复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法与流程

本发明属于钢结构技术领域，尤其涉及复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法。

背景技术：

“正交正放空间钢网格盒式筒中筒混合结构”即发明专利“钢筋混凝土核心筒与装配整体式空间钢网格筒中筒结构”(证书号第1267867号)，2012年建成的河北省唐山市建华大厦(24层)，多功能写字楼建筑，是此类新型结构体系在地震高烈度(8度)的范例，围绕混凝土核心筒周边lx=25.2m，ly=27.3m，核心筒与四边进深8.4m，采用网格a=2.1m形成正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构，改变后使原设计18层的框筒结构，发展为24层的空间网格盒式筒中筒结构取得了显著的技术经济指标，但美中不足的是楼盖进深8.4m，8.4m/2.1m=4＜5，“板”力学效应未得充分发挥，另一方面网格式框架柱网与楼盖相同，亦为2.1m，柱距净跨度偏小。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构及制作方法，在“正交正放空间网格盒式筒中筒结构”原有网格基础上设计划分更加小型化的网格，钢网格加密，构件节点大幅度增加，可节省用钢量。

为了解决上述技术问题，发明人经过研究和总结得出本发明的技术方案是：

复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构，包括外围呈四边分布的柱网、中央核心筒以及钢网格式楼盖；所述钢网格式楼盖经墙架单元分别与柱网、中央核心筒连接；所述中央核心筒为混泥土现浇制成；所述钢网格式楼盖整体由若干根钢空腹梁均与周边框架柱垂直方向两两刚性连接形成的小型钢网格组成；所述小型钢网格的拼装单元包括单元a、单元b、单元c、单元d、单元e、单元f；所述单元f为基础单元由上弦与下弦构成的双十字钢结构；所述单元d由4个单元f构成；所述单元e由2个单元f构成；所述单元a由3个单元e构成；所述单元b由2个单元d构成；所述单元c由4个单元f构成。

优选的，所述单元f的两边十字结构长度为1250mm。

优选的，所述钢网格式楼盖上端面连接有混泥土板连接方式为销钉固定。

优选的，所述各钢结构采用螺栓连接。

优选的，所述复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构制作方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一：空间钢网格盒式筒中筒结构钢网格参数计算

a1、根据钢空腹梁在宽度a1，折算其惯性矩ix1；

a2、由a1可得，单位宽(1m)的折算惯性矩ix1/a1；

a3、复合型正交正放空腹楼盖网格为a1/2；

a4、因为楼盖的网格已经构成了“板”的力学模型,根据a2与a4计算复合型网格的折算惯性矩ix2，ix2=ix1/a1*a1/2；

步骤二：由上一步骤计算所得参数设计制作空腹刚网格单元

b1、根据a4计算所得ix2，按单位宽(1m)折算惯性矩，即可求得加密网格后钢空腹梁截面尺寸b；

b2、根据a3与b1可得钢网格单元f结构尺寸，并安排车间生产焊接；

b3、单元a、单元b、单元c、单元d、单元e分别由6个、8个、4个、4个、2个单元f两两排列焊接构成；

步骤三：现场拼装

c1、将b3中制造出来的单元a、单元b、单元c、单元d、单元e运输到施工现场；

c2、由起重机械将各单元吊至拼装位置后各单元之间用高强螺栓连接形成一个钢网格式楼盖整体。

与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：

(1)采用本发明的复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构，构件节点大幅度增加，建筑功能更完善，减少了用钢量，节省施工原材料。

(2)采用本发明的复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构，构件小型化后更容易实现车间制造，促进绿色建造施工。

(3)采用本发明的复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构，在净高一致的要求下，层高降低，可建塔楼层数增加。

附图说明

图1是现有技术中钢筒中筒结构塔楼标准层结构布置图；

图2是正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构其塔楼标准层结构布置图；

图3是本发明实施列的复合型正交正放钢网格楼盖平面示意图；

图4是图3中钢网格楼盖网格单元示意图；

图5是钢空腹梁配杆构造图；

图6是图5的钢空腹梁的实腹工字钢梁截面图；

图7是本发明实施例的空腹楼盖中钢空腹梁结构构造图；

图8是图7的钢空腹梁的实腹工字梁截面图；

图9是本发明实施列的墙架单元结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理进一步描述。

假设待施工建筑项目的设防烈度为8度，且场地土为三类，需建超高层(h＞100m)写字楼建筑，常规的钢框筒结构达不到抗震要求，按传统的超高层高烈度地区，只有采用钢筒中筒混合结构，密柱密梁的周边钢框架筒体，核心筒为混凝土剪力墙形成的筒中筒混合结构。

如图1所示，为现有技术中钢筒中筒结构塔楼标准层结构布置图，即形成a=2.5m的密柱密梁，按抗震规程其高(h)宽(b)比h/b=6.5，塔楼(图1)地上高度h=6.5×32.5=211.25m，常规钢筒中筒结构2.5m的柱间距，跨度l=10时，采用框架梁为h800×350×10×25，仅楼盖(未计周边密柱及框梁用钢)用钢78kg/m²，用钢量大是一方面，楼盖结构高度(800+400=1200)，(400为吊顶自动喷淋设备层)，当办公楼净高2800时，平均塔每层层高2.8+1.2=4m，即按常规筒中筒结构，可建层数n1=211.25m/4m=53层(h=212m)塔楼面积60287m²，另外此类结构还作不到大开间灵活划分房间的建筑要求。

如图2所示，楼盖网格与柱网相同(2500)，网格(2.5m×2.5m)在车间作成井字型网格单元，网格占5m×5m=25m²，运输单元宽度超过3m，远距离运输不可实现（收费站宽度为3m），本发明特提出“复合型正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构”。

