一種超高層src強外框筒建筑結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及建筑結構，具體是一種超高層SRC強外框筒建筑結構，其包括設置于建筑結構外周的外框筒結構和設置于建筑內部的內筒結構，以及連接外框筒結構和內筒結構的若干層樓板，所述外框筒結構和所述內筒結構均為采用SRC構件形成的SRC結構，所述外框筒結構承擔建筑結構30%以上的水平剪力。本實用新型具有較佳經濟性，方便進行結構構件設計，且平面布局更加靈活，尤其適用于200m以上超高層建筑。
【專利說明】一種超高層SRC強外框筒建筑結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及建筑結構，具體是一種超高層SRC強外框筒建筑結構。
【背景技術】
[0002]目前我國的超高層建筑中大量應用框架-核心筒結構，該結構是由核心筒與外圍稀柱框架組成，柱距一般為8m?12m，柱與周邊梁形成外框架，外框架通過梁和樓板與中間核心筒形成整體。核心筒內的功能主要為電梯間、樓梯間、管道井和消防前室，必要時也可將公共衛生間等放在核心筒內。雖然框架-核心筒結構存在諸多優點而被廣泛應用，但也存在一些不足。
[0003](I)連梁設計困難?？蚣?核心筒結構中的連梁一般具有跨度小，受力特殊，連接的筒體剪力墻剛度又很大等特點。在結構受到水平力作用時，筒體中連梁受力較大，為保障結構安全防止剪切破壞，往往出現連梁計算配筋值超限，給截面設計帶來困難。且在平面較復雜的框筒結構中(如核心筒偏心設置)，某一根連梁的截面取值大小有時會對整個結構的動力特征造成較大影響，使周期，位移比等多項地震指標難以滿足規范要求。因此平面復雜的框架-核心筒結構中的連梁設計往往比普通剪力墻結構中的連梁設計更為困難。同時，核心筒墻體作為最重要的抗側力構件，往往由于門洞、消火栓和管道留洞的需要，使結構的抗扭性能受到一定程度的削弱。
[0004](2)經濟性較差。核心筒是框架-核心筒結構的主要抗側力構件，要求核心筒在各個方向上都具有較大的抗側剛度，承擔80%以上的水平剪力，而外框架主要用于承受豎向荷載，并分擔按剛度分配所得的一小部分水平剪力。核心筒高寬比較大(與外框架相比)的抗傾覆力矩的力臂較小，只能通過增加自重、減少開洞等方式加大核心筒的抗傾覆力矩，這樣勢必會增加用鋼量，增加建造成本。
[0005](3)實用率不佳，平面功能布置受限。在傳統的框架-核心筒結構中，核心筒的設計優先考慮的是結構的抗側力能力，其次才是豎向交通和設備布置，這樣就會出現核心筒結構和功能設計出現偏差，例如核心筒的結構設計沒有問題，但核心筒內的平面布局設計出現空間富?；蚩臻g不足的情況，由于核心筒的結構設計牽涉整個建筑結構的設計，調整起來非常困難和麻煩。為避免出現核心筒空間不足以及加大抗傾覆力矩的考慮，核心筒的截面面積往往會設計得比較大，由此降低了建筑結構的實用率。
[0006]因此設計一種具有較佳經濟性且連梁等構件設計較為簡單的超高層建筑結構是一個亟待解決的技術難題。

【發明內容】

[0007]本實用新型解決的技術問題是提供一種超高層SRC強外框筒建筑結構，使其具有較佳經濟性，方便進行結構構件設計，且平面布局更加靈活。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種超高層SRC強外框筒建筑結構，適用于200m以上超高層建筑，包括設置于建筑結構外周的外框筒結構和設置于建筑內部的內筒結構，以及連接外框筒結構和內筒結構的若干層樓板，所述外框筒結構和所述內筒結構均為采用SRC構件形成的SRC結構，所述外框筒結構承擔建筑結構30%以上的水平剪力。
