装难度，减少节点造价。

进一步地，所述内部隔板位于所述伞骨形钩件的大端处的端面结构与所述第二主枝构件位于所述伞骨形钩件的大端处的端面结构相同；所述内部隔板的侧边固定于所述伞骨形钩件的内表面上。

进一步地，所述第一主枝构件的上部为弧形结构，位于所述铸钢节点以下的第一主枝构件平滑过渡为竖直的矩形管，各个竖直的矩形管之间采用角焊缝焊接，保证了竖直柱子的整体性。

进一步地，所述第二主枝构件为弧形结构，位于伞骨形构件的大端处的各个第二主枝构件的切线相互平行。

进一步地，所述第一主枝构件为圆形管状构件，位于所述铸钢节点以下的相邻第一主枝构件相切；

或

所述第一主枝构件为矩形管状构，位于所述铸钢节点以下的相邻第一主枝构件的角部相接。

进一步地，所述第二主枝构件为圆形管状构件，在所述伞骨形构件的大端处交汇的第二主枝构件相切；

或

所述第二主枝构件为矩形管状构，在所述伞骨形构件的大端处交汇的第二主枝构件的角部相接。

进一步地，所述分枝构件采用截面为圆形或矩形的管状构件、或者截面为矩形的板状构件；位于最上方的环向构件采用截面为圆形或矩形的管状构件或实心钢棒，位于最下方的环向构件采用截面为圆形或矩形的管状构件。

进一步地，所述分枝构件与所述主枝构件的连接点靠近所述主枝构件的外侧表面，所述环向构件与所述主枝构件的连接点靠近所述主枝构件的内侧表面。

进一步地，分枝构件的截面尺寸小于主枝构件的截面尺寸。

进一步地，所述主枝构件的上端与屋盖固定铰接，下端与基座刚接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供了一种树形分叉柱，其应用仿生学原理，使支承柱形态犹如棕榈树，与建筑空间融为一体。结构构件同时兼具建筑意象的表达作用，建筑结构一体化；

(2)本实用新型树状柱在力学性能上主次分明，主枝构件作为主要的传力构件，分枝构件将主枝构件连接起来，保证各个主枝的协同工作性能，加强了结构的整体性，使结构具有良好的强度、刚度和稳定性。

(3)柱顶环向构件通过自平衡的环箍作用对主枝构件起到水平约束作用，提高整个结构的刚度。

(4)本实用新型通过伞骨形构件实现多根构件的分级汇交，解决了多根构件汇交处节点过大过重，造价昂贵的问题。

(5)伞骨形构件与整个树形分叉柱形态协调统一，避免汇交节点对建筑效果的影响。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的分解结构示意图；

图3为本实用新型的俯视结构示意图；

图4为本实用新型的结构示意图；

图5为本实用新型的伞骨形节点局部轴测图；

图6为本实用新型的伞骨形构件内部隔板布置图；

图7为第一主枝构件的竖直柱段的截面平面示意图；

图中，1为主枝构件，11为第一主枝构件，12为第二主枝构件，2为竖直柱段，3为分枝构件，4为伞骨形构件，41为内部隔板，42为外表面板件，5为角焊缝，6为铸钢节点，7为环向构件，71为顶部环向构件，72为中部环向构件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

一种树形分叉柱结构，其体系构成如图1和图2所示，包括主枝构件1、分枝构件3和环向构件7，各个构件之间通过连接节点。沿径向布置的主枝构件1共12根，可分为2类，分别为第一主枝构件11和第二主枝构件12，第二主枝构件12在上部分叉为2根构件，第一主枝构件11上部不分叉，两种主枝构件间隔布置。以伞状构件顶部标高为界，其上的第一主枝构件11均分为15段，第二主枝构件12分叉前构件分为9段，分叉后单根构件分为6段。依次连接相邻第一主枝构件11和第二主枝构件12的对应分段点，形成沿环向布置的分枝构件3；依次连接相邻第二主枝构件12分叉点位置的分段点形成顶部环向构件71，依次连接相邻第二主枝构件12自下端起第4个分段点形成中部环向构件72，如图2～图4所示。

根据建筑效果要求，主枝构件1采用高度400mm，宽度150mm的矩形钢管，分枝构件3采用直径90mm的热轧无缝圆钢管，顶部环向构件71只承受拉力，采用实心的等强合金钢钢拉杆，中部环向构件72承受压力，采用热轧无缝圆钢管。其中分枝构件3贴合主枝构件1外表面布置，环向构件贴合主枝构件1内表面布置，2根环向构件的根部隐藏于分枝构件3之内，不与分枝构件3冲突，且对树形分叉柱观感影响极小，但有效提高整个柱子的力学性能。

第二主枝构件12下端通过伞骨形构件4汇交为一体，伞骨形构件4上端为第二主枝构件12矩形管内角相接处，因此伞骨形顶板平面直径约1.06m。伞骨形构件4高度为3m，由上至下断面逐渐缩小，始终保持在6根第一主枝构件11的内部，伞骨形构件4包括外部的外表面板件42以及内部与第二主枝构件12端面结构匹配的内部隔板41。伞骨形构件4下端与第一主枝构件11通过铸钢节点6连为一体，保证力流的顺利传递，如图5、图6所示。第二主枝构件12在伞骨形构件4上端汇交，第一主枝构件11在伞骨形构件4下端汇交，多根主枝构件通过伞骨形构件4实现2级汇交，使得汇交的主枝构件数目减少为常规汇交节点的一半，降低汇交处铸钢节点6尺寸。施工时先安装铸钢件，而后为伞骨形构件4，再安装主枝构件，最后安装环向构件分枝构件3。伞骨形构件4的应用降低了施工安装的难度和节点造价。

