一种具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的制作方法

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构。

背景技术

如今，随着社会和经济的发展，城市的建筑呈现出多种多样的结构。例如倒锥体螺旋建筑结构等建筑结构具有与其他普通建筑结构不同的外观，看起来比较新奇，具有科技感，人们比较亲睐。

现有的倒锥体螺旋建筑结构的建设中，一般采用钢结构，其中包括：多个斜钢柱的一端与地面固定，另一端倾斜向上延伸并与水平面呈一定角度，使多个斜钢柱形成倒锥体的侧壁轮廓。为了增加倒锥体螺旋建筑结构的整体抗扭性能，在多个斜钢柱侧面或者斜钢柱之间设置多个钢斜撑。具体地，钢斜撑的上端顶靠或固定在多个斜钢柱侧面或者斜钢柱之间，另一端支撑或固定在倒锥体螺旋建筑结构外侧的地面上，进而可以支撑整个倒锥体螺旋建筑结构，提高倒锥体螺旋建筑结构的抗扭性能。

但是，由于现有技术的倒锥体螺旋建筑结构中，需要设置多个钢斜撑，且多个钢斜撑需要支撑或固定在倒锥体螺旋建筑结构外侧的地面上。一方面会使整个倒锥体螺旋建筑结构的外部伸出多个“支腿”，影响外观效果，极大地削弱了建筑效果的表现力；另一方面，由于额外增加的钢斜撑承受较大的荷载，且需要从多个钢斜撑靠上的部位延伸至倒锥体螺旋建筑结构外侧的地面，增加了材料和焊接工作量，进而降低了建筑的经济性。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构，在不影响建筑的外观和表现力的前提下，可提高结构抗扭性能，且具有较好的经济性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构，包括固定在地面的与水平面成一定夹角倾斜设置的多个斜柱，多个所述斜柱围成倒锥体形状，沿多个所述斜柱的环向螺旋设置有螺旋环道，所述螺旋环道与多个所述斜柱固定连接，且所述螺旋环道的底端通过固定构件与地面固定。

进一步地，所述固定构件为铰支座或固定支座。

进一步地，所述固定构件包括固定在地面的底座和设置在底座上的安装凹槽，所述螺旋环道的底端设有加劲肋凸起，所述加劲肋凸起配合伸入所述安装凹槽内，以将所述螺旋环道的底端与地面固定。

进一步地，所述螺旋环道设置在多个所述斜柱的外侧和/或内侧。

进一步地，所述螺旋环道包括设置在多个所述斜柱的外侧的第一螺旋环道，和设置在多个所述斜柱的内侧的第二螺旋环道，所述第一螺旋环道和所述第二螺旋环道在所述斜柱的上方连续为一体，所述第一螺旋环道和所述第二螺旋环道的底端通过所述固定构件与地面固定。

进一步地，所述螺旋环道与多个所述斜柱之间具有间隙，所述间隙设有用于将所述螺旋环道与多个所述斜柱固定连接的连接件。

进一步地，所述螺旋环道为钢板箱形梁，所述钢板箱形梁靠近多个所述斜柱的外侧或内侧设置。

进一步地，多个所述斜柱之间通过多个拉杆固定为一体。

进一步地，多个所述拉杆为环形，且每个所述拉杆依次与多个所述斜柱固定连接。

进一步地，所述斜柱为横截面为长扁形的钢柱，且横截面的长边沿所述倒锥体螺旋建筑结构的径向延伸。

本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构，包括固定在地面的与水平面成一定夹角倾斜设置的多个斜柱，多个斜柱围成倒锥体形状，沿多个斜柱的环向螺旋设置有螺旋环道，螺旋环道与多个斜柱固定连接。螺旋环道可以将多个斜柱固定连接为一体，同时可以起到一个环箍作用，使整个结构共同工作，进一步地，为了保证抗扭性能，螺旋环道的底端通过固定构件与地面固定。这样，螺旋环道端部和斜柱都被地面固定约束，可以充分利用了螺旋环道的轴向刚度提高建筑整体结构的抗扭性能。相比现有技术，不用设置固定在具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构外侧的地面上的钢斜撑，在不影响建筑的外观和表现力的前提下，可提高结构抗扭性能，且具有较好的经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的固定构件的结构示意图；

