建筑构造体 【技术领域】
本发明涉及建筑构造体，更具体地，涉及具有管结构或骨架结构的建筑构造体。
背景技术
在传统上，框架(rahmen framc)(刚性架)是著名的高层或超高层建筑结构的建筑构造体。所述框架由连接成三维格子形状的柱和梁组成。然而，因为在所有的柱中间都安装有梁，上述框架的缺点是在很大程度上限制了内部设计。相反，管架(tube frame)由连续不断的安装在建筑物外围的柱和连接柱的梁组成。管架可获得一个其中没有柱或梁的空间。因此，其优点是设计起来极为自由。此外，全部的建筑物是在管状结构内形成的，所以其抗地震和抗风压的能力较强。
在专利文献1中，形成了中央为常用区域、外部四周为居住区的外围管架(outer peripheraltube frame)，该外围管架结构为具有设在居住区外围的外围柱和设在所述柱之间的外围梁的四边形格子形状的通用框架。在常用区域内形成了内围管架，该内围管架结构由内围柱和处于所述内围柱之间的内部梁组成。该参考专利1公开了具有外围管架和内围管架的双管结构。
专利文献2也公开了具有外围管架和内围管架的双管结构。所述外围管架和内围管架为通用框架。
专利文献3公开了一种具有外围管架的建筑物，所述外围管架设有支架与由竖直的柱和水平的梁组成的通用框架的格子相交。在所述外围框架内部设有平板状的横隔板以确保其抵抗力和坚固的性能，如同传统的框架那样。
在传统上，由六边形格子连续不断的连接而形成的蜂巢结构被公认为是坚固的结构。蜂巢结构被应用于建筑物和建筑物构材(建筑物之结构单位，如横梁或墙等)的不同位置(如专利文献4和5等所披露的那样)。例如专利文献6公开了在应用于管架的结构中，通过在水平平面内连续连接六边形单元而形成了蜂巢结构。已知如上述的蜂巢结构是通过直柱(stud)在铅直方向上堆叠而成的。
参考文献1公开了一种具有设于曲面表层上的蜂巢状钢构材的建筑物，和建筑物内的承重柱。在所述曲面层上的蜂巢状钢构材内，具有相同形状的六边形格子不是平衡地均等连接的。格子的每条边都不是通用的线性构材(柱、梁等)。
专利文献1：未经审查的日本专利申请：No.2002-317565；
专利文献2：未经审查的日本专利申请：No.2004-251056；
专利文献3：未经审查的日本专利申请：No.H07-197535；
专利文献4：未经审查的日本专利申请：No.H09-4130；
专利文献5：未经审查的日本专利申请：No.H10-18431；
专利文献6：未经审查的日本专利申请：No.H09-60301；
参考文献1：“Imagining Ground Zero”(第137页)Suzanne Stephens著，Hiroko Shimoyama译，2004年12月1日由Eknowledge出版。
传统管架的基本结构是内有四边形格子彼此相连的通用框架。四边形格子由竖直的柱(直柱)和水平的梁组成。为了确保高层或超高层建筑物的结构稳定性和抗震性，只有一个外围管架是不够的。因此设有内管架，外围管架和/或内管架的柱按一定密度以上配置。用板或特定的梁将外围管架和内管架连接起来。此外，外围管架内部结合有次级框架。多个外围管架不间断的彼此连接。在大多数情况下，前述的各种结构限制是必须的。例如，在专利文献1和2中至少为双层的管架是必须的，在专利文献3中，设于(外围框架)内部的水平平板状的横隔板是必须的。
当作为管架基本构造的由直柱和水平梁组成的通用框架作为建筑单元、被应用于高层建筑物，特别是超高层建筑物上时，为了确保建筑物的强度，必须对各种因素加以限制。因此，设计的自由度被减少了，而自由度正是管架的优点。
在将蜂巢结构应用于管架时，该蜂巢结构设置在水平面上，通过铅垂方向上的直柱堆叠而成，如专利文献6中所披露的那样。像通用框架一样，所述直柱承受着铅垂方向上的重量。在参考文献1中，蜂巢状钢构材设于表面层上；然而，必须在内部设置承重柱，仅仅表面层不能承受所有重量。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种建筑构造体，该建筑构造体包括具有新颖的基本结构的管架，该管架的新颖的基本结构不同于传统管架的基本结构。本发明的目的是通过在高层和超高层建筑物的建筑构造体中采用唯一的外围管架来确保该建筑构造体的稳固性和抗震性。本发明的建筑构造体的稳固性和抗震性优于那些传统的建筑构造体。此外，本发明的目的还在于获得比传统的管架构造体更高的设计自由度。