第一主枝构件11在铸钢节点6以下平滑过渡为竖直的矩形管形成竖直柱段2，单根构件截面外轮廓不变，保证整个树状分叉柱外观的整体性。竖直矩形管之间采用角焊缝5焊接，加强6根矩形管之间的受力的整体性，提高其整体稳定性，如图7所示。

本实施例用于岭南地区，树形分叉柱造型优美，形似岭南地区阔叶棕榈树，在建筑中注入了地域特征，增强建筑与环境的融合度，成为整个建筑的亮点。结构上主次分明，力学性能良好，满足屋盖结构对支承范围的要求。

在与现有技术相比，本实用新型具有造型美观，传力合理等优点，结构主次分明，刚度和稳定性良好，分叉数目众多，可以为其上的楼(屋)盖结构提供充裕的支承点位和支承范围；另外，本实施例的树状分叉柱涉及多个节点汇交的情况，通过伞骨形构件4实现钢构件分批汇交，与现有连接节点相比，伞骨形构件4减小了汇交处铸钢节点6的尺寸和重量，降低节点加工和安装难度，减少节点造价。

实施例2

本实施例的主体结构与实施例1相同，不同之处在于本实施例中主枝构件1、分枝构件3以及环形构件7的结构形状不同，本实施例中，主枝构件1采用截面为圆形的管状构件，即圆形钢管；分枝构件3采用截面为矩形的矩形板状构件；环向构件7中顶部环向构件71采用截面为矩形的管状构件，靠近底部的中部环向构件72采用截面为矩形的管状构件。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种分叉柱结构，其特征在于，包括：

伞骨形构件(4)；

主枝构件(1)，该主枝构件(1)包括汇交于所述伞骨形构件(4)上的第一主枝构件(11)和第二主枝构件(12)；所述第一主枝构件(11)和第二主枝构件(12)从所述伞骨形构件(4)处向上延伸，并且在伞骨形构件(4)的上方以所述伞骨形构件(4)的中心轴线为基准向外散开；所述第一主枝构件(11)和第二主枝构件(12)间隔布置；所述第二主枝构件(12)上设有分叉结构，该分叉结构的端部与所述第一主枝构件(11)的端部连接从而形成所述分叉柱结构的外轮廓；

分枝构件(3)，所述第一主枝构件(11)和第二主枝构件(12)上设有若干个分段节点，依次连接相邻主枝构件上位于同一高度的对应分段点形成分枝构件(3)；

环向构件(7)，依次连接所述第二主枝构件(12)上位于同一高度的对应分段点形成环向构件(7)，并且第二主枝构件(12)的分叉点处布置有所述环向构件(7)。

2.根据权利要求1所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述第二主枝构件(12)包括整体件和与所述整体件连接的两个分枝件，所述第一主枝构件(11)的分段节点的个数为所述第二主枝构件(12)的整体件和单根的分枝件的分段节点的个数之和。

3.根据权利要求1所述的一种分叉柱结构，其特征在于，在所述第二主枝构件(12)的分叉点和第二主枝构件(12)与伞骨形构件(4)的连接点之间布置一道或多道环向构件(7)。

4.根据权利要求2所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述伞骨形构件(4)为上大下小的筒状结构；所述第一主枝构件(11)的贴合固定于所述伞骨形构件(4)的外表面，各个第一主枝构件(11)在所述伞骨形构件(4)的小端处交汇并且所述伞骨形构件(4)的小端和第一主枝构件(11)通过铸钢节点(6)连接；所述第二主枝构件(12)在所述伞骨形构件(4)的大端处交汇并固定连接为一体；所述伞骨形构件内部设有内部隔板(41)，固定为一体后的第二主枝构件(12)与所述内部隔板(41)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述内部隔板(41) 位于所述伞骨形构件的大端处的端面结构与所述第二主枝构件(12)位于所述伞骨形构件的大端处的端面结构相同；所述内部隔板(41)的侧边固定于所述伞骨形构件的内表面上。

6.根据权利要求4所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述第一主枝构件(11)的上部为弧形结构，位于所述铸钢节点(6)以下的第一主枝构件(11)平滑过渡为竖直的矩形管，各个竖直的矩形管之间采用角焊缝(5)焊接。

7.根据权利要求4所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述第二主枝构件(12)为弧形结构，位于伞骨形构件(4)的大端处的各个第二主枝构件(12)的切线相互平行。

8.根据权利要求4所述的一种分叉柱结构，其特征在于，

所述第一主枝构件(11)为圆形管状构件，位于所述铸钢节点(6)以下的相邻第一主枝构件(11)相切；或所述第一主枝构件(11)为矩形管状构，位于所述铸钢节点(6)以下的相邻第一主枝构件(11)的角部相接；

和/或

所述第二主枝构件(12)为圆形管状构件，在所述伞骨形构件(4)的大端处交汇的第二主枝构件(12)相切；或所述第二主枝构件(12)为矩形管状构，在所述伞骨形构件(4)的大端处交汇的第二主枝构件(12)的角部相接。

9.根据权利要求1所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述分枝构件(3)采用截面为圆形或矩形的管状构件、或者截面为矩形的板状构件；位于最上方的环向构件(7)采用截面为圆形或矩形的管状构件或实心钢棒，位于最下方的环向构件(7)采用截面为圆形或矩形的管状构件。

10.根据权利要求1所述的一种分叉柱结构，其特征在于，所述分枝构件(3)与所述主枝构件(1)的连接点靠近所述主枝构件(1)的外侧表面，所述环向构件(7)与所述主枝构件(1)的连接点靠近所述主枝构件(1)的内侧表面。

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