CN115522636A - 一种超高层钢结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑结构技术领域，公开了一种超高层钢结构体系，包括重力式框架结构、偏心支撑框架和巨型框架巨型斜撑结构。重力式框架结构布置在巨型框架巨型斜撑结构的一侧；重力式框架结构包括重力式框架柱和重力式框架梁，相邻两个重力式框架柱之间铰接有重力式框架梁；巨型框架巨型斜撑结构具有与重力式框架结构连接的交界面、偏离重力式框架结构的外侧面，外侧面上布置有若干巨柱，巨柱之间连接有巨型斜撑，偏心支撑框架布置在交界面上。全钢结构无钢筋混凝土核心筒，可以减少传统建筑材料的运用和垃圾的产生，减少对环境的污染；巨型框架巨型斜撑结构的巨柱加上巨型斜撑可以形成完整的可使用大空间，提高建筑物的使用率。

Description

一种超高层钢结构体系
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，特别是涉及一种超高层钢结构体系。
背景技术
现代高层钢结构是一个国家经济繁荣、科技进步的重要标志，超高层钢结构在国外发展较早，结构类型包括钢框架－支撑体系形成筒中筒、钢框架交叉斜撑结构体系(对角化外筒结构体系)等。国内全钢结构超高层发展较晚，大多数超高层为钢与钢筋混凝土的混合结构(钢筋混凝土核心内筒+钢管混凝土外框柱)。
如授权公告号为CN206245482U的专利公开了一种超高层钢结构巨型框架建筑结构，包括主结构以及设置在主结构上的次结构，的主结构包括核心筒以及设置在核心筒外部的钢结构巨型框架，该钢结构巨型框架包括多个布设在核心筒外部的巨柱以及将多个巨柱连接在一起的环带桁架，所述的巨柱为钢管混凝土巨柱，的次结构包括多个设置在主结构上的楼盖以及设置在相邻的两个楼盖之间的重力柱。的楼盖沿水平方向设置，多个楼盖沿竖直方向布设在主结构上。楼盖贯穿核心筒，并向外延伸，将巨柱与核心筒连接在一起。
上述的超高层钢结构巨型框架建筑结构采用核心筒加框架结构，随着建筑工业化的高度发展，超高层全钢结构建筑应用将越来越广泛；建筑风格也越来越向大柱距、大空间等方向发展，上述传统的超高层结构体系的核心筒会占用大量的建筑空间，并且核心筒通常为钢筋混凝土结构，建筑垃圾多，对环境污染大，已不能满足发展的需求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种超高层钢结构体系，以解决现有技术中的核心筒加框架结构的核心筒占用大量的建筑空间，建筑垃圾多，对环境污染大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种超高层钢结构体系，包括重力式框架结构、偏心支撑框架和巨型框架巨型斜撑结构，所述重力式框架结构布置在所述巨型框架巨型斜撑结构的一侧并用于形成竖向交通区域，所述巨型框架巨型斜撑结构用于形成办公区域，所述偏心支撑框架连接在所述重力式框架结构与所述巨型框架巨型斜撑结构之间；
所述重力式框架结构包括若干个重力式框架柱和若干个重力式框架梁，各所述重力式框架柱间隔布置，相邻的两个所述重力式框架柱之间连接有所述重力式框架梁，所述重力式框架柱与所述重力式框架柱绕竖向轴线铰接；
所述巨型框架巨型斜撑结构具有与所述重力式框架结构连接的交界面、偏离所述重力式框架结构的外侧面，所述交界面以及各所述外侧面上均布置有若干个巨柱，同一所述外侧面的相邻的所述巨柱之间连接有巨型斜撑，所述偏心支撑框架布置在所述交界面上。