图3为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的螺旋环道的结构示意图一；

图4为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的螺旋环道的结构示意图二；

图5为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的斜柱之间设置拉杆的结构示意图；

图6为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构的斜柱与螺旋环道固定连接的结构示意图；

图7为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构中的螺旋环道2的底端固定后与未固定前的结构平动振型和扭转振型的分布表。

附图标记：

1-斜柱；2-螺旋环道；21-加劲肋凸起；22-第一螺旋环道；221-第一螺旋环道底端；23-第二螺旋环道；231-第二螺旋环道底端；3-固定构件；31-底座；32-安装凹槽；33-连接柱；4-连接件；5-拉杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图或装配所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供一种具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构，如图1和图2所示，包括固定在地面的与水平面成一定夹角倾斜设置的多个斜柱1，多个斜柱1围成倒锥体形状，沿多个斜柱1的环向螺旋设置有螺旋环道2，螺旋环道2与多个斜柱1固定连接，且螺旋环道2的底端通过固定构件3与地面固定。

本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构，如图1和图2所示，包括固定在地面的与水平面成一定夹角倾斜设置的多个斜柱1，多个斜柱1围成倒锥体形状，沿多个斜柱1的环向螺旋设置有螺旋环道2，螺旋环道2与多个斜柱1固定连接。螺旋环道2可以将多个斜柱1固定连接为一体，同时可以起到一个环箍作用，使整个结构共同工作，进一步地，为了保证抗扭性能，螺旋环道2的底端通过固定构件3与地面固定。这样，螺旋环道2和斜柱1都被地面固定约束，可以充分利用了螺旋环道2的轴向刚度提高建筑整体结构的抗扭性能。相比现有技术，不用设置固定在倒锥体螺旋建筑结构外侧的地面上的钢斜撑，在不影响建筑的外观和表现力的前提下，可提高结构抗扭性能，且具有较好的经济性。

固定构件3用于将螺旋环道2的底端与地面固定，其实现方式有多种，例如，固定构件可以为铰支座或固定支座，进而将螺旋环道2的底端与地面固定。当然，也可以是其他约束端部位移的技术。

具体地，如图2所示，固定构件3包括固定在地面的底座31和设置在底座31上的安装凹槽32，螺旋环道2的底端设有加劲肋凸起21，加劲肋凸起21配合伸入安装凹槽32内，以使螺旋环道2的底端与地面固定。

沿多个斜柱1的环向螺旋设置的螺旋环道2，可以对多个斜柱1起到一个环箍和固定的作用，如图1所示，螺旋环道2在多个斜柱1的外侧和内侧均设置，使多个斜柱1的外侧和内侧都被螺旋环道2环箍固定，更加提高了整个建筑的整体性。

螺旋环道2在多个斜柱1的外侧和内侧均需设置，连接固定为一体。如图1、图2、图3和图4所示，螺旋环道2包括设置在多个斜柱1的外侧的第一螺旋环道22，和设置在多个斜柱1的内侧的第二螺旋环道23，第一螺旋环道22和第二螺旋环道23在斜柱1的上方连续为一体。在螺旋环道2包括第一螺旋环道22和第二螺旋环道23，第一螺旋环道22和第二螺旋环道23的底端都通过固定构件3与地面固定。

需要说明的是，对于结构上来说，优选将第一螺旋环道22和第二螺旋环道23在斜柱1的上方连续为一体。同时，第一螺旋环道22和第二螺旋环道23与多个斜柱1固定连接。另外，在螺旋环道2包括第一螺旋环道22和第二螺旋环道23的方案中，为确保整体结构的抗扭性能，第一螺旋环道22和第二螺旋环道23的底端都通过固定构件3与地面固定。具体的固定方式可以根据实际需要来设置。例如，参照图1、图3和图4，第一螺旋环道底端221距离地面可能较远，此时，固定构件3可以包括一个连接柱33，通过连接柱33与地面固定，进而将第一螺旋环道底端221与地面固定；第二螺旋环道底端231比较贴近地面，可以直接采用铰支座、固定支座等固定构件3来固定。