作为本发明的一个实施方式，本发明的建筑构造体包括作为主框架的外围管架，在所述主框架中，具有六条边的六边形结构单元的每条边均与相邻单元所共有，且所述每条边均与蜂巢状的相邻单元刚性连接；其中，
所述六边形结构单元的左右对称，由向相反方向倾斜的两根斜柱组成的两条边被连接在一起，并且所有梁或板的局部分别沿水平方向设置在上边和下边。
作为本发明的另一实施方式，本发明的建筑构造体包括多个作为主框架的板，所述多个板之间的间距相等，所述间距等于六边形结构单元的高度。
作为本发明的又一种实施方式，本发明的建筑构造体包括次级框架，在该次级框架中板与板之间的空间被分割为四层。
作为本发明的第四种实施方式，本发明的建筑构造体包括多个作为主框架的板，所述板与板之间的间距相等，所述间距是六边形结构单元的高度的二分之一。
作为本发明的第五种实施方式，本发明的建筑构造体包括次级框架，在该次级框架中板与板之间的空间被分割为两层。
作为本发明的第六种实施方式，本发明的建筑构造体包括：
- 一个部分具有多个作为主框架的板，所述板与板之间的间距相等，所述间距等于六边形结构单元的高度；
- 一个部分具有多个作为主框架的板，所述板与板之间的间距相等，所述间距是六边形结构单元的高度的二分之一。
作为本发明的第七种实施方式，本发明的建筑构造体包括至少一根置于内部的柱，其作为主框架，立在外围管架内的铅垂方向上。
作为本发明的第八种实施方式，本发明的建筑构造体包括至少一个内框架作为主框架，其中：第二六边形结构单元在外围管架内刚性连接成蜂巢状。
作为本发明的第九种实施方式，本发明的建筑构造体中第二六边形结构单元的高度是所述外围管架的六边形结构单元高度的二分之一。
作为本发明的第十种实施方式，本发明的建筑构造体中用作为主框架的板或梁连接外围管架和内管架。
作为本发明的第十一种实施方式，本发明的建筑构造体包括设在内管架内部的作为主框架的板。
作为本发明的第十二种实施方式，本发明的建筑构造体中内管架的内部是空的。
作为本发明的第十三种实施方式，本发明的建筑构造体中当设有作为主框架的板时，所述板为平板或带梁的板。
作为本发明的第十四种实施方式，本发明的建筑构造体包括一个穹顶状部分，在该部分中、在外围管架的顶部插入了多个五边形结构单元。
作为本发明的第十五种实施方式，本发明的建筑构造体包括管宽改变部分，多个五边形结构单元被插入在所述外围管架的轴向上的一个部分；其中，外围管架的宽度在管宽改变部分的上部处的要比下部处的窄。
作为本发明的第十六种实施方式，本发明的建筑构造体为包括多个建筑构造体的扩充型建筑构造体，其中每个外围管架的一个部分的六边形结构单元为两个相邻的建筑构造体所共有，并且两个相邻的建筑构造体彼此相连。
作为本发明的第十七种实施方式，所述扩充型建筑构造体包括多个建筑构造体，其中每个建筑构造体彼此隔开，并被梁或作为主框架的板连接在一起。
作为本发明的第十八种实施方式，本发明的建筑构造体包括两个倾斜的、被连接成“X”形或“∧”形的外围管架，其中所述两个倾斜的外围管架的每一个都由蜂巢状的六边形结构单元刚性连接而形成主框架。
作为本发明的第十九种实施方式，本发明的建筑构造体在两个倾斜的外围框架的每一个的内部均设有作为主框架的倾斜的内管架，在该内管架中第二六边形结构单元被刚性连接成蜂巢状。
以上关于本发明的概述没有描述到本发明的所有可能特征，因此本发明也可能是以上描述的这些特征的进一步的组合。
【附图说明】
图1A是本发明的建筑构造体的一个实施例的外观透视图；
图1B是本发明的一个实施例的局部放大图；
图1C是本发明的一个实施例的俯视图；
图2A是本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的结构比较结果展示图；
图2B是本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的形变比较结果展示图；
图2C是本发明的建筑构造体和传统建筑构造体中涉及形变的构材的比较结果展示图；
图2D是本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的水平负载应力的比较结果展示图；