如图3和图4所示，复合型正交正放空间网格盒式筒中筒结构，包括外围呈四边分布的柱网、中央核心筒以及钢网格式楼盖；所述钢网格式楼盖经墙架单元分别与柱网、中央核心筒连接；所述中央核心筒为混泥土现浇制成；所述钢网格式楼盖整体由若干根钢空腹梁均与周边框架柱垂直方向两两刚性连接形成的小型钢网格组成；所述小型钢网格的拼装单元包括单元a、单元b、单元c、单元d、单元e、单元f；所述单元f为基础单元由上弦与下弦构成的双十字钢结构；所述单元d由4个单元f构成；所述单元e由2个单元f构成；所述单元a由3个单元e构成；所述单元b由2个单元d构成；所述单元c由4个单元f构成。

优选的，所述单元f的两边十字结构长度为1250mm。即将原a=2.5m网格改为a/2=1.25m网格，即网格加密后，其受力方向由4个网格(4×2.5m=10m)变为8个网格(8×1.25m=10m)，车间制作的井字单元由5m×5m=25m²，改变为2.5m×2.5m=6.25m²，缩小4倍，工厂制造的单元最大宽度2.5m以内，克服此种盒式结构不足的同时，确保楼盖结构用钢量不增加，由“板”的力学模型可知，原2.5m宽空腹梁折算惯性矩为14531cm⁴，每米宽折算惯性矩5812.4cm²，当网格宽变小为1.25m时，其折算惯性矩ix=1.25×5812.4=7265.5cm⁴。

如图5所示，钢空腹夹层板厚度按“板”的刚度取值h1=320(方形网格l/31)，钢筋混凝土方形面板h2=80(l/31)总高度(400)，其空腹2300×50，作自动喷淋管线设备层使用，在净高2.8m要求下，层高2.8m+0.4m=3.2m，可建塔楼层数n2=211.25m/3.2m=66层，即塔楼建造面积a1=66×32.5m×35m=75075m²，比常规筒中筒结构(图1)多建13层，增加建筑面积14788m²。

从图5可知，钢空腹楼盖用钢在45kg/m²和传统筒中筒楼盖(78kg/m²)下降33kg/m²。楼盖用钢量下降42%，新结构体系多建13层的条件下(多建14788m²)楼盖型钢3378t，而53层的传统的钢结构用钢4702.3t，少13层情况下多用钢材1324t，高耸结构楼盖的结构力学模型选用“梁”还是“板”具有极其重要的作用。

如图6所示，a与b钢空腹楼盖选用“板”的力学模型，其网格a=2.5m时，其折算惯性矩ix(2.5m)=14531cm4(没有考虑混凝土厚度)，楼盖每米宽其折算惯性矩ix(2.5m)/2.5m=5812.4cm4。正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构在多项工程实践中已证实其优越性。但在如下两方面有待进一步充实提高，其一钢空腹网格数在楼盖主要受力方向最好大于等于5，充分发挥“板”的力学效应，其二此类新型结构体系必然要走车间制造现场拼装的施工工序。

如图7所示，由惯性矩求得的网格1.25m时楼盖构造图。在钢网格式楼盖上端面连接有混泥土板，其采用的连接方式为销钉固定。

如图8所示，图中a为复合型钢空腹梁几何尺寸，用钢量不增加，而楼盖空腹净高由50增加160。而图7中b为折算为实腹工字梁的基本尺寸(误差5%以内)。由于“复合型正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构”的提出，在保持原发明专利(zl201110348963.7)的各项优点前提下，使每层楼盖空腹净高提高60%以上。

如图9所示，为本发明实施列的墙架单元结构示意图，墙架单元起到终端连接作用，钢网格式楼盖与柱网，以及网格式楼盖与中央核心筒连接中都使用了墙架单元。

此外，上述各钢结构单元均采用螺栓连接。

综上，结合实施例一某超高层写字楼(h=212m)其周边钢柱柱网2500mm，对复合型正交正放空间钢网格盒式筒中筒结构制作方法作进一步阐述，所述方法包括如下步骤：

步骤一：空间钢网格盒式筒中筒结构钢网格参数计算

a1、根据钢空腹梁在宽度a1=2500mm，折算其惯性矩ix1=14531cm⁴，；

a2、由a1可得，单位宽(1m)的折算惯性矩ix1/a1=5812.4cm²；

a3、复合型正交正放空腹楼盖网格为a1/2=1250mm；

a4、因为楼盖的网格已经构成了“板”的力学模型,根据a2与a4计算复合型网格的折算惯性矩ix2，ix2=ix1/a1*a1/2=7265.5cm⁴；

步骤二：由上一步骤计算所得参数设计制作空腹刚网格单元

b1、根据a4计算所得ix2，按单位宽(1m)折算惯性矩，即可求得加密网格后钢空腹梁截面尺寸b；

b2、根据a3与b1可得钢网格单元f结构尺寸，并安排车间生产焊接；

b3、单元a、单元b、单元c、单元d、单元e分别由6个、8个、4个、4个、2个单元f两两排列焊接构成；

步骤三：现场拼装

c1、将b3中制造出来的单元a、单元b、单元c、单元d、单元e运输到施工现场；

c2、由起重机械将各单元吊至拼装位置后各单元之间用高强螺栓连接形成一个钢网格式楼盖整体。

由a4与a2可知惯性矩ix2>ix1,优化后的钢空腹梁更薄，在楼盖厚度不变的情况下，钢网格上弦与钢网格下弦之间的用钢量不增加，而楼盖空腹净高由50mm增加160mm，多出的空间可作每层楼盖的自动喷淋设备层使用。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。