改进型多高层大跨度空间网格盒式结构.pdf

《改进型多高层大跨度空间网格盒式结构.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《改进型多高层大跨度空间网格盒式结构.pdf（11页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010276707.0 (22)申请日 2020.04.09 (71)申请人 东南大学 地址 211102 江苏省南京市江宁区东南大 学路2号 (72)发明人 陈志鹏冯德成吴刚 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 苏虹 (51)Int.Cl. E04B 1/00(2006.01) E04B 1/342(2006.01) E04B 1/98(2006.01) E04B 2/00(2006.01) E04B 2/56(2006.01)。

2、 E04H 9/02(2006.01) (54)发明名称 改进型多高层大跨度空间网格盒式结构 (57)摘要 本发明公开了一种改进型多高层大跨度空 间网格盒式结构， 包括空腹夹层板和网格式框架 墙， 空腹夹层板作为结构的楼板， 网格式框架墙 设置于所述结构四周且将该结构连为一个整体， 网格式框架墙包括立柱和连接相邻立柱的层间 梁， 且布置层间梁后的立柱的每一段柱的长细比 4； 结构层内无额外立柱。 本发明与传统的框架 结构比较， 可以实现结构大空间灵活划分居室的 建筑功能， 其经济性十分显著； 该结构保留了传 统盒式结构经济性好、 跨越能力强的优点， 并改 善了结构的延性和抗震性能， 力学性能优。

3、异。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 111321805 A 2020.06.23 CN 111321805 A 1.一种改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在于： 包括空腹夹层板和网格 式框架墙， 空腹夹层板作为结构的楼板， 网格式框架墙设置于所述结构四周且将该结构连 为一个整体， 结构层内无额外立柱； 网格式框架墙包括立柱和连接相邻立柱的层间梁， 且布 置层间梁后的立柱的每一段柱的长细比4。 2.根据权利要求1所述的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在于： 相邻立 柱之间设有12根层间梁。 3.根据权利要求1所述的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在。

4、于： 相邻立 柱之间设有1根层间梁， 且层间梁设置于柱的中部位置。 4.根据权利要求1所述的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在于： 网格式 框架墙的立柱沿结构周边布置， 且柱距4m。 5.根据权利要求1所述的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在于： 空腹夹 层板设置为正交正放式或正交斜放式。 6.根据权利要求1所述的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 其特征在于： 所述空 腹夹层板和网格式框架墙的材质均为混凝土或钢。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111321805 A 2 改进型多高层大跨度空间网格盒式结构 技术领域 0001 本发明涉及一种土木工程领域的建筑结构。

5、， 特别是一种改进型多高层大跨度空间 网格盒式结构。 背景技术 0002 长期以来在建筑工程领域里， 多高层建筑结构一直停留在框架， 主次梁体系， 如一 栋十五层高层建筑， 层高3.8m， 其结构平面为21.6m21.6m466.56m2， 周边柱网为7.2m， 按照传统主次梁布置， 主梁沿纵向布置， 次梁沿横向布置， 结构平面图见图1。 由于框架结构 跨越能力有限， 进一步增加跨度会使得结构经济性极差， 且框架梁截面高度会因跨度的增 加快速增大， 因此难以通过框架结构实现大空间灵活划分居室的建筑目标， 极大的限制了 建筑功能的拓展， 且框架结构刚度较差， 应用于高层结构中抗震能力弱， 结构性。

6、能差。 利用 新开发的盒式结构(申请号201710204991.9)可以很好的解决这个问题。 空腹夹层板结构形 式类似于密肋井字楼板， 但其梁腹内中空， 使得结构自重大幅度降低， 提升结构跨越能力。 对于同一栋结构， 空腹夹层板柱结构平面布置图如图2， 整体结构仅在结构周边布置了柱， 整体结构跨度21.6m， 结构楼板高度仅为0.9m， 为跨度的1/24， 同原结构梁高一致， 但跨度加 大了3倍。 且空腹夹层板板内中空， 设备及管线可直接布置于空腹层内， 不需要同框架结构 一样在梁下留出额外的设备及消防管线的空间， 极大的提高了结构层高的利用。 同时， 通过 减小结构柱距， 增加层间梁， 使得。

7、结构刚度大幅度上升， 即便祛除了结构内部的柱子也不会 影响结构的刚度， 抗震能力还有大幅度提高。 虽然盒式结构相较于传统框架结构有较多优 势， 但由于其一直作为一种应用于层高较高的多层大跨结构中， 在应用于高层结构中时， 由 于结构层高降低， 添加过多的层间梁会大幅度削弱结构的延性及抗震性能， 使得结构在外 力作用下产生脆性剪切破坏， 结构性能大幅度削弱。 发明内容 0003 发明目的： 本发明的目的是提供一种改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 该 结构体系能够同传统盒式结构一样克服现有框架结构刚度小、 跨越能力弱的缺点， 同时大 幅度改善现有盒式结构的延性和抗震性能， 使得结构在满足大跨度。

