一种螺旋上升式多空间结构体系的制作方法

本发明属于空间结构技术领域，特别涉及一种螺旋上升式多空间结构体系。

背景技术：

随着建筑形式的多样化发展，以及现在人们审美的多角度需求，建筑造型和工艺也随之创新，突破了原有样式，出现了众多造型各异的建筑。在各式各样的异型建筑中螺旋式建筑以其造型优美，感官冲击力强备受建筑师的喜爱。

但是在设计和建造螺旋式建筑时，往往只将螺旋式构件作为整体建筑的局部或外围装饰，而未能体现螺旋建筑结构的整体魅力，也未能更好的体现与其他结构联合的多样化设计；在螺旋式建筑中常用的材料为钢材，钢材具有强度高、自重轻、整体刚度好等特点，而且其还具有变形能力强、可焊性以及可塑性强等优点，可为异型建筑尤其螺旋式建筑提供可靠的结构整体性和稳定性。因此，本发明提供了一种基于钢材结构设计的螺旋上升式多空间结构体系。

技术实现要素：

本发明提出的一种螺旋上升式多空间结构体系，用以解决多空间结构的螺旋上升式外形设计，以及与内部结构的连接和整体结构的支撑等问题，具体技术方案如下：

一种螺旋上升式多空间结构体系，包含螺旋上升式外部钢网格、连接于外部钢网格内部的多边形钢框架、以及连接于多边形钢框架和地面基础间的一组核心筒，所述外部钢网格为多边形杆件组成的管状结构。

所述多边形杆件为正多边形，多边形杆件在螺旋上升方向上间隔布置，所述多边形杆件的竖向面内侧围合呈圆形。

相邻多边形杆件的角点处通过连杆连接，所述连杆在螺旋上升方向上通长布置，且多边形杆件的各个角点均连接有连杆。

相邻多边形杆件与相邻连杆间在同一平面内组成四边形框架，所述四边形框架内相对角点至少连接一根斜杆。

所述外部钢网格在与多边形钢框架连接处设置有连接口，且外部钢网格内部与多边形钢框架内部连通；所述多边形钢框架分层设置，且多边形钢框架底面与地面基础平行。

所述多边形钢框架包含连接于外部钢网格径向的多边形钢框架和连接于外部钢网格环向的多边形钢框架，在同一层的环向和径向交叉点为共用同一连接口并共用同一段多边形钢框架。

一组核心筒关于螺旋上升式外部钢网格中心线对称布置，所述核心筒在同一层多边形钢框架上至少设置一处，且每处核心筒至少为一个；其中，若每处为多个核心筒，则多个核心筒的布置方向与外部钢网格的螺旋上升式方向相同。

所述外部钢网格和多边形钢框架的外表面均连接有外部面层，其中多边形钢框架在外部钢网格间呈连廊式联通布置。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过将外部空间钢网格设置成螺旋上升式，构建了灵活多变的多层空间结构，使得建筑整体律动美观，且外部空间钢网格为多边形管状结构，既保证了内部的通畅运行，又彰显了外部的富于曲折的造型；

2.连杆在螺旋上升方向通长的设置，保证了外部空间钢网格的一体性，而连杆与多边形杆件间连接的斜杆，则确保了外部空间钢网格的受力稳定性；

3.外部钢网格与多边形钢框架内部相互连通的连廊式设计，且多边形钢框架逐层布置，一方面增强了外部钢网格在环向和径向的侧向刚度，另一方面也赋予了“互联互通”的造型寓意，其中多边形钢框架的多边形可以与外部钢网格多边形相同也可不同，可根据实际的需求进行针对化设计；

4.核心筒连接于基础与多边形钢框架之间，形成整体漂浮的建筑造型，创造出地面活动空间，实现了贯通的大空间功能，核心筒的对称式设置可保证上部结构的受力均衡，在同一处沿螺旋上升方向设计，则可有针对性的对外部空间钢网格进行局部加固，保证上部结构的整体承载。

综上，本发明基于多空间结构的螺旋式设置，造型美观，富于变化，内部设置多边形钢框架可作为“长廊”应用，同时互联互通的设计具有现代寓意，结构整体设计和钢结构选择应用合理，易于实施。