图3是本发明的一个实施例的外观透视图；
图4是本发明的一个实施例的外观透视图；
图5是本发明的一个实施例的外观透视图；
图6是本发明的一个实施例的外观透视图；
图7是本发明的一个实施例的外观透视图；
图8是本发明的一个实施例的外观透视图；
图9是一个在其内部设有柱的实例的外观透视图；
图10是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图11是在本发明的建筑构造体内设有内管架的实例的外观透视图；
图12是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图13是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图14是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图15是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图16是一个具有内管架的实例的外观透视图；
图17是在其顶部具有穹顶状部分的实例的外观透视图；
图18是在外围框架的局部上设有管宽改变部分的实例的外观透视图；
图19是展示扩充型建筑构造体实例的外观透视图，该扩充型建筑构造体包括多个具有图1A～18中的外围管架的建筑构造体；
图20A是具有两个连成“X”形状的倾斜外围管架的建筑构造体的外观透视图；
图20B是所述倾斜外围管架接合处在水平方向上的简要横截面图；
图21是设在图1A到20所示的建筑构造体或扩充型建筑构造体内的次级框架的展示图。
【具体实施方式】
下面将以优选实施例为基础来描述本发明，这种描述不意味着限制本发明的范围，而只是对本发明进行例证。在这些实施例中描述的所有技术特征及其组合不是本发明的必要基本要素。
图1A到1C展示了本发明的建筑构造体的一个实施例，图1A是外观透视图，图1B是局部放大图，图1C是俯视图。
图1A是外围管架1，是建筑构造体的主框架。所述外围管架1具有一个筒(cylinder)，即管状。该管状的筒是通过将蜂巢状的六边形结构单元刚性连接而形成的。所述六边形结构单元包括六条边。所述管筒的轴线在铅垂方向上延伸。所述主框架是构造体的主要部分和基于结构抗力的必要的主要部分。六边形结构单元的每条边都是所述主框架的结构元件。该元件是柱，梁，或板的局部的一部分。在图示的实例中，六边形结构单元的所有边均由柱和梁组成。在图示的实例中，所述的筒是有角的筒。但该筒也可以是圆筒。
本发明的建筑构造体基本由六边形结构单元构成，其中全部的外围管架1均被连接成蜂巢状。在本发明的范围内或结构力学允许的范围内，不管用何种方法，本发明的范围包括将除六边形结构单元之外的结构结合到外围管架1的一个部分的所有构造体。
图1B是图1A中外围管架1的一个部分的放大图。图中有六边形结构单元10，构成主框架的构材在六条边上分别为下边11，上边12，左下边13，左上边14，右下边15，以及右上边16。六边形格子通过各构材连接而成。此外，一个六边形结构单元10的周围环绕有六个同样形状的六边形结构单元。每条板均为与该边相邻的六边形结构单元所共有。所述六边形结构单元的高度的二分之一在a列和b列之间有改变；a列由多个沿铅垂方向G相连的六边形结构单元组成，b列在由多个沿铅垂方向G相连的六边形结构单元组成的列的旁边。a列和b列沿管筒的周边交替设置。
所述六边形结构单元10具有左右边对称的形状，两根斜柱沿着铅垂方向G向相反方向倾斜，右边由右下边15和右上边16组成，所述右下边15和右上边16相连并位于六边形结构单元10内，该右下边15和右上边16为两根斜柱，右下边15相对沿铅垂方向G倾斜α角，右上边16相对沿铅垂方向G也倾斜α角。左边由左下边13和左上边14组成，该左下边13和左上边14类似于右下边15和右上边16倾斜。
在图1C所示的例子中，外围管架1的平面形状几乎是个四边形。位于所述平面形状内四角处的六边形结构单元10的面朝向四边形的顶点。因此，所述平面形状的四角是锯齿状的。所述外围管架1的平面形状可以是圆形或任何多边形。同样，所述平面形状也可以是包括凹进部分的形状。
