CN102561507A

CN102561507A - 六边形建筑结构

Info

Publication number: CN102561507A
Application number: CN2011104606178A
Authority: CN
Inventors: 傅学怡; 高颖; 周颖; 杨想兵
Original assignee: China Construction (beijing) International Design Consultant Co Ltd
Current assignee: China Construction (beijing) International Design Consultant Co Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种六边形建筑结构，属于工程技术领域，为解决现有技术中，当发生地震时，易使六边形建筑结构中的斜柱先出现屈服的情况，造成连续倒塌的问题而设计。一种六边形建筑结构，包括：共用一根横梁或一根斜柱的至少两个六边形单元，所述六边形单元中的所述斜柱之间以及所述横梁与所述斜柱之间通过刚性节点连接；所述横梁的轴向刚度为所述斜柱的轴向刚度的30％-80％。

Description

六边形建筑结构

技术领域

本发明涉及工程技术领域，尤其涉及一种六边形建筑结构。

背景技术

在建造高层建筑时，需要建筑结构具有较好的抗震性能。六边形结构具有较好的抗侧刚度和抗侧承载能力，同时具有一定的竖向承载能力和竖向刚度。六边形建筑结构被用于高层建筑中。

在六边形建筑结构中，斜柱和横梁的刚度相同时，地震作用下不利于发挥横梁的抗震性能，容易出现六边形建筑结构中的斜柱先出现屈服的情况，不利于结构安全，同时造成一定的经济浪费。

发明内容

本发明的实施例提供一种六边形建筑结构。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种六边形建筑结构，包括：共用一根横梁或一根斜柱的至少两个六边形单元，所述六边形单元中的所述斜柱之间以及所述横梁与所述斜柱之间通过刚性节点连接；所述横梁的轴向刚度为所述斜柱的轴向刚度的30％-80％。

本发明实施例提供的一种六边形建筑结构，通过将横梁的轴向刚度设置为斜柱的轴向刚度的30％-80％，使六边形单元在竖向载荷和水平载荷的情况下正常工作，避免横梁轴向刚度较低，从而整体结构抗侧刚度急剧退化，且避免横梁轴向刚度较高，从而整体结构抗侧延性较差，提高了六边形建筑结构的抗震性能，并且在保证了六边形建筑结构的抗震性能的前提下，节省了制造横梁的原料。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明所述的六边形建筑结构的示意图；

图2为本发明所述的六边形建筑结构图1中A侧的示意图；

图3为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下，横梁的轴向刚度和斜柱的轴向刚度的刚度比与斜柱竖向变形量的关系曲线图；

图4为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下，横梁的轴向刚度和斜柱的轴向刚度的刚度比与斜柱的轴力的关系曲线图；

图5为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下，横梁的轴向刚度和斜柱的轴向刚度的刚度比与斜柱的弯矩的关系曲线图；

图6为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下的弯矩图；

图7为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下的轴力图；

图8为本发明所述的六边形建筑结构在水平载荷作用下得弯矩图；

图9为本发明所述的六边形建筑结构在竖向载荷作用下的变形图；

图10为本发明所述的六边形建筑结构在水平载荷作用下，横梁的刚度与六边形建筑结构侧向位移的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种六边形建筑结构进行详细描述。应当明确，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。

在本发明中，如图1所示，在六边形建筑结构中，包括至少两个六边形单元1、2，横梁10水平设置，斜柱11与横梁10呈一定角度，当所述六边形单元1、2为正六边形时，斜柱11与横梁10所呈的角度为120度；横梁10和斜柱11通过刚性节点12连接，从而使横梁10和斜柱11与刚性节点12之间不发生转动形变；其中六边形单元1、2共用一根斜柱11，从图中也可以看出，相邻的六边形单元之间也可共用一根横梁。

在六边形单元中，横梁的轴向刚度为斜柱的轴向刚度的30％-80％；当横梁为圆柱体时，调整横梁的轴向刚度可以通过调整横梁的直径来实现，当横梁为矩形时，可通过调整矩形的宽度或厚度实现；如图2所示，通过调整横梁的直径调整横梁的轴向刚度，使横梁的轴向刚度为斜柱的轴向刚度的30％-80％。