优选地，所述巨型框架巨型斜撑结构还包括抗弯框架柱和抗弯框架梁，所述抗弯框架柱离散布置在办公区域内，相邻的所述巨柱之间布置有所述抗弯框架柱，相邻的两个所述抗弯框架柱之间、相邻的所述抗弯框架柱与所述巨柱之间均连接有所述抗弯框架梁。
优选地，所述巨型斜撑布置在所述抗弯框架梁、所述抗弯框架柱以及所述带状桁架所在竖直面的外侧。
优选地，所述偏心支撑框架包括支撑框架柱、支撑框架梁和偏心支撑，相邻的所述支撑框架柱之间、所述支撑框架柱与所述巨柱之间均连接有所述支撑框架梁，所述支撑框架柱与所述重力式框架柱之间连接有所述支撑框架梁，所述偏心支撑连接在所述支撑框架柱与所述支撑框架梁之间。
优选地，所述偏心支撑框架的耗能梁下具有供机电管道通过的布置空间。
优选地，所述巨柱上还设置有带状桁架，所述带状桁架水平连接在各所述巨柱之间并布置在所述外侧面上。
优选地，所述带状桁架竖向间隔布置有若干个，相邻两个所述带状桁架之间的竖向间隔为130－170m。
优选地，所述巨柱布置在所述外侧面的边缘处，相邻两个所述外侧面上的相互靠近的所述巨柱之间连接有巨柱间梁。
优选地，相邻的两个所述外侧面的相互靠近的所述巨柱之间的间距为30－50m。
本发明实施例一种超高层钢结构体系与现有技术相比，其有益效果在于：重力式框架结构和巨型框架巨型斜撑结构均为钢结构，无钢筋混凝土核心筒，可以最大限度地减少石灰、水泥、砂石等传统建筑材料的运用，同时钢材可以回收利用，减少建筑垃圾的产生，减少对环境的污染，更为低碳环保，有利于资源的可持续发展；同时钢构件可以在工厂制作、现场安装，环境污染少；重力式框架结构布置在巨型框架巨型斜撑结构的一侧，巨型框架巨型斜撑结构的巨柱加上巨型斜撑可以形成完整的可使用大空间，提高建筑物的使用率。
重力式框架结构的重力式框架柱和重力式框架梁绕竖向轴线交接，其不承担水平力，只承担竖向力，不会增加钢结构体系的刚度，可以使钢结构的刚度偏心以及扭转效应最小化。
巨型框架巨型斜撑结构的巨柱上布置巨型斜撑，可以增加外侧面的侧向刚度，偏心支撑框架具有优良抗震延性，可以提供交界面的侧向刚度，从而在省略核心筒的前提下提高了钢结构体系的整体刚度。
附图说明
图1是本发明的超高层钢结构体系的结构示意图；
图2是图1的超高层钢结构体系的A－A剖面的结构示意图；
图3是图1的超高层钢结构体系的B－B剖面的结构示意图；
图4是图1的超高层钢结构体系的重力式框架结构的连接节点示意图；
图5是图1的超高层钢结构体系的偏心支撑框架的连接节点示意图；
图6是图1的超高层钢结构体系的巨型框架巨型斜撑结构的巨柱、巨型斜撑与抗弯框架梁的连接示意图；
图7是图1的超高层钢结构体系的巨型框架巨型斜撑结构的巨柱、巨型斜撑与带状桁架的连接示意图；
图8是图6与图7的C－C剖面的结构示意图。
图中，1、重力式框架柱；2、重力式框架梁；3、巨柱；4、巨型斜撑；5、带状桁架；6、抗弯框架柱；7、抗弯框架梁；8、偏心支撑框架；81、支撑框架柱；82、支撑框架梁；83、偏心支撑；9、机电管道；10、巨柱间梁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种超高层钢结构体系的优选实施例，如图1至图8所示，该超高层钢结构体系包括重力式框架结构、偏心支撑框架和巨型框架巨型斜撑结构，重力式框架结构和巨型框架巨型斜撑结构均为钢结构，使该超高层钢结构体系为全钢结构，无钢筋混凝土核心筒，可以最大限度地减少石灰、水泥、砂石等传统建筑材料的运用，节约能源、减少对环境的污染。