在一个例子中，六边形结构单元10可由柱和梁组成。左下边13，左上边14，右下边15，以及右上边16，这些边为如前所述的斜柱。下边11和上边12为梁或为板的局部。各柱之间、柱和梁之间、柱和板的局部之间，均为刚性连接。各柱之间、柱和板的局部之间，也可用已知的其它方式连接。
下边11和上边12可以为梁，也可以为板的局部；或者其中一个为梁，另一个为板的局部。所述板的局部，例如板的末端部分(参见下述图4)。当所述板从所述外围管架1中像悬臂一样突出来时，所述板的一部分则是所述突出部分的根部。
用作主框架的板可以是平板或带有梁的板。下面将要述及的一个实施例就是这样。考虑到无限制的自由空间，优选平板而不是带有梁的板。
六边形结构单元10的大小比例可有多种设定方式。例如，六边形结构单元10的高度可设计为建筑物一层、两层或四层楼的高度，因此，该结构单元具有空间高度自由这一更优越的性能。所述六边形结构单元10不一定是规则的六边形；其中位于左右两边的四条边长度相等，上下两条边长度相等。
图2A～2D为本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的比较结果展示图。参见图2A和图2B所示，下面将对本发明的建筑构造体的结构特征进行描述。图1A展示了具有外围管架的本发明的建筑构造体。图2A展示了本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的结构比较结果；图2B展示了本发明的建筑构造体和传统建筑构造体在水平负载下的形变比较结果；图2C展示了本发明的建筑构造体和传统建筑构造体中涉及形变的构材的比较结果；图2D展示了本发明的建筑构造体和传统建筑构造体的水平负载应力的比较结果。
一般来说，管架结构是高度稳固的。在所述管架结构的外周围部分平衡地设有大量的柱(梁或板的局部为倾斜的)。所述管架的抗震性和抗风压性能优越。本发明的建筑构造体不但具有传统管架的特征，而且具有以下效果，即：所有的柱均为斜柱，且所述斜柱在上下方向上连续不断的连接。因此，所述管架可以长时间的承受铅垂方向上的负载，同时也可以在短时间内有效地承受水平方向上的外力负载。也就是说，所述斜柱同时起到了支柱(pillar)和紧缚带(brace)的作用。
在六边形结构单元组成的外围管架中，由负载引起的作用于柱和梁(或板的局部)上的瞬间弯曲应力比同样情况下作用于传统的由直柱和水平梁组成的通用框架中的小。
图2A(A)为本发明的外围管架的结构模型(六边形式管架)，在所述外围管架中，六边形结构单元刚性连接成蜂巢状。图2A(B)为通用框架模型，即“直柱式管架(studtube frame)”，所述通用框架由直柱和水平梁构成。图中六边形式管架和直柱式管架的下列条件一致：整体结构模型的平面形状(外围周长52.3m)，平面尺寸(面积193.1m2)，以及高度(6m×5层＝30m)。两种模型中柱和梁的交点数也相同。如图2A所示，所有直柱式管架中的柱在六边形式管架中都被倾斜。
作为第一项结构分析，图2B首先对上述两种管架中RC-500mm×500mm尺度内的柱和梁的形变情况进行比较。具体地说，就是在两种管架上施加水平力并分析其形变，这在首次结构设计中是必要的。分析结果数据如图2B所示，直柱式管架(B)的最大形变是50mm，而六边形式管架(A)的最大形变是34mm。因此，所述六边形式管架的形变量小于所述直柱结构管架的形变量，六边形式管架比直柱式管架更坚固。
作为第二项结构分析，图2C比较了在两种管架的形变角度同为1/250的情况下，柱和梁构材的截面尺寸。其结果如图2C下方所示：直柱式管架(B)所有柱和梁的尺寸是RC-550mm×550mm，与之相比，六边形式管架(A)的所有柱和梁的尺寸为RC-500mm×500mm。因此，在结构强度相等的情况下，六边形式管架的柱和梁的截面尺寸小于直柱式管架，六边形式管架的构造体总体积与直柱式管架相比可缩小。
作为第三项结构分析，图2D比较了相同情况下直柱式管架和六边形式管架中的应力值。图2D展示了每种管架右侧的每根柱和每根梁的弯矩。以瞬间值表示的典型数据列示在每张图的右下部。分析结果是：直柱式管架(B)的柱为277kN·m，梁为393kN·m；与之相比，六边形式管架(A)的柱为190kN·m，梁为365 kN·m。因此，六边形式管架的柱和梁上的弯矩和应力较小；六边形式结构单元可由更小的构材组成，从而可使构造体的总体积缩小。
