CN107476438B - 一种可修复式超高层结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可修复式超高层结构及施工方法，所述可修复式超高层结构包括，位于结构下部或中下部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、多腔钢管混凝土剪力墙或多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和连梁形成的内筒；位于结构中上部或上部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、内框架柱和内框架梁形成的内框架；所述内框架柱之间设置有支撑或耗能件。本发明的结构整体承载力大、延性好、耗能能力强。在地震中只需要更换少数耗能支撑/墙板即可继续使用，具有再生的功能。尤其适用于超高层建筑中。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高层结构形式及其施工方法，特别是一种在遭受地震灾害后可修复的超高层结构形式及施工方法，属于建筑工程超高层结构技术领域。
背景技术
我国超高层建筑物不断增多，据不完全统计，超过500m以上在建或计划建设的建筑物多达40多栋。
传统的超高层结构体系通常为核心筒+外框，其核心筒通常为钢筋混凝土剪力墙或钢骨钢筋混凝土剪力墙，外框为钢筋混凝土柱或钢骨混凝土柱，具有耗能差、工期长等不足，大震、巨震之后可能需要重新拆除重建，固体垃圾难以处理，是巨大的污染源。
建筑工业化是国家建设发展的重点，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》(2016年2月6日)明确指出“大力推广装配式建筑”、“鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。”、“加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％。
我国同时是一个多地震发生的国家，地震灾害是造成我国居民伤亡灾害最多的自然灾害，其中巨震灾害造成的人员伤亡、财产损失是地震灾害中的主要损失。汶川地震造成约8.7万人死亡或者失踪，约37.5万人受伤，由于目前的经济条件、技术水平、部门管理等限制，在抗震的实践中地震应对主要集中房屋结构抗震领域，这用于应对巨震灾害是远远不够的。即将代替GB18306-2001版本的《中国地震动参数区划图》征求意见稿(2012-4-9)已经引入极罕遇地震(下简称巨震)。
如何找到一种合适建筑工业化技术，及满足工业化建设要求，有能有效应对大震甚至巨震是超高层建筑物建筑工业化中所面临的挑战。
发明内容
为了实现超高层结构的工业化及有效应对极罕遇地震(巨震)，本发明提供了一种可修复式超高层结构及施工方法。
本发明的技术方案如下：
一种可修复式超高层结构，其特征在于：包括，
位于结构下部或中下部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、多腔钢管混凝土剪力墙或多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和连梁形成的内筒；
位于结构中上部或上部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、内框架柱和内框架梁形成的内框架；
所述内框架柱之间设置有支撑或耗能件。
优选地，所述内筒和所述外框架之间有伸臂桁架或/和伸臂梁。
优选地，所述外框架柱之间设置有腰桁架和/或帽桁架。
优选地，所述桁架或/和内框架的部分斜撑构件为屈曲约束支撑。
优选地，所述外框架柱为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土，或上述柱的组合；所述内框架柱为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土柱或上述柱的组合；所述外框架梁为钢梁、钢骨混凝土梁或钢-混凝土变刚度梁。
优选地，所述次框架与所述外框架之间设置有隔震支座。
具体地，所述次框架的框架柱为钢柱、钢管钢筋混凝土柱或多腔钢管钢筋混凝土柱。
上述的可修复式超高层结构的施工方法，其特征在于，步骤如下，
1)施工外框架柱及内筒的基础,