8、、 大开间的建筑要求基 础上， 拥有很好的受力特性， 满足在多高层中的应用需求。 0004 技术方案： 本发明的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构包括空腹夹层板和改 进的网格式框架墙， 空腹夹层板作为结构的楼板， 承受重力荷载； 网格式框架墙设置于所述 结构四周且将所述结构连为一个整体， 网格式框架墙包括立柱和连接相邻立柱的层间梁， 且布置层间梁后的立柱的每一段柱的长细比4； 结构层内无额外立柱， 整体形成一个大跨 度高层结构。 0005 本发明为弥补祛除结构内部立柱带来的刚度降低， 将周围的立柱间距缩短， 并添 加若干层间梁， 将结构网格化， 大幅度提高结构的抗侧刚度和整体性。 这样避免了结。

9、构由于 过多层间梁导致的短柱剪切脆性破坏及延性降低， 提高了盒式结构的抗震性能， 满足高层 说明书 1/4 页 3 CN 111321805 A 3 结构设计规范。 0006 其中， 网格式框架墙中应布置层间梁， 层间梁尺寸一般较小， 实际应用时可以由计 算确定， 同时层间梁的数量需由计算确定， 且在计算中应考虑梁柱间的相对转动， 应保证添 加层间梁后每一段柱的长细比大于4， 且应使得多段被层间梁分隔的短柱长度接近， 提高结 构的整体性能。 0007 若结构层高较高， 布置多于两根层间梁后依然可以满足每一段短柱长细比均大于 4， 则可布置超过一根层间梁， 布置时应尽量使得每一段短柱长度接近。 。

10、0008 优选地， 相邻立柱之间设有12根层间梁。 0009 进一步地， 相邻立柱之间设有1根层间梁， 且层间梁设置于柱的中部位置。 这样避 免了结构由于过多层间梁导致的短柱剪切脆性破坏及延性降低， 提高了盒式结构的抗震性 能， 满足高层结构设计规范。 0010 优选地， 网格式框架墙的立柱沿结构周边布置， 柱距通常4m。 0011 优选地， 空腹夹层板按结构长宽比不同设置为正交正放式或正交斜放式。 0012 优选地， 所述空腹加层板和框架柱均可由混凝土或型钢制作而成。 0013 发明原理： 本发明提出一种改进型多高层大跨度空间网格盒式结构， 空腹夹层板 作为整个结构的楼板， 承受竖向重力荷载。

11、， 网格式框架墙布置于所述结构四周， 将所述结构 连为一个整体， 承受水平及竖向荷载； 并通过改进层间梁的布设方式， 使得在保留传统盒式 结构优点的同时， 大幅度改善结构的延性及抗震性能， 使其满足在多高层结构中的应用要 求。 0014 有益效果： 与现有技术相比， 0015 (1)本发明通过使用空腹夹层板替代框架梁板， 使得结构的跨越能力极大的增加， 实现结构大空间灵活划分居室的建筑要求， 极大的增强了结构的使用功能； 同时， 通过改进 现有盒式结构的布置形式， 避免了传统盒式结构延性小， 容易出现脆性破坏， 抗震能力差的 的问题， 力学性能优异、 经济效用显著。 0016 (2)本发明与传。

12、统的框架结构比较， 可以实现结构大空间灵活划分居室的建筑功 能， 其经济性十分显著； 该结构保留了传统盒式结构经济性好、 跨越能力强的优点， 并改善 了结构的延性和抗震性能， 力学性能优异。 附图说明 0017 图1为传统框架结构楼盖布置图； 0018 图2为盒式结构布置的平面图； 0019 图3为按改进型多高层大跨度空间网格盒式结构设计的十五层结构三维示意图； 0020 图4-1为按照传统框架结构设计的结构单层三维示意图； 0021 图4-2为按照本发明提出的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构设计的结构三 维示意图； 0022 图5-1为本发明中空腹夹层板整体示意图； 0023 图5-2为本。

13、发明中空腹夹层板细部示意图； 0024 图6-1为本发明盒式结构中网格式框架墙的整体布置形式； 0025 图6-2为传统的盒式结构中网格式框架墙的细部布置形式； 说明书 2/4 页 4 CN 111321805 A 4 0026 图6-3为改进型多高层大跨度空间网格盒式结构中网格式框架墙的细部布置形 式； 0027 图7为网格式框架墙考虑梁柱间相对转动的计算简图。 具体实施方式 0028 下面结合实施例对本发明作进一步地详细描述。 0029 本实施例中的改进型多高层大跨度空间网格盒式结构采用混凝土结构， 其包括混 凝土空腹夹层板和混凝土网格式框架墙， 空腹夹层板作为结构的楼板， 承受重力荷载；。

14、 该结 构体系可用于跨度16m至32m的大跨度结构中， 空腹夹层板按结构长宽比不同或柱间距的不 同， 可用正交正放式(长宽比小于1.5且柱间距小于3m)或正交斜放式(长宽比大于1.5或柱 距大于3m)。 0030 如图1所示为一栋21.8m21.8m十五层高层结构， 层高3.7m， 总高55.5m， 其按传统 框架主次梁体系的结构平面布置图； 图1中的l1为7.2m， 图中左侧l0为0.4m。 图1中的高层结 构中， 将传统梁板体系改为空腹夹层板体系， 由于整体结构柱距为3.6m， 因此采用正交斜放 布置方法， 如图2、 图3所示。 图2中的l2为3.6m。 0031 传统框架结构及本发明中的。