从以上分析结果可知，由刚性连接成蜂巢状的六边形结构单元组成的外围管架构造体比由直柱和水平梁组成的通用框架的管架构造体更坚固。且所述外围管架的抗震性和抗风压性能更优越。在强度相当的情况下，由刚性连接成蜂巢状的六边形结构单元组成的外围管架构造体的总体积可比通用框架的管架构造体的总体积有更进一步的缩小。因此，前者可节省材料和资源，进而节省成本。
本发明的建筑构造体可用多种建筑材料建造，多种建筑材料包括木制、铁骨制、RC制、SRC制、CET制、钢筋混土制材料等。
图3到21展示了本发明的建筑构造体的多个实施例，以下将对这些实施例加以描述。
类似于图1A所示，图3中的建筑构造体具有由柱和梁组成的外围管架1。在该外围管架1内部设有多个板21a和21b。在铅垂方向上相连接的a列的六边形结构单元中，所述板21a各自与上下边处的梁11a相连。另一方面，在与a列相邻的b列中的六边形结构单元中，所述21b各自与上下边处的梁11b相连。因此，a列中的板21a和b列中的板21b之间在铅垂方向上的间距为六边形结构单元高度的二分之一。
在图3中，与a列中六边形结构单元的梁11a相连接的板21a的平面形状上开有凹 ，以使板21a的端部21a2从b列中六边形结构单元的所在平面指向其后方。与b列中六边形结构单元的梁11b相连接的板21b的平面形状上也开有凹，以使板21b的端部21b2从a列中六边形结构单元的所在平面指向其后方。
图4中的建筑构造体具有由柱和板的局部构成的外围管架2。在该实施例中，铅垂方向上彼此连接成a列的六边形结构单元的上下边处没有梁；内置板21a的端部21a1与左右两侧的斜柱的端部相连，从而(端部21a1)构成六边形结构单元的上边和下边。另一方面， (与a列)相邻的b列的六边形结构单元的上下边处也没有梁；内置板21b的端部21b1与左右两侧的斜柱的端部相连，从而(端部21b1)构成六边形结构单元的上边和下边。a列中的板21a和b列中的板21b交叉设置，从而使得板与板之间在铅垂方向上的间距恰好为六边形结构单元高度的二分之一。
在图4中，与a列中六边形结构单元相连的板21a的平面形状上开有凹，以使板21a的端部21a2从b列中六边形结构单元的所在平面指向其后方。与b列中六边形结构单元相连的板21b的平面形状上也开有凹，以使板21b的端部21b2从a列中六边形结构单元的所在平面指向其后方。
图5中的建筑构造体具有外围管架1，在该外围管架1的内部设有多个板21a。在铅垂方向上彼此连接成a列的六边形结构单元中，板21a在上下边处与梁11a相连接。另一方面，在与a列相邻的b列的六边形结构单元中，所述板与上下边处的梁11b不相连。
因此，(在图5的实施例中)六边形结构单元的高度H即为所述板21a之间的间距。例如，如果所述板21a之间的间距是四层楼高，那么就可采用后述的次级框架将所述板21a之间的空间分割为四层。图5中每块板21a都被设计为能 盖所述外围管架的 个横截面。
类似于图1A所示，图6中的建筑构造体具有由柱和梁构成的外围管架1，在所述外围管架1的内部设有多个的板21a和21b。在铅垂方向上相连接的a列的六边形结构单元中，所述板21a与上下边处的梁11a相连。另一方面，在与a列相邻的b列中的六边形结构单元中，所述21b与上下边处的梁11b相连。因此，所述板21a和板21b之间的间距为六边形结构单元高度H的二分之一。如果所述板21a和板21b之间的间距是二层楼高，那么可采用后述的次级框架将所述板21a和板21b之间的空间分割为二层。图6中的板21a和板21b都被设计为能覆盖所述外围管架的整个横截面。
类似于图1A所示，图7中的建筑构造体具有由柱和梁构成的外围管架1，在所述外围管架1的内部设有多个的板21a和21b。在铅垂方向上相连接的a1列的六边形结构单元中，所述板21a与上下边处的梁11a相连。另一方面，在(与a1列)相邻的b1列中的六边形结构单元中，所述21b与上下边处的梁11b相连。因此，所述板21a和板21b之间的间距为六边形结构单元高度H的二分之一。