钢构件可以在工厂制作、现场安装，极大地提高了建造速度，同时环境污染小，符合国家绿色建造、装配式建造的方针政策。而且钢材可以回收利用，减少建筑垃圾的产生，在低碳环保方面具有得天独厚的优势，有利于资源的可持续发展，更为节能环保。
重力式框架结构布置在巨型框架巨型斜撑结构的一侧，重力式框架结构用于形成竖向交通区域，巨型框架巨型斜撑结构用于形成办公区域。竖向交通会占用超高层建筑物的面积，用于形成竖向交通区域的重力式框架结构完全布置在巨型框架巨型斜撑结构的一侧，其位于超高层建筑物的一侧，可以使巨型框架巨型斜撑结构形成完整的可使用办公空间，极大地提高了建筑物的使用率。
重力式框架结构包括若干个重力式框架柱1和若干个重力式框架梁2，重力式框架柱1竖直固定在地面基础上并且在水平面内呈离散型间隔布置，重力式框架柱1形成了重力式框架结构的支撑基础。相邻的两个重力式框架柱1之间均连接有重力式框架梁2，使重力式框架梁2和重力式框架柱1形成整体结构。
重力式框架梁2和重力式框架柱1采用铰接节点连接，重力式框架柱1与重力式框架柱1绕竖向轴线铰接。使重力式框架结构只承担竖向力，不承担水平力以及弯矩，不会增加重力式框架结构的刚度，可以使整个超高层钢结构体系的刚度偏心以及扭转效应最小化。
巨型框架巨型斜撑结构具有与重力式框架结构连接的交界面、偏离重力式框架结构的外侧面；如图1所示，在本实施例中，巨型框架巨型斜撑结构整体为长方体结构，其与重力式框架结构相连接的一面为交界面、另外三个面为外侧面，在其他实施例中，巨型框架巨型斜撑结构的水平投影也可以为六边形、八边形等结构。偏心支撑框架8布置在交界面上，偏心支撑框架8具有优良抗震延性，可以提供交界面的侧向刚度。
巨型框架巨型斜撑结构包括巨柱3和巨型斜撑4，交界面以及各外侧面上均布置有若干个巨柱3，巨柱3为巨型框架巨型斜撑结构的支撑基础，巨型斜撑4布置连接在相邻的巨柱3之间，巨柱3采用钢管混凝土柱，其在地震作用下有良好的延性，其较高的高度也有利于提高超高层钢结构体系的整体结构效率。
同一外侧面的相邻的巨柱3之间连接有巨型斜撑4，巨型斜撑4在外侧面上呈“V”形连续布置，巨型斜撑4可以增加各个外侧面的侧向刚度。
优选地，巨型框架巨型斜撑结构还包括抗弯框架柱6和抗弯框架梁7，抗弯框架柱6离散布置在办公区域内，相邻的巨柱3之间布置有抗弯框架柱6，相邻的两个抗弯框架柱6之间、相邻的抗弯框架柱6与巨柱3之间均连接有抗弯框架梁7。
抗弯框架梁7将巨柱3、抗弯框架柱6连接为整体，提高了巨型框架巨型斜撑结构的整体刚度。同时抗弯框架梁7和抗弯框架柱6组成普通的抗弯框架，其可同时承担竖向力、水平力和弯矩。减小框架梁的跨度，增加办公空间的净高。
在本实施例中，抗弯框架梁7布置在外侧面的相邻巨柱3之间以及办公区域的中部，办公区域内布置四个抗弯框架柱6，四个抗弯框架柱6呈矩形分布，每个外侧面上间隔布置两个抗弯框架柱6，连接抗弯框架柱6之间的抗弯框架梁7整体呈井字形分布。
优选地，巨型斜撑4布置在抗弯框架梁7、抗弯框架柱6以及带状桁架5所在竖直面的外侧。
抗弯框架、带状桁架5承受重力荷载，巨型斜撑4与抗弯框架、带状桁架5不在同一个平面内，可以避免重力荷载直接传递到巨型斜撑4中，结构传力明确。
优选地，偏心支撑框架8包括支撑框架柱81、支撑框架梁82和偏心支撑83，相邻的支撑框架柱81之间、支撑框架柱81与巨柱3之间均连接有支撑框架梁82，支撑框架柱81与重力式框架柱1之间连接有支撑框架梁82，偏心支撑83连接在支撑框架柱81与支撑框架梁82之间。