[0009]改進之一:所述外框筒結構包括柱間距為4-4.7m的第一 SRC柱和梁高為
0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒結構的開洞率為50%_60%。
[0010]改進之二:所述第一 SRC柱間距為4.5m，梁高為lm，開洞率為57%。
[0011]改進之三:所述內筒結構為由第二 SRC柱和第二 SRC梁形成的內框筒結構，或為由SRC剪力墻形成的剪力墻內筒。
[0012]改進之四:所述外框筒結構承擔建筑結構40%以上的傾覆力矩和建筑結構40%以上的水平剪力。
[0013]與現有技術相比，本實用新型所采用技術方案的有益效果如下:
[0014]( I)相對于傳統的框架-核心筒結構更加節材和經濟。傳統的框架-核心筒結構的核心筒體結構由于力臂較小，為了達到設計要求的抗傾覆力矩，需要增加核心筒結構的自重，因此這是一種既不經濟又不安全的抗側力結構體系。在常見的框架-核心筒結構體系和筒中筒結構體系中，核心筒/內筒一般承受85%以上的水平剪力和絕大部分的抗傾覆力矩。而本實用新型采用外框筒結構作為抗側力子結構，其力臂比核心筒/內筒要長，以相對較小的自重就可以提供較大抗傾覆力矩并承擔大于現有結構體系的水平剪力比例。因此本實用新型的建筑結構用鋼量、混凝土用量更低，更加經濟。
[0015](2)相對于采用RC構件的建筑結構更加節材和經濟。由于SRC構件比RC構件的抗剪承載能力更強，因此在抗側力能力、與承重能力要求大致相等，且結構大致相同的情況下，本實用新型建筑結構的所需的用鋼量和混凝土用量，尤其是混凝土用量也小于采用RC構件的建筑結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是實施例一的普通標準層示意圖；
[0017]圖2是實施例一的外立面局部示意圖；
[0018]圖3是實施例二的普通標準層示意圖。
【具體實施方式】
[0019]在本實用新型中，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂”、“底”、“內”、“外”、
“中”、“豎直”、“水平”、“橫向”、“縱向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系。這些術語主要是為了更好地描述本實用新型及其實施例，并非用于限定所指示的裝置、元件或組成部分必須具有特定方位，或以特定方位進行構造和操作。
[0020]并且，上述部分術語除了可以用于表示方位或位置關系以外，還可能用于表示其他含義，例如術語“上”在某些情況下也可能用于表示某種依附關系或連接關系。對于本領域普通技術人員而言，可以根據具體情況理解這些術語在本實用新型中的具體含義。
[0021]此外，術語“安裝”、“設置”、“設有”、“連接”、“相連”應做廣義理解。例如，可以是固定連接，可拆卸連接，或整體式構造；可以是機械連接，或電連接；可以是直接相連，或者是通過中間媒介間接相連，又或者是兩個裝置、元件或組成部分之間內部的連通。對于本領域普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0022]此外，術語“第一”、“第二”等主要是用于區分不同的裝置、元件或組成部分(具體的種類和構造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示裝置、元件或組成部分的相對重要性和數量。除非另有說明，“多個”的含義為兩個或兩個以上。