图7中，与a1列中六边形结构单元的梁11a相连的板21a的平面形状上适当地开有凹槽，以使其端部21a2从左侧的b1列六边形结构单元的所在平面指向其后方。另一方面，板21a的端部21a3位于右侧的b2列六边形结构单元的所在平面上。与b1列中六边形结构单元的梁11b相连的板21b的平面形状上也适当地开有凹槽，以使其端部21b2从右侧的a1列六边形结构单元的所在平面指向其后方。另一方面，板21b的端部21b3位于左侧的a2列六边形结构单元的所在平面上。
当所述板21a和板21b的平面形状如前所述时，在a1列六边形结构单元的所在平面上，在板与板之间的间隔里，六边形结构单元高H的部分和高1/2H的部分交互出现。
各实施例中每块板的平面形状如图3到图7所示。其本身被用作六边形结构单元的上边或下边的板边不能被除去，这是因为所述板边是主框架的一部分。不过，(板的)其它部分的平面形状可为结构力学允许范围内的任意形状。
图8中的建筑构造体设有多个内柱6，这些内柱6在外围管架1内部的铅垂方向上延伸。所述内柱6是主框架的构成元件。所述内柱6的数量可为一根或多根不限，但当有多根时，所述内柱6的数量优选能够使这些内柱6相对于外围管架1的中心对称的数量。除了内柱6的设置外，图8的建筑构造体与图5的建筑构造体完全相同。所述内柱6贯穿每块板21a并支撑每块板21a。板21a之间的间距等于六边形结构单元的高度。
图9中的建筑构造体是另一个在外围管架1的内部设有多根内柱6的构造体。除了内柱6的设置外，图9的建筑构造体与图6的建筑构造体完全相同，且板21a之间的间距等于六边形结构单元高度的二分之一。
图10的建筑构造体包括作为主框架的内管架3，在该内管架3中第二六边形结构单元30刚性连接成蜂巢状。所述第二六边形结构单元30也具有使得两根斜柱中的每根均(相对于另一根)向相反方向倾斜的两边，所述两边的设计使得(第二六边形结构单元30)左右对称。在所述第二六边形结构单元30沿水平方向上的上边和下边分别设有任意的梁或板的局部。柱与柱之间，柱与梁之间，柱与板的局部之间，均为刚性连接，刚性连接的方式可为已知的各种方式。
第二六边形结构单元30不必与构成外围管架1的第一六边形结构单元或类似结构完全相同。但是，优选该第二六边形结构单元30的高度低于所述第一六边形结构单元的高度，在图10的例子中，前者是后者的二分之一。此外，优选第二六边形结构单元30上下边的长度短于第一六边形结构单元上下边的长度；优选第二六边形结构单元30每条边的长度短于第一六边形结构单元每条边的长度。因此，所述(第二六边形结构单元30组成的)结构极为坚固，优选该结构为支承建筑构造体的核心部分。当设置有内管架3时，(外围管架)分担的负载被调整了，因此在这种情况下柱和梁的长度可以短于当只有外围管架1支承建筑构造体时的柱和梁的长度。所述第二六边形结构单元30不必是规则的六边形，但左右两侧四条边的长度相等，上下两条边的长度相等。
所述内管架3内部可设置作为主框架的板，从而使构造体变得更坚固。所述内管架3的内部是空的，因此可在其中设置电梯、公用设备配管间、楼梯、通风机或类似的设施。可在所述内管架3的内部设计无论是否为主框架的构成元件的结构，这些结构可被设计为能与所述外围管架1的另外的主框架分担负载。
图11中建筑构造体的外围管架1的内部设有内管架3a，3b，3c和3d。该四个内管架分别设于(外围管架1的)四角从而相对于外围管架1的中心呈中心对称。每个内管架均穿透外围管架1内的多个板21；该多个板之间的间距等于所述外围管架的六边形结构单元的高度H。
图12的建筑构造体在外围管架1的中心设有内管架3，图12的建筑构造体即为在图10的建筑构造体内再设置多个板21，所述内管架3穿透所述多个板21；该多个板21之间的间距等于所述外围管架的六边形结构单元的高度H。
图13的建筑构造体在外围管架1的中心设有内管架3，图13的建筑构造体即为在图10的建筑构造体内再设置多个板21，所述内管架3穿透所述多个板21；该多个板21之间的间距等于所述外围管架的六边形结构单元的高度H的二分之一。
图14和15的建筑构造体在外围管架1的中心设有内管架3，在外围管架1内设有板，该板的形状有改变。
图16的建筑构造体在外围管架1的中心设有内管架3，在图16中，板21a的外端部21a1与外围管架1的梁11a相连；另一方面，板21a的内端部21a4与内管架3的第二六边形结构单元的柱相连，从而构成所述第二六边形结构单元的下边。在图16中，所述外围管架1与内管架3通过板21a连接而成为一体。