2)施工内筒的多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和连梁，
3)施工外框架柱和外框架梁；
4)施工外框架和内筒之间的梁或伸臂桁架；
5)施工楼板；
6)重复步骤2～5步至下部结构完成；
7)施工中上部内筒的内框架柱和内框架梁；
8)施工中上部的外框架和外框架梁；
9)施工中上部的外框架和内框架之间的梁或伸臂桁架；
10)施工中上部的楼板；
11)重复步骤7～10步至顶层；
12)如果有伸臂桁架，内外筒变形稳定之后，固定伸臂桁架。
采用本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
1.提高建筑物整体应对巨震的能力。本结构采用耗能支撑/或耗能墙板为第一道抗震防线，连梁/梁作为第二道抗震防线，墙/柱作为第三道防线。结构整体承载力大、延性好、耗能能力强。在地震中只需要更换少数耗能支撑/墙板即可继续使用，具有再生的功能。
2.提高施工速度，减少建筑垃圾，实现绿色环保施工，本申请所述超高层建筑结构的墙内、梁、板均可实现无传统式钢模或木模板施工，现场可减少施工废弃物达到50％以上，另外，本申请中的梁、柱及墙体中的部分构件可在工厂预制后，在施工现场组装，这样可以大大提升工期和施工质量。
3.房屋抗倒塌能力大幅度提高，本申请中提及的超高层建筑结构形式充分发挥了钢筋混凝土与钢各自的优势，多腔钢管钢筋混凝土墙为对混凝土约束，大大提升竖向承载力、水平承载力和延性，较普通的钢筋混凝土房屋抗震性能大幅度提高，使得房屋在地震中不易倒塌。
4.良好的防火性能，钢管钢筋混凝土柱抗火性能远优于普通的钢结构，为人员在火灾中逃生提供良好的条件，尤其对地震伴有火灾发生有着特殊的优势，可以减少有效减少地震、火灾耦合作用下的人员的伤害和财产损失。
附图说明
图1为本发明结构体系下部平面图一；
图2为本发明结构体系中上部平面图二；
图3为本发明结构体系下部平面图二；
图4为外框立面一；
图5为外框立面二——带斜撑；
图6为外框立面三——带桁架；
图7为内筒立面图一；
图8为内筒立面图二；
图9为本发明结构体系立面图；
图10为核心筒受力墙板立面示意图；
图11为图10中A-A剖视图；
图12为多腔钢管钢筋混凝土剪力墙的柱与面外约束钢板墙连接示意图；
图13为中上部框架部分设置支撑/防屈曲支撑立面示意图；
图14为图13的B-B剖视图；
图15为耗能墙板的一种实施方式；
图16为耗能墙板的第二种实施方式；
图17为多腔钢管钢筋混凝土剪力墙柱内设置加强斜筋；
图18为带加劲肋的多腔钢管钢筋混凝土剪力墙；
图19为外框架由斜柱和梁形成的一种实施方式；
图20为外框架为斜柱、梁和柱形成的另一种实施方式；
图21为内筒一种实施方式；
图22为内筒另一种实施方式；
图23为内筒第一种实施方式。
附图说明：
图中，1-多腔钢管钢筋混凝土剪力墙；2-外框架柱；3-次框架柱；4-外框架梁；5-连梁；6-斜撑；7-桁架；8-内框架柱；9-内框架梁；10-耗能墙板；11-伸臂桁架；12-支撑/防屈曲支撑；13-伸臂梁；14-钢管钢筋混凝土柱；15-面外约束钢筋混凝土板；16-钢板；17-连接板；18-上钢梁；19-下钢梁；20-螺栓；21-连接螺栓；22-墙内支撑/防屈曲支撑；23-防屈曲支撑外约束；24-防屈曲支撑内核心钢板/支撑钢板；25-墙上洞口；26-耗能构件；27-耗能材料；28-外钢板；29-混凝土；30-受力钢筋；31-斜向增强钢筋；32-墙钢板；33-斜向加劲肋；34-斜柱、35-斜梁、36-直柱；37-墙体；38-中柱；39-中梁；40-斜撑；41-上梁；42-上柱；43-基础。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
首先说明：本申请中提及的结果位置概念如下定义，下部：<50％H，中下部：<75％H，上部:>50％H，中上部：>25％H，中部：25％H～75％H，H指整个结构的整体高度，具体结构设计时，根据实际结构设计需求，在上述范围内选择某个点或区段即可。