偏心支撑框架8具有优良抗震延性，可以提供交界面的侧向刚度。在本实施例中，交界面上共设置四根支撑框架柱81，中间的两个支撑框架柱81与抗弯框架柱6之间通过抗弯框架梁7连接，使偏心支撑框架8与抗弯框架连接为整体。
优选地，偏心支撑框架8的耗能梁下具有供机电管道9通过的布置空间。
布置空间使得机电管道9可从偏心支撑框架8的耗能梁下通过，很好地解决了重力式框架结构、巨型框架巨型斜撑结构与机电的协调。
优选地，巨柱3上还设置有带状桁架5，带状桁架5水平连接在各巨柱3之间并布置在外侧面上。
带状桁架5水平连接在各巨柱3之间并且布置在外侧面上，带状桁架5根据刚度需求进行设置，与巨型斜撑4配合用于增加巨型框架巨型斜撑结构的整体刚度，从而在省略核心筒的前提下提高了钢结构体系的整体刚度。
优选地，带状桁架5竖向间隔布置有若干个，相邻两个带状桁架5之间的竖向间隔为130－170m。
带状桁架5的数量以及相邻两个带状桁架5之间的间隔由楼层高度的刚度需求设置，相邻两个带状桁架5之间的竖向间隔为130－170m，满足超高层建筑的刚度需求。
优选地，巨柱3布置在外侧面的边缘处，相邻两个外侧面上的相互靠近的巨柱3之间连接有巨柱间梁10。
外侧面的边缘处即为超高层建筑的角部，超高层建筑的每个角部均会有两个巨柱3，即为相邻两个外侧面上的巨柱3，巨柱间梁10连接在同一角部的两个巨柱3之间。
连接同一角部两个巨柱3之间的巨柱间梁10在地震作用下将形成类似于偏心支撑框架8耗能梁的“保险丝”的作用。
优选地，相邻的两个外侧面的相互靠近的巨柱3之间的间距为30－50m。
相邻的两个外侧面的相互靠近的巨柱3即为超高层建筑的角部的两个巨柱3，其间隔为30－50m，可以保证超高层建筑的角部的结构强度以及整体刚度。
本发明的超高层钢结构体系的具体实施例，以高度375.5m的超高层办公楼为例，其主要功能为办公，超高层建筑的北侧、东侧及南侧，采用八根巨柱3布置在办公区域的四个角部，每个角部两根巨柱3，沿超高层建筑的高度根据计算刚度需求设置两道带状桁架5，两道带状桁架5之间的距离约为150米，角部巨柱3之间的最大间距36米。
办公区域内部的四根抗弯框架柱6在第7层楼面处向角部倾斜，在第4层楼面处分叉成两根斜柱与角部的八根巨柱3在地面层相连接，这使得首层的内部空间形成一个40X40米的大跨度无柱空间。
在超高层建筑的北、东、南三个外侧面上布置巨型斜撑4，巨型斜撑4与抗弯框架、带状桁架5不在同一平面内，同一角部的两个巨柱3之间连接巨柱间梁10，外侧面的巨柱3之间布置抗弯框架柱6和抗弯框架梁7连接为整体。
超高层建筑的西面为电梯井等竖向交通区域，西面布置重力式框架结构，重力式框架结构与巨型框架巨型斜撑结构的交界面上布置偏心支撑框架8，机电管道9从偏心支撑框架8的耗能梁下通过。
综上，本发明实施例提供一种超高层钢结构体系，其重力式框架结构和巨型框架巨型斜撑结构均为钢结构，无钢筋混凝土核心筒，可以最大限度地减少石灰、水泥、砂石等传统建筑材料的运用，同时钢材可以回收利用，减少建筑垃圾的产生，减少对环境的污染，更为低碳环保，有利于资源的可持续发展；同时钢构件可以在工厂制作、现场安装，环境污染少；重力式框架结构布置在巨型框架巨型斜撑结构的一侧，巨型框架巨型斜撑结构的巨柱加上巨型斜撑可以形成完整的可使用大空间，提高建筑物的使用率。
重力式框架结构的重力式框架柱和重力式框架梁绕竖向轴线交接，其不承担水平力，只承担竖向力，不会增加钢结构体系的刚度，可以使钢结构的刚度偏心以及扭转效应最小化。
