一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系的制作方法

1.本发明涉及建筑结构设计及施工技术领域，具体涉及一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系。


背景技术：

2.伴随经济发展和科技进步，建筑结构越来越朝着多样化和大型化的趋势发展。一些特殊功能的建筑，需要内部建筑空间又高又大，因此出现了所谓的超高大跨度结构。此处定义的超高大跨度结构，系指结构跨度和高度均≥60m的建筑结构，主要应用于飞艇库、高压雷电试验室、火箭组装厂房、大空间娱乐建筑等特殊领域。对于超高大跨度结构来说，结构选型中必须考虑以下因素：1）竖向支承结构在风荷载等水平荷载下的受力性能是结构选型的关键。由于结构超高，竖向支承结构不但要承受竖向荷载，作为结构主要抗侧力构件，同时还要承受和传递更大的水平风荷载，表现出大跨度竖向墙面结构的受力特征；2）结构选型要考虑结构施工的可实施性和可靠性，即结构方案要尽量减少施工措施费用，提高施工实施的可靠性和安全性；3）要结合使用功能、建筑形体等确定合适的结构方案。由于此类建筑的特殊性，目前应用案例还很少，其结构形式和体系尚在不断发展和完善中。从已经建成的案例来看，有空间筒壳和空间拱架结构，主要用于飞艇库；有排架结构，用于航天火箭组装厂房和一些特殊试验室；有巨型框架结构，用于高大空间的娱乐设施。空间筒壳或空间拱架适用于内部空间可以下宽上窄而且纵向长度较长的建筑结构，如飞艇库等，其杆件较多，目前主要采用累积提升的逆施工法，施工难度大，风险高；当排架结构的结构高度大于60m时，结构效率急剧降低，用钢量增长很快；巨型框架结构本质上由梁柱抗弯受力，结构效率和经济指标尚有待提高。综上所述，亟需给出更多合理结构体系，以适应不同使用需求、建筑体型的超高大跨度结构。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提出一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系，以解决背景技术中所述的技术问题。
4.为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系，包括竖向支承结构和网架屋盖，所述竖向支承结构对应设置于建筑结构水平投影的外轮廓位置，包括四角位置的钢筋混凝土格构柱和四周的若干根格构式抗风柱，若干根格构式抗风柱等间隔布设在钢筋混凝土格构柱之间，且格构式抗风柱与格构式抗风柱之间、格构式抗风柱与钢筋混凝土格构柱之间均通过若干道水平设置的抗风桁架梁相连，所述网架屋盖固定设置于竖向支承结构顶部，包括平行设置的上弦网架和下弦网架，所述上弦网架和下弦网架均为正交正放并焊接球形节点的平面网格，且上弦网架和下弦网架之间通过若干组竖腹杆和斜腹杆连为一体。
5.优选地，所述钢筋混凝土格构柱为双肢巨型钢筋混凝土格构柱，其两侧柱肢分别
对应设置于建筑结构相邻的两侧侧墙位置，并使建筑结构的侧墙之间形成切角。
6.优选地，所述双肢巨型钢筋混凝土格构柱的柱肢采用矩形空心柱的结构形式，且其缀板采用箱型横梁的结构形式。
7.优选地，所述双肢巨型钢筋混凝土格构柱的缀板与建筑结构两侧侧墙之间形成的夹角相等。
8.优选地，所述上弦网架和下弦网架的平面网格状架体内对应设置有平面支撑。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果为：与其他结构体系相比，本发明由四角位置的巨型钢筋混凝土格构柱作为主要水平抗侧力构件，巨型钢筋混凝土格构柱之间按井字形设置竖向格构式抗风柱和横向抗风桁架梁，抗风柱抵抗风荷载并传递竖向荷载，抗风桁架梁将水平荷载传递至巨型钢筋混凝土格构柱，网架屋盖采用正交正放网架，面内设置支撑加强刚度，本结构体系荷载逐级传递，主次分明，受力明确，巨型钢筋混凝土格构柱位于四角，占用空间最小，同时矩形空心柱内部可以作为功能用房或检修楼梯或电梯，中间作为箱型横梁的格构钢柱和抗风桁架梁主要传递风荷载，不是主侧力构件，截面较小，减少了占地面积，而且钢筋混凝土的空心柱可采用滑模施工，然后施工完的巨型钢筋混凝土格构柱可作为钢结构的施工平台，降低了施工难度和风险。
附图说明