15、结构布置如图4， 其中， 图4-1为按照传统框架结构设 计的结构单层三维示意图， 图4-2为按照本发明提出的改进型多高层大跨度空间网格盒式 结构设计的结构三维示意图。 新结构中， 楼板采用大跨度正交斜放空腹夹层板， 使得结构跨 度由传统框架结构的7.2m跨度提高到21.6m跨度， 且梁板高度不变、 结构自重降低， 且由于 空调、 设备及管线均布置于空腹内， 使得结构层高至少可以增加150mm。 0032 为避免祛除结构内部柱子带来的结构刚度降低， 在结构周围添加网格式框架墙， 将上下层空腹夹层板连接为一个整体， 使得结构整体性及刚度得到提升， 满足规范要求。 同 时， 由于结构的层高仅有3.7。

16、m， 若按照传统的设计方法布置两根层间梁， 会使得被分隔的每 一段短柱的长细比小于4， 导致结构在受侧向荷载时产生脆性剪切破坏， 极大削弱结构的抗 震性能。 不同于传统盒式结构添加两根层间梁， 改进型多高层大跨度空间网格盒式结构一 般仅使用一根层间梁， 这样避免了结构由于过多层间梁导致的短柱剪切脆性破坏及延性降 低， 提高了盒式结构的抗震性能， 满足高层结构设计规范。 0033 改进型多高层大跨度空间网格盒式结构的空腹夹层板整体单元和细部结构如图 5-1、 5-2所示， 其基本单元包括了上肋1、 下肋2及剪力键3， 其剪力键为方形或十字型混凝土 块体单元， 一般长细比应大于1。 网格式框架墙整。

17、体单元如图6-1， 针对此结构， 传统盒式结 构中的网格式框架墙布置见图6-2， 其在层间布置了两根层间梁， 虽然在理论上可以增大结 构的刚度， 但由于两根层间梁4分隔柱子后， 柱子长细比过小， 两根层间梁将柱子分为上中 下三段， 使得结构很容易发生短柱的剪切脆性破坏， 使得结构的延性和抗震性能大幅度降 低。 0034 而本发明提出的改进型结构网格式框架墙细部布置如图6-3所示， 结构中根据计 算， 仅布置一根层间梁5， 且根据建筑要求尽量布置在柱中部， 使得结构上下两段柱长度基 本相同， 且长细比均大于4， 结构破坏模式由剪切脆性破坏转变为弯曲延性破坏， 结构性能 大幅度上升， 满足高层结构。

18、的设计规范要求。 图6-3中， 位于柱中部的一根层间梁将柱分为 上下两段， 上下两段柱的长细比均大于4。 说明书 3/4 页 5 CN 111321805 A 5 0035 本实施例的改进型网格式框架墙计算简图如图7所示， 假设柱AB周围的节点转角 为 ， 由横向力F导致的水平转角 Au/h， 周边柱的线刚度均为ic， 则在水平力作用下， 柱中 的弯矩为： 0036 0037 将各柱刚度及转角带入则可得到： 0038 0039 0040 根据节点A、 B的平衡关系可以得出： 0041 0042 令K(i1+i2+i3+i4)/(2ic)， 0043 0044 因此AB柱的剪力可以表述为 004。

19、5 0046 式中 cK/(2+K)， 特别的， 对一层而言 c(0.5+K)/(2+K).则AB柱的侧移可表述 为： 0047 0048 由上述计算部分可知， 当在结构中添加了过多的层间梁， 使得柱长h缩小， 柱线刚 度ic变大， K变小， 梁对柱的约束力变小， 转角 变大， 则结构侧移会急剧增加。 因此， 当柱的 长细比小于4时， 柱长的减小会对结构刚度的降低起控制作用， 且会将结构的破坏模式由弯 曲延性破坏转变为脆性剪切破坏， 因此柱长一般需大于4。 从上述实施例来看， 结构层高为 3.7m， 按传统盒式结构设计， 使用两根层间梁， 结构每一段柱高仅为1.2m左右， 当使用400mm 正。

20、方形柱时， 柱长细比仅为3， 在水平力F作用下， 其侧移为0.027F。 而当使用一根层间梁时， 柱长细比为4.5， 满足要求， 侧移也仅有0.016F， 结构的刚度大幅提升， 且破坏模式为延性弯 曲破坏， 结构性能大幅度增加， 且减少了不必要的额外层间梁， 结构经济效益显著。 说明书 4/4 页 6 CN 111321805 A 6 图1 图2 说明书附图 1/5 页 7 CN 111321805 A 7 图3 说明书附图 2/5 页 8 CN 111321805 A 8 图4-1 图4-2 图5-1 说明书附图 3/5 页 9 CN 111321805 A 9 图5-2 图6-1 说明书附图 4/5 页 10 CN 111321805 A 10 图6-2 图6-3 图7 说明书附图 5/5 页 11 CN 111321805 A 11 。