为使螺旋环道2不被多个斜柱1挡住达到使用空间最大化，螺旋环道2与多个斜柱1常预留间隙，再通过其他的连接件将螺旋环道2与每个斜柱1固定连接。如图1、图5和图6所示，螺旋环道2与多个斜柱1之间具有间隙，间隙设有用于将螺旋环道2与多个斜柱1固定连接的连接件4。

另外，需要说明的是，当螺旋环道2包括设置在多个斜柱1的外侧的第一螺旋环道22，和设置在多个斜柱1的内侧的第二螺旋环道23时，如图1和图6所示，第一螺旋环道22与多个斜柱1的外侧固定，第二螺旋环道23与多个斜柱1的内侧固定。同时，由于第一螺旋环道22和第二螺旋环道23在斜柱1的上方连续为一体，为了进一步加强建筑的整体性，参照图，螺旋环道2位于斜柱1的上方的部分可以与对应斜柱1的顶端固定。

螺旋环道2可以为钢板等钢材料制成，为了提高螺旋环道2的轴向刚度和抗弯刚度，螺旋环道2为钢板箱形梁，钢板箱形梁靠近多个斜柱1的外侧或内侧设置。

为了进一步提高倒锥体螺旋建筑结构的整体性，如图5所示，多个斜柱1之间通过多个拉杆5固定为一体。通过多个拉杆5将多个斜柱1固定为一体，进而进一步提高倒锥体螺旋建筑结构的整体性。

多个斜柱1之间设置的多个拉杆5的实现方式有多种，参照图5，多个拉杆5为环形，且每个拉杆5依次与多个斜柱1固定连接。拉杆5为环形，其大小且与对应的安装位置的多个斜柱1的位置相适应，每个拉杆5依次与多个斜柱1固定连接，以将多个斜柱1固定为整体。

需要说明的是，多个拉杆5的排列方式可以根据实际需要灵活设置。例如，多个拉杆5按照其与斜柱1连接位置需要承受荷载的大小来设置分别的疏密度。另外，多个拉杆5可以是沿多个斜柱1延伸方向依次排列，互不相交；也可以是多个拉杆5错综相交，形成类似网状的结构等。

由于当倒锥体螺旋建筑结构在竖向荷载作用下，因为斜柱1的弯曲、剪切变形，会产生较大的下沉变形和沿径向的侧向变形。因此，为了有针对性的提高斜柱1竖向刚度和沿径向的侧向刚度，且减少材料和成本，参照图1和图5，斜柱1为横截面为长扁形的钢柱，且横截面的长边沿倒锥体螺旋建筑结构的径向，即垂直于斜柱1主弯矩方向延伸。长扁形的钢柱的沿长边具有较高的抗弯刚度，因此，可在减少材料和成本的前提下，有针对性的提高斜柱1承受沿倒锥体径向的抗弯刚度。

多个斜柱1与水平面的夹角的角度大小，会影响结构承载能力和刚度。在多次实验验证后，得出优选的角度：如图6所示，多个斜柱1与水平面的夹角a的角度大于60°且小于90°。且在此优选角度的前提下，本发明实施例的倒锥体螺旋建筑结构可以保证较好承载能力和较好刚度。

拉杆5可以为钢板、钢棒或钢拉索。当然，拉杆5也需要考虑采用抗拉的钢板、钢棒或钢拉索来将多个斜柱1连接。

另外，为了验证本发明实施例的倒锥体建筑结构的抗扭转性能。如图7所示，为本发明实施例的具有高抗扭性能的倒锥体螺旋建筑结构中的螺旋环道2的底端固定后与未固定前的结构平动振型和扭转振型的分布表。其中，ux、uy和rz表示三维空间内的位移自由度(即，在三维空间内建立对应的三维坐标系，分别为x轴、y轴和z轴，ux、uy和rz分别表示对应x轴、y轴水平方向和绕z轴扭转方向的质量参与系数)。可以看出，未固定前的结构(相当于现有技术)，结构第1振型为扭转，第2振型、第3振型为平动，扭转周期比1.98/1.80＝1.10，结构扭转效应明显增大，对抗震极为不利。而固定后，第1振型、第2振型均为平动，第3振型为扭转，且扭转周期比1.16/1.80＝0.64，抗扭性能明显提高，结构扭转效应明显减小，有利于抗震。因此，本发明实施例的倒锥体建筑结构相比现有技术的抗扭转性能有了很大的提升。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。