请结合如图1-图9所示，一种可修复式超高层结构，包括位于结构下部或中下部的外框架和内筒，外框架包括外框架柱2和外框架梁4，外框架柱2之间设置有桁架7，内筒由多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和/或多腔钢管混凝土剪力墙和连梁5形成；以及位于结构中上部或上部的外框架和内框架；内框架包括内框架柱8和内框架梁9，内框架柱8之间设置有耗能墙板10、斜撑6，多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和/或多腔钢管混凝土剪力墙内设置有支撑/防屈曲支撑12，其详图参见图15及图16，参见图9外框架和内筒之间通过伸臂桁架11。具体实施时，下部的外框架内设置有次框架，次框架由次框架柱3和次框架梁(次框架梁平面图图1和图3中未示出)组成；具体实施时，参见图5，外框架柱2之间设置有斜撑6。参见图8，内框架柱8也可以设置斜撑6。外框架柱2可以为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土，或上述柱的组合。内框架柱8为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土柱或上述柱的组合。外框架梁为钢梁、钢骨混凝土梁或钢-混凝土变刚度梁。
多腔钢管钢筋混凝土剪力墙的受力墙板与钢管钢筋混凝土柱14及上钢梁18、下钢梁19(上钢梁18和下钢梁19即为连梁)详图参见图10至12，图10为核心筒(多腔钢管钢筋混凝土剪力墙)受力墙板立面示意图，图11为图10中A-A剖视图；从图中可以看出，多腔钢管钢筋混凝土剪力墙的面外约束钢筋混凝土板15和钢板16被限制在钢管钢筋混凝土柱14及上钢梁18和下钢梁19形成的空间，面外约束钢筋混凝土板15和钢板16通过螺栓20固定为一体，钢板16通过连接板17与上钢梁18(图11给出的为与上钢梁18的连接示意图，钢板16与下钢梁19也是通过连接板17连接)连接，钢板16与连接板17通过连接螺栓21连接。图12显示，钢管钢筋混凝土柱14与钢板16也是通过连接板17连接。
图13和图14是中上部框架内设置有支撑或防屈曲支撑时的连接示意图，与图10至图12所示一样，多腔钢管钢筋混凝土剪力墙的面外约束钢筋混凝土板15和钢板16被限制在钢管钢筋混凝土柱14及上钢梁18和下钢梁19形成的空间，面外约束钢筋混凝土板15外设置有墙内支撑/防屈曲支撑22，墙内的防屈曲支撑包括防屈曲支撑外约束23和防屈曲支撑内核心钢板/支撑钢板24，防屈曲支撑内核心钢板/支撑钢板24通过连接板17与上钢梁18和下钢梁19(图14给出的为与上钢梁18的连接示意图，防屈曲支撑内核心钢板/支撑钢板24与下钢梁19也是通过连接板17连接)连接，防屈曲支撑内核心钢板/支撑钢板24和连接板17通过连接螺栓21连接。
多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和/或多腔钢管混凝土剪力墙内设置有支撑/防屈曲支撑12，其详图参见图15及图16两种典型的结构形式，多腔钢管钢筋混凝土剪力墙1(多腔钢管混凝土剪力墙)墙体内开设有墙上洞口25，墙上洞口25内填充有耗能构件26或耗能材料27。
图17为多腔钢管钢筋混凝土剪力墙柱内设置加强斜筋的情况，多腔钢管钢筋混凝土剪力墙柱包括外钢板28、混凝土29和受力钢筋30，为了加强为多腔钢管钢筋混凝土剪力墙柱的抗剪能力，在多腔钢管钢筋混凝土剪力墙柱内设置了斜向增强钢筋31。
图18是多腔钢管钢筋混凝土剪力墙内设置有斜向加劲肋的情况，斜向加劲肋33设置在墙钢板32外侧，斜向加劲肋33可以为一只或者两只交叉设置。
图19和图20分别为两种外框架的特殊形式，其中图19中外框架由斜柱34和斜梁35组成；图20中的外框架由直柱36、斜柱34和斜梁35组成。
除了上述列举的实施方式外，内筒结构还有可能做如图21至图23形式的变通，其中，图21的内筒结构为，下部由墙体37组成，所述墙体37为多腔钢管混凝土剪力墙，中部由中柱38，中梁39和斜撑40组成，中柱为钢管钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱；上部由上梁41和上柱42组成，形成下部为多腔钢管墙、上部为钢管柱与支撑框架的组合，局部为纯框架的内筒结构。图22的内筒结构与图21不同的是，所述墙体37局部为外包的钢筋混凝土或混凝土多腔钢管混凝土剪力墙，形成下部为多腔钢管墙、上部为钢管柱与支撑框架的组合，局部为外包的钢筋混凝土或混凝土多腔钢管混凝土剪力墙，局部为纯框架的内筒结构，另外，图22中示出了基础43，图21中也有基础只是未示出而已。图23中与图22的区别在于只有局部为外包的钢筋混凝土或混凝土多腔钢管混凝土剪力墙而未设置局部的纯框架。