在另一个优选实施例中，所述外围管架可通过作为主框架的梁与所述内管架相连(图中未示出)。
在又一个优选实施例中，与所述外围管架相连的板可与所述内管架交叉设置。(图中未示出)。
图17的建筑构造体中，在外围管架1的顶部插入了多个五边形结构单元40，从而形成一个圆顶形部分4，该圆顶形部分4使管架的顶部闭合。在图17中，管架周边的每一列上均插有所述五边形结构单元40。如图17所示，通过适当地插入五边形结构单元可使管架的顶部闭合；不管所述外围管架1的平面形状是圆形还是圆形以外的其它形状(如多边形等)，所述管架的顶部均可被封闭。
图18的建筑构造体中，在外围管架1轴方向上的一部分插有多个五边形结构单元50，从而使该建筑构造体具有了一个管宽减小的管宽改变部分5。在图18中，在上下方向上，每两个五边形结构单元50的顶点接合在一起。所述顶点的接合部分被插入在沿管架周边方向的每一列中。当(所述管架的)平面形状为圆形时，所述管宽即为(圆形的)直径。当平面形状为圆形以外的其它形状(多边形等)时，所述管宽为平均直径或延展宽度等。所述管宽改变部分上部的管宽窄于其下部。该建筑构造体在减小高层或超高层建筑物的上层负载时较为优越。可在一个外围管架轴向上的多个地点设置所述管宽改变部分5。
图19是展示扩充型建筑构造体实例的外观透视图，该扩充型建筑构造体包括多个具有图1A～18中的外围管架的建筑构造体。在图19中，四个建筑构造体1a，1b，1c和1d被设置在四角、彼此隔开。用多个作为主框架的板24将所述四个建筑构造体1a，1b，1c和1d连接在一起。在本实施例中，单个建筑构造体扮演所述扩充型建筑构筑体的柱子的角色。每个建筑构造体也可通过梁连接。
作为具有多个图1A～18中的建筑构造体的扩充型建筑构造体的另一个优选实施例，其中每个建筑构造体相邻接。由于所述建筑构造体被连接在一起，因此两个相邻建筑构造体中每一个的外围管架的六边形结构单元的一部分为两者共有(图中未示出)。所述扩充型建筑构造体由连接成链状的多个建筑构造体构成。
图20A的建筑构造体设有两个连成“X”形状的倾斜外围管架，通过将两个蜂巢状的倾斜外围管架7a和7b的六边形结构单元70连接在一起而形成主框架。图20B是所述两个倾斜外围管架7a和7b接合处在水平方向上的简要横截面图。每个倾斜外围管架7a和7b的轴为倾斜状并在铅垂方向上延伸。所述六边形结构单元70的趋向与图1A～18中的外围管架的六边形结构单元的趋向相同。所述六边形结构单元70设有由两根往相反方向倾斜、并被连接在一起的斜柱构成的两条边，该两根斜柱沿铅垂线向相反方向倾斜，并被设计为左右对称。所有梁或板的局部分别构成所述六边形结构单元70水平方向上的上、下边。柱与柱之间，柱与梁之间，柱与板的局部之间，均为刚性连接，刚性连接的方式可为已知的各种方式。
除了连接成X形之外，两个倾斜外围管架还可在顶部连接成Λ形。含有两个被连接成X形或Λ形的倾斜外围管架的建筑构造体具有卓越的抗震、抗风压性能。
图20A中的建筑构造体还包括处于两个倾斜外围管架7a和7b内的倾斜内管架8a和8b，该倾斜内管架8a和8b通过将其蜂巢状的第二六边形结构单元80刚性连接而构成主框架。所述第二六边形结构单元80的趋向与图11～16中内管架的每个第二六边形结构单元的趋向相同。也就是说，所述第二六边形结构单元80具有由两根被连接在一起的斜柱组成的动，该两根斜柱沿铅垂线向相反方向倾斜，并被设计为左右对称。所有梁或板的局部分别构成所述六边形结构单元80的上、下边。柱与柱之间，柱与梁之间，柱与板的局部之间，均为刚性连接，刚性连接的方式可为已知的各种方式。
在一个优选的实施例中，倾斜内管架8a和8b不在倾斜外围管架7a和7b的连接处交迭；所述倾斜内管架8a和8b相邻接或相分离，当它们相邻接时，所述倾斜内管架8a和8b直接相连；而当它们相分离时，所述倾斜内管架8a和8b通过作为主框架的板或梁相连接。所述作为主框架的板或梁可设置在所述倾斜内管架8a和8b内。所述倾斜内管架8a和8b的内部是空的，因此可在其中设置电梯、公用设备配管间等。