巨型框架巨型斜撑结构的巨柱上布置巨型斜撑，可以增加外侧面的侧向刚度，偏心支撑框架具有优良抗震延性，可以提供交界面的侧向刚度，从而在省略核心筒的前提下提高了钢结构体系的整体刚度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高层钢结构体系，其特征在于，包括重力式框架结构、偏心支撑框架和巨型框架巨型斜撑结构，所述重力式框架结构布置在所述巨型框架巨型斜撑结构的一侧并用于形成竖向交通区域，所述巨型框架巨型斜撑结构用于形成办公区域，所述偏心支撑框架连接在所述重力式框架结构与所述巨型框架巨型斜撑结构之间；
所述重力式框架结构包括若干个重力式框架柱和若干个重力式框架梁，各所述重力式框架柱间隔布置，相邻的两个所述重力式框架柱之间连接有所述重力式框架梁，所述重力式框架柱与所述重力式框架柱绕竖向轴线铰接；
所述巨型框架巨型斜撑结构具有与所述重力式框架结构连接的交界面、偏离所述重力式框架结构的外侧面，所述交界面以及各所述外侧面上均布置有若干个巨柱，同一所述外侧面的相邻的所述巨柱之间连接有巨型斜撑，所述偏心支撑框架布置在所述交界面上。
2.根据权利要求1所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述巨型框架巨型斜撑结构还包括抗弯框架柱和抗弯框架梁，所述抗弯框架柱离散布置在办公区域内，相邻的所述巨柱之间布置有所述抗弯框架柱，相邻的两个所述抗弯框架柱之间、相邻的所述抗弯框架柱与所述巨柱之间均连接有所述抗弯框架梁。
3.根据权利要求2所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述巨型斜撑布置在所述抗弯框架梁、所述抗弯框架柱以及所述带状桁架所在竖直面的外侧。
4.根据权利要求1－3任一项所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述偏心支撑框架包括支撑框架柱、支撑框架梁和偏心支撑，相邻的所述支撑框架柱之间、所述支撑框架柱与所述巨柱之间均连接有所述支撑框架梁，所述支撑框架柱与所述重力式框架柱之间连接有所述支撑框架梁，所述偏心支撑连接在所述支撑框架柱与所述支撑框架梁之间。
5.根据权利要求4所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述偏心支撑框架的耗能梁下具有供机电管道通过的布置空间。
6.根据权利要求1－3任一项所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述巨柱上还设置有带状桁架，所述带状桁架水平连接在各所述巨柱之间并布置在所述外侧面上。
7.根据权利要求6所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述带状桁架竖向间隔布置有若干个，相邻两个所述带状桁架之间的竖向间隔为130－170m。
8.根据权利要求1－3任一项所述的超高层钢结构体系，其特征在于，所述巨柱布置在所述外侧面的边缘处，相邻两个所述外侧面上的相互靠近的所述巨柱之间连接有巨柱间梁。
9.根据权利要求8所述的超高层钢结构体系，其特征在于，相邻的两个所述外侧面的相互靠近的所述巨柱之间的间距为30－50m。
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