10.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：图1为本发明的三维结构示意图；图2为本发明竖向支承结构的平面布置图；图3为本发明网架屋盖的平面布置图；图4为本发明一侧的结构立面图；图5为本发明另一侧的结构立面图；图6为本发明钢筋混凝土格构柱的结构示意图；图7为本发明矩形空心柱的剖面结构示意图；图8为本发明箱型横梁的剖面结构示意图。
11.附图标记：1-钢筋混凝土格构柱、11-矩形空心柱、12-箱型横梁、2-格构式抗风柱、3-抗风桁架梁、4-网架屋盖、41-上弦网架、42-下弦网架、43-竖腹杆、44-斜腹杆、45-平面支撑。
具体实施方式
12.在下文中，将参照附图描述本发明的一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
13.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“横”、“竖”、“斜”、“顶”、“底”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图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。
14.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
15.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面结合图1-8，对本发明的优选实施例作进一步详细说明：如图1-5所示，本发明优选的一种采用巨型钢筋混凝土格构柱的超高大跨度结构体系，包括竖向支承结构和网架屋盖，所述竖向支承结构对应设置于建筑结构水平投影的外轮廓位置，包括四角位置的钢筋混凝土格构柱1和四周的若干根格构式抗风柱2，若干根格构式抗风柱2等间隔布设在钢筋混凝土格构柱1之间，且格构式抗风柱2与格构式抗风柱2之间、格构式抗风柱2与钢筋混凝土格构柱1之间均通过若干道水平设置的抗风桁架梁3相连，四角位置的钢筋混凝土格构柱1是主要的水平抗侧力构件，承担主要水平荷载，同时保证整体结构的侧向刚度，巨型钢筋混凝土格构柱1之间设置竖向格构式抗风柱2和横向抗风桁架梁3，格构式抗风柱2用以抵抗风荷载并传递竖向荷载，水平抗风桁架梁3用以将水平荷载传递至巨型钢筋混凝土格构柱1，如图6-8所示，所述钢筋混凝土格构柱1为双肢巨型钢筋混凝土格构柱，其柱肢采用矩形空心柱11的结构形式，且其缀板采用箱型横梁12的结构形式并与矩形空心柱11刚性连接，采用矩形空心柱11，结构刚度大，可采用滑模施工，钢筋混凝土格构柱1的两侧柱肢分别对应设置于建筑结构相邻的两侧侧墙位置，并使建筑结构的侧墙之间形成切角，且双肢巨型钢筋混凝土格构柱的缀板与建筑结构两侧侧墙之间形成的夹角相等，切角的设置可降低建筑结构角部极值负压，减小整体风荷载，同时节省空间；所述网架屋盖4固定设置于竖向支承结构顶部，包括平行设置的上弦网架41和下弦网架42，所述上弦网架41和下弦网架42均为正交正放并焊接球形节点的平面网格，上弦网架41和下弦网架42之间通过若干组竖腹杆43和斜腹杆44连为一体，且上弦网架41和下弦网架42的平面网格状架体内对应设置有平面支撑45，加强面内刚度。
16.本发明的传力路径如下，水平风荷载通过围护结构主要作用于格构式抗风柱2和水平设置的抗风桁架梁3，抗风桁架梁3将风荷载传递给四角位置的巨型钢筋混凝土格构柱1，格构式抗风柱2的一部分水平力通过网架屋盖4和抗风桁架梁3传递给四角位置的巨型钢筋混凝土格构柱1，另一部分水平力则直接作用于基础。网架屋盖4采用正交正放并焊接球节点的网架结构承担屋盖竖向荷载，上弦网架41和下弦网架42内对应设置平面支撑45，利用面内刚度传递水平力。可见，本结构体系荷载逐级传递，主次分明，受力明确，其中巨型钢筋混凝土格构柱1是主要的抗侧力构件，屋盖的竖向荷载通过网架屋盖4分别传递给四角位置的巨型钢筋混凝土格构柱1和周边的格构式抗风柱2，再传给基础，四周围护结构的竖向荷载则通过周边的格构式抗风柱2直接传给基础。
17.本发明的施工工艺如下，结构体系施工采用滑模施工 整体提升法，巨型钢筋混凝土结构的矩形空心柱11采用滑模施工，施工完毕后作为四周钢结构的施工平台，四周的格构式抗风柱2和抗风桁架梁3采用大型吊车逐级吊装的方法，网架屋盖4则利用四周的巨型钢筋混凝土格构柱1进行整体提升。本结构体系特别适用于屋盖下弦高度大于100m，建筑平
面接近方形的超高大跨度结构体系。
18.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。