附图说明

图1是螺旋上升多空间结构体系局部分解立体示意图；

图2是外部钢网格立体图；

图3是外部钢网格俯视图；

图4是核心筒和多边形钢框架连接示意图。

附图标记：1-外部钢网格；11-连接口；12-多边形杆件；13-连杆；14-斜杆；2-多边形钢框架；3-核心筒。

具体实施方式

如图1所示，螺旋上升式多空间结构体系局部分解立体示意图，将外部钢网格1、多边形钢框架2和核心筒3分解，示意图上部为多边形钢框架2，中部为外部钢网格1，下部为核心筒3，其中外部钢网格1为螺旋上升式，多边形钢框架2焊接在外部钢网格1内部的连接口11上，核心筒3连接于多边形钢框架2和地面基础间；本实施例中外部钢网格1为五边形钢杆件组成的管状空间结构；所述多边形钢框架2为四边形，包含焊接于外部钢网格1径向的多边形钢框架2和焊接于外部钢网格1环向的多边形钢框架2，其中多边形钢框架2与外部钢网格1一体设计，在最底层设置两个环向多边形钢框架2、第二层设置一个径向的多边形钢框架2，第三层设置一个径向和半径向连通的多边形钢框架2，在最高一层设置一个径向多边形钢框架2，每层多边形钢框架2相对独立，在同一层的环向和径向交叉点为共用同一连接口11，并共用同一段多边形钢框架2；其中层数的设计为外部钢网格1垂向高度、受力分担荷载以及通行综合确定。

如图2和图3所示，所述多边形杆件12为正五边形，多边形杆件12在螺旋上升方向上间隔布置，所述多边形杆件12的竖向面内侧围合呈圆形；相邻多边形杆件12的角点处通过连杆13连接，所述连杆13为钢连杆，其型号材质和多边形杆件12一致；所述连杆13在螺旋上升方向上通长布置，且多边形杆件12的各个角点均焊接有连杆13；所述相邻多边形杆件12与相邻连杆13间在同一平面内组成四边形框架，所述四边形框架内相对角点焊接一根斜杆14，所述斜杆14为钢制杆，外部空间网格形成了由斜杆14组成的三角形网格交互相连的形式，此形式具有稳定的力学特性；所述外部钢网格1在与多边形钢框架2连接处设置有连接口11，连接口11的大小适应多边形钢框架2，所述连接口11在外部钢网格1制作时预留接头，在焊接外部钢网格1后，将外部钢网格1内部与多边形钢框架2内部连通；依据结构稳定、造型以及实际同行等条件，综合设计每层的多边形钢框架2，且在焊接安装多边形钢框架2时，将其底面与地面基础平行。

如图4所示，所述核心筒3整体关于螺旋上升式外部钢网格1中心线对称布置，核心筒3作为结构主要抗侧力构件和承载竖向力构件，采用钢板混凝土结构，即钢板之间浇筑高强度混凝土，以保证结构具有足够的强度与刚度，本实施例中，以4组核心筒3为落地点，每处为两个或三个核心筒3，每处核心筒3的布置方向与外部钢网格1的螺旋上升式方向相同；其中核心筒3与底层的两个多边形钢框架2相连，下部形成两个桥式结构，将上部的螺旋上升管状结构形成的整体落在桥式结构上部，其余核心筒3布置在多边形钢框架2的两端部。

以上所述核心筒3和多边形钢框架2的布置形式和连接位置，主要由整体受力确定，在满足整体受力的基础上兼顾美观的需求，在施工安装时外部钢网格1可单独预制拼装，然后吊装至连接于地面基础的核心筒3上，然后在外部钢网格1的内侧和外侧进行分层进行支护，再进行多边形钢框架2的施工，其中多边形钢框架2的施工为由低向高处施工，其中，每施工完一层拆掉一层外部钢网格1的支护，直至完成整体施工；在安装多边形钢框架2施工时每进行一层的施工，则进行一次测量定位符合，符合标准后方可进行下一阶段的施工，最后在外部钢网格1和多边形钢框架2上安装面层，形成可供人员活动的螺旋上升式建筑和连廊。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。