当多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和/或多腔钢管混凝土剪力墙内设置有支撑或/和耗能构件时，至少有一个为耗能支撑或者耗能墙板。
在具体实施时，耗能墙板为钢筋混凝土墙板、钢板、面外约束钢板剪力墙墙板、钢-钢筋混凝土组合墙板。
核心筒与外框与楼板、基础共同组成再生式无模板超高层建筑结构体系。
在具体实施时，伸臂桁架、外框斜撑中可以有一个以上的耗能支撑。
当设置有次框架时，次框架柱可以为钢柱、钢管钢筋混凝土柱，钢管混凝土柱，外框的次框架柱支撑或者悬挂在外框的腰桁架上，次框架与主体结构之间可增加隔震支座。
在具体实施时，本申请中提及的超高层结构的楼板可以选用预制钢筋混凝土楼板、预制预应力楼板、或者钢筋桁架楼板，或者压型钢板现浇钢筋混凝土楼板或者现浇混凝土楼板，楼板填充的混凝土可以为普通混凝土，也可以为再生混凝土，或者高粉煤灰混凝土。
在具体实施时，本申请中提及的超高层结构的基础为钢筋混凝土基础，钢筋混凝土基础为独立基础、筏板基础、梁式基础、箱型基础、桩基础、桩筏基础。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本发明的保护范围仍以所附权利要求限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种可修复式超高层结构，其特征在于：包括，
位于结构下部或中下部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、多腔钢管混凝土剪力墙或多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和连梁形成的内筒；
位于结构中上部或上部的外框架柱和外框架梁或桁架形成的外框架、内框架柱和内框架梁形成的内框架；
所述内框架柱之间设置有支撑或耗能件；
所述内框架的部分斜撑构件为屈曲约束支撑。
2.根据权利要求1所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述内筒和所述外框架之间有伸臂桁架或/和伸臂梁。
3.根据权利要求1所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述外框架柱之间设置有腰桁架和/或帽桁架；所述外框架梁为钢梁、钢骨混凝土梁或钢-混凝土变刚度梁。
4.根据权利要求1所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述外框架柱为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土，或上述柱的组合；所述内框架柱为钢管混凝土柱、单腔钢管钢筋混凝土柱、多腔钢管钢筋混凝土柱或上述柱的组合。
5.根据权利要求1所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述下部和/或中上部的外框架之间设置有次框架。
6.根据权利要求5所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述次框架与所述外框架之间设置有隔震支座。
7.根据权利要求5或6所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述次框架的框架柱为钢柱、钢管钢筋混凝土柱或多腔钢管钢筋混凝土柱。
8.根据权利要求5或6所述的可修复式超高层结构，其特征在于：所述外框架的框架梁为钢梁、钢骨混凝土梁或钢-混凝土变刚度梁。
9.根据权利要求1至8任一项所述的可修复式超高层结构的施工方法，其特征在于，步骤如下，
1)施工外框架柱及内筒的基础,
2)施工内筒的多腔钢管钢筋混凝土剪力墙和连梁，
3)施工外框架柱和外框架梁；
4)施工外框架和内筒之间的梁或伸臂桁架；
5)施工楼板；
6)重复步骤2～5步至下部结构完成；
7)施工中上部内筒的内框架柱和内框架梁；
8)施工中上部的外框架和外框架梁；
9)施工中上部的外框架和内框架之间的梁或伸臂桁架；
10)施工中上部的楼板；
11)重复步骤7～10步至顶层；
12)如果有伸臂桁架，内外筒变形稳定之后，固定伸臂桁架。
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