[0023]本實用新型的超高層SRC強外框筒建筑結構，適用于200m以上超高層建筑，其包括設置于建筑結構外周的外框筒結構和設置于建筑內部的內筒結構，以及連接外框筒結構和內筒結構的若干層樓板，外框筒結構和內筒結構均為采用SRC構件形成的SRC結構。本實用新型建筑結構的外框筒結構承擔建筑結構30%以上的水平剪力。在常見的框架-核心筒結構體系和筒中筒結構體系中，核心筒/內筒一般承受85%以上的水平剪力和絕大部分的抗傾覆力矩。而本實用新型采用外框筒結構作為抗側力子結構，其力臂比核心筒/內筒要長，以相對較小的自重就可以提供較大抗傾覆力矩并承擔大于現有結構體系的水平剪力比例。因此本實用新型的建筑結構用鋼量、混凝土用量更低，更加經濟。
[0024]其中，所述外框筒結構包括柱間距為4-4.7m的第一 SRC柱和梁高為0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒結構的開洞率為50%-60%。為形成框筒結構，在水平平面內，這些第一 SRC柱沿設定形狀的邊界(如矩形、圓形等)以等距或不等距方式分布，并通過SRC窗裙梁連接相鄰的第一 SRC柱形成具有筒體空間工作性能的結構——即框筒結構。此外，外框筒結構雖然在形式上類似框架結構，但由于其具有類似實腹筒體結構的空間工作性能，其承重能力、抗側力剛度、抗扭轉剛度、抗傾覆力矩與一般的框架-核心筒中的外框架完全不同。此外，由于本實用新型建筑結構的外周形成了框筒結構，可以更有效分擔水平剪力和抗傾覆力矩，而內筒結構需承擔的水平剪力和抗傾覆力矩可以減少。
[0025]SRC (Steel Reinforced Concrete,簡稱SRC)構件也稱為型鋼混凝土構件,是在型鋼的周圍布置鋼筋并澆筑混凝土的結構。已有的研究表明SRC構件的內部型鋼與外包混凝土形成整體、共同受力，其受力性能優于這兩種結構的簡單疊加。與鋼結構相比，SRC構件的外包混凝土可以防止鋼構件的局部屈曲，并能提高鋼構件的整體剛度，顯著改善鋼構件的平面扭轉屈曲性能，使鋼材的強度得以充分發揮。此外，外包混凝土大大增加了結構的耐久性和耐火性。與RC (Reinforced Concrete,簡稱RC)結構相比，由于配置了型鋼，提高了構件的承載力，尤其是采用實腹型鋼的SRC構件，其抗剪承載力有很大提高，大大改善了受剪破壞時的脆性性質，提高了結構的抗震性能。
[0026]在傳統的超高層建筑結構體系中，為了形成框筒形式的筒體結構，實現類似實腹筒體的空間工作性能,外框筒結構需要滿足一定的條件。例如柱距不宜大于4m，柱截面長邊應沿筒壁方向布置，必要時可采用T型截面；洞口面積不宜大于墻面面積的60%，洞口高寬比與層高與柱距之比值相近等。但由于與RC構件相比，SRC構件具有更強的豎向承載能力和抗剪能力，因此在大致相同力學性能要求的情況下，SRC構件的截面面積將小于RC構件的截面面積。
[0027]因此本實用新型采用SRC柱、梁形成的外框筒結構，可以設置更大柱距和更大開洞率，避免原有框筒結構因柱距和開洞率過小而影響景觀視野和采光的問題。本實用新型的外框筒結構的第一 SRC柱的柱距可設置為4-4.7m,優選柱距為4.5m ；SRC窗裙梁的梁高為0.7m至1.5m，優選梁高為lm。外框筒結構的開洞率為40%至60%，優選開洞率范圍為55%至60%，當第一 SRC柱的柱距為4.5m, SRC窗裙梁的梁高為Im時，最佳開洞率為57%。同時由于SRC構件的防火性能和耐久性能比RC構件和鋼構件更好，因此采用SRC構件形成的框筒結構還具有更好的防火性能。
[0028]下面結合實施例對本實用新型的建筑結構做進一步的說明。
[0029]實施例一
[0030]如圖1所示，本實施例的超高層SRC強外框筒建筑結構，包括設置于建筑結構外周的外框筒結構和設置于建筑內部的內筒結構，外框筒結構和內筒結構之間通過若干樓板(圖未示)連接。本實施例的內筒結構采用內框筒結構，其包括第二 SRC柱51和第二 SRC梁52。而外框筒結構則由第一 SRC柱61和SRC窗裙梁62形成具有筒體空間工作效應的筒體結構。