根据图3-图5所示的关系以及图6-图8所示的受力性能(其中在图6和图8中实线和虚线代表不同方向的弯矩)，对六边形单元进行分析：

六边形单元受到竖向载荷的情况下，因斜柱为斜向设置，故斜柱会存在与轴平行的轴力，以及与斜柱呈一定角度的弯矩。斜柱的上端点和下端点相对的线位移迫使斜柱发生反弯变形，如图9所示，产生的斜柱杆端弯矩基本自平衡，竖向变形和侧向变形基本相同，此时横梁以轴向变形为主，应力水平较低。当横梁的轴向刚度与斜柱的轴向刚度的刚度比为0.3-0.8时，随着横梁的轴向刚度的增大，斜柱的竖向变形逐渐减小，斜柱的竖向刚度逐渐增强，相对应的斜柱内轴力逐渐增大，弯矩和剪力逐渐减小；斜柱竖向变形量的曲线、斜柱所受到的轴力的曲线和斜柱的弯矩的曲线，在刚度比为0.3-0.8之间的变化较平滑且未出现突变，斜柱变形的过程中，六边形单元的结构性能较稳定，从而可看出当刚度比为0.3-0.8时六边形单元具有较好的竖向载荷下工作性能，并且未出现屈服的情况。

在六边形单元受到水平载荷的情况下，如图10所示，通过对六边形单元上的特征点的侧移变形进行检测，也可以看出，横梁的轴向刚度变化倍数为0.3-0.8之间时，侧移变形量变化也较为稳定，同样也可以使六边形单元具有较好的延性。

当横梁的轴向刚度和斜柱的轴向刚度的刚度比小于0.3时，如图3-图5所示，在六边形单元受到竖向载荷的情况下，刚度比的变化会使斜柱的轴力迅速减小而弯矩迅速增大，从而使斜柱的竖向变形急剧增大。在六边形单元受到水平载荷的情况下，如图10所示，六边形单元上特征点的侧移变形也发生突变。此时，六边形建筑结构的抗侧移的性能退化加剧，抗震性能下降，易出现连续倒塌的情况。

当横梁的轴向刚度和斜柱的轴向刚度的刚度比大于0.8时，如图3-图5所示，在六边形单元受到竖向载荷的情况下，刚度比的变化对于斜柱的竖向变形、所受的轴力和弯矩的影响较小。在六边形单元受到水平载荷的情况下，横梁的刚度变化对六边形单元上的特征点侧移变形的影响较小，从而影响了使六边形建筑结构的延性。并且增大横梁的刚度则需要增大横梁的直径；此时，制造横梁需消耗大量的原料，造成了原料的浪费。

在现有的六边形建筑结构中，当载荷过大时，斜柱会出现剪切破坏，从而造成连续倒塌。

本发明中，在六边形单元中的横梁的轴向刚度为斜柱的轴向刚度的30％-80％时，当六边形单元受到竖向载荷和横向载荷的情况下，如图9所示，横梁压缩斜柱变形，在此过程中，横梁的轴向刚度逐渐提升，对斜柱的变形进行支撑，防止斜柱变形过大，而出现的斜柱剪切破坏；当竖向载荷和横向载荷过大时，因横梁的轴向刚度低于斜柱的轴向刚度，横梁先进入屈服；横梁出现屈服后，因该屈服会引起弯曲破坏，防止六边形单元的立即破坏，从而提高了六边形单元的抗震性能。

本发明实施例提供的一种六边形建筑结构，通过将横梁的轴向刚度设置为斜柱的轴向刚度的30％-80％，使六边形单元在受到竖向载荷和水平载荷的情况下正常工作，避免横梁轴向刚度较低，从而整体结构抗侧刚度急剧退化，且避免横梁轴向刚度较高，从而整体结构抗侧延性较差，提高了六边形建筑结构的抗震性能，并且在保证了六边形建筑结构的抗震性能的前提下，节省了制造横梁的原料。

以上所述，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种六边形建筑结构，包括：共用一根横梁或一根斜柱的至少两个六边形单元，所述的六边形结构单元的各个边与相邻的六边形结构单元的各个边共有，所述六边形单元中的所述斜柱之间以及所述横梁与所述斜柱之间通过刚性节点连接，其特征在于，所述横梁的轴向刚度为所述斜柱的轴向刚度的30％-80％。

2.根据权利要求1所述的六边形建筑结构，其特征在于，所述六边形单元为正六边形或非正六边形。