[0031]如圖1所示，本實施例的外框筒結構截面呈矩形，其四個角不設柱。外框筒結構的各側分別有9根柱距為4.5m的第一 SRC柱61。內框筒結構的水平截面為矩形。內框筒結構的各側邊分別有7根柱距為4.5m的SRC柱。本實施例的樓板采用SRC梁-混凝土組合樓板。
[0032]此外，外框筒結構由于角部抽柱的影響，需為加強角部區域的剛度。本實施例外框筒結構的水平截面大致呈矩形，其四個角的內凹處設有第三SRC柱63。
[0033]如圖2所示，本實施例建筑結構的層高為3.5m, SRC窗裙梁62高為1.0m，第一 SRC柱61的標準柱寬為I m,第一 SRC柱61的標準柱距為4.5m,外框筒開洞率為57%。相比常規的框筒結構，本實施例的開洞率較大，可以滿足超高層建筑的外立面采光和景觀要求，是普通鋼筋混凝土框筒或鋼結構框筒難以做到的。
[0034]實施例二
[0035]如圖3所示，本實施例的超高層SRC強外框筒建筑結構與實施例一的不同之處在于，本實施例的內筒結構采用由SRC剪力墻40形成的剪力墻內筒。為驗證當外框筒分擔比常規結構體系外框筒(或外框架)更大比例的水平剪力時，建筑結構將更加節材和經濟，本實施例通過計算機軟件ETABS對強外筒(水平剪力比例大于30%)和弱外筒(水平剪力比例小于15%)兩種情況進行對比模擬驗算。
[0036]模型I為本實施例的SRC外框筒+SRC內剪力墻內筒結構，其結構如圖3所示。模型2為在模型I的基礎上加厚內筒，使位移角接近而得到的結構。模型I的外框筒承擔建筑結構的水平剪力大于30%，模型2的外框筒承擔建筑結構水平剪力水平與常規的框架-核心筒或筒中筒結構類似，低于15%。
[0037]上述兩個模型的抗震設防類別為乙類，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.3g，設計地震分組為第三組，II場地；50年重現期的基本風壓值為0.55KN/m2,100年重現期的基本風壓值為0.65KN/m2 ；50年重現期的基本雪壓值為0.45KN/m2,100年重現期的基本雪壓值為0.50KN/m2。以下為驗算結果。
[0038]
【權利要求】
1.一種超高層SRC強外框筒建筑結構，適用于200m以上超高層建筑，其包括設置于建筑結構外周的外框筒結構和設置于建筑內部的內筒結構，以及連接所述外框筒結構和所述內筒結構的若干層樓板，其特征在于:所述外框筒結構和所述內筒結構均為采用SRC構件形成的SRC結構，所述外框筒結構承擔建筑結構30%以上的水平剪力。
2.根據權利要求1所述的超高層SRC強外框筒建筑結構，其特征在于:所述外框筒結構包括柱間距為4-4.7m的第一 SRC柱和梁高為0.7-1.5m的SRC窗裙，所述外框筒結構的開洞率為50%-60%。
3.根據權利要求2所述的超高層SRC強外框筒建筑結構，其特征在于:所述第一SRC柱間距為4.5m，梁高為lm，開洞率為57%。
4.根據權利要求1所述的超高層SRC強外框筒建筑結構，其特征在于:所述內筒結構為由第二 SRC柱和第二 SRC梁形成的內框筒結構，或為由SRC剪力墻形成的剪力墻內筒。
5.根據權利要求1至4任一項所述的超高層SRC強外框筒建筑結構，其特征在于:所述外框筒結構承擔建筑結構40%以上的傾覆力矩和建筑結構40%以上的水平剪力。
【文檔編號】E04B1/19GK203514506SQ201320683094
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】劉瓊祥, 陳介厚, 周斌, 胡雪明, 張建軍, 楊旺華, 駱日旺 申請人:深圳市建筑設計研究總院有限公司