图21简单展示了一种含有次级框架25a，25b和25c的建筑构造体，所述次级框架设在图1A～20所示的建筑构造体或扩充型建筑构造体的外围管架或倾斜外围管架的内部。主框架的板21之间的间距等于六边形结构单元的高度(如图21(A)所示)，所述板间距相当于建筑物四层楼的高度；因此，主框架的板21a之间的空间被三块板25a，25b和25c分割为四层。
如图21(B)所示，板21设在六边形结构单元的上下边处。当所述六边形结构单元的高度为四层楼高时，三个次级框架25a，25b和25c的全部或部分可被隔开，也可被连接在一起。接受所述次级框架的凸起处26a，26b和26c设在所述六边形结构单元左右两边的斜柱内侧。
如图21(C)所示，六边形结构单元高度的中点处设有主框架的板21，当所述六边形结构单元的高度为四层楼高时，两个次级框架25a和25c的全部或部分可被隔开，也可被连接在一起。
次级框架是对在结构上被分割的每一层构成支承的构造体的一部分，但次级框架不一定要具有抗震和抗风压性能，因此所述次级框架可适当地分开和连接。通过采用次级框架，实现了二维和三维空间的高(设计)自由度。
在具有本发明的基本结构的建筑构造体中，主框架的外围管架由蜂巢状的六边形结构单元刚性连接而成；所述主框架构成建筑构造体的主要部分，并且是支承所述构造体的基本的主要部分。每个六边形结构单元的形状均为六边形格子形状，当所述六边形结构单元刚性连接成蜂巢状时，六边形格子的每条边均为与其相邻格子所共有。蜂巢状刚性连接的体为管状，从而得以实现极其坚固的管架。每个六边形结构单元均由主框架的构材，如柱或板的局部所构成。如上所述，本发明的由六边形结构单元构成的外围管架中，梁(或板的局部)在水平方向上不连续，柱由呈Z字形连续的斜柱构成，这些特征完全不同于传统框架的管架。本发明的由六边形结构单元构成的外围管架内的管架的外周面由蜂巢结构构成，这个特征不同于传统的六边形管架，该(传统)六边形管架在常规水平面上设置蜂巢状结构，并通过一根直柱堆垒起来。
作为高层或超高层建筑物的主框架，在本发明的建筑构造体内，唯一的外围管架可获得整个建筑物结构的稳定性和抗震性；也就是说，不一定要设置双管，内部横隔板，或前述传统技术中的内部支承柱等；从而可以减少构材体积，缩短建筑时间，并获得自由的内部空间。六边形单元的蜂巢状连接结构与传统技术不同，但有一个特征与刚性连接的纳米碳管的连接结构相同，在所述纳米碳管结构中，碳原子被连接成蜂巢状，纳米碳管的整体为管状，纳米碳管具有高稳定性，尤其是在弯曲或拉伸时。
在本发明的建筑构造体中，管架对任何方位的水平负载均具有极大的承载力。所述管架在由六边形结构单元构成的外围管架内的所有柱和梁(或板的局部)之间保持平衡的稳定连接。因此，负载在本发明的管架的柱和梁(或板的局部)连接处引起的应力小于其在通用框架的外围管架中所引起的所述应力。这是因为弯曲应力的一部分已被转化为构材(斜柱，梁等等)的轴向力而被传播。通用的RC等制的构材在压力下非常坚固，因此，其长于承受轴向力。
结构分析结果表明，同一水平负载在由六边形结构单元组成的外围管架上引起的形变小于其在由具有直柱和水平梁的通用框架组成的传统外围管架上引起的形变。所述六边形结构单元刚性连接成本发明的蜂巢状。因此，在水平负载下产生相同形变的情况下，本发明的外围管架可使用比传统外围管架中更细的柱和梁；其结果可减小构造体的总体积和花费。
结构分析结果还表明，水平负载作用在(本发明的)结构单元的每条边上的弯矩小于其作用在由具有直柱和水平梁的传统框架构成的外围管架上的弯矩。从而，负载被减小了，当产生同样的弯矩时，(本发明)可采用比传统外围管架更细的柱和梁；其结果也可减小构造体的总体积和花费。
沿铅垂方向上每两根斜柱呈Z字形持续不断的连接，六边形结构单元的左右两侧各有两根斜柱，该两根斜柱扮演支柱和支撑架的角色，有效地长期承受铅垂负载。此外，所述两根斜柱也承受短期的外部负载，如除铅垂方向之外的水平方向的负载。
构成本发明外围管架的正面的构材的所有部分均为线性构材，因此可以很容易地设置开口。
基本上，构造体由大量同一形状的六边形结构单元组成，因此所有柱和梁的尺寸与形状可统一为一种或多种；从而可以改善建筑结构，缩短建筑时间，降低建筑成本。
本发明的六边形结构单元被预设统一为如预制混凝土的钢筋混凝土结构；从而可以改善建筑结构，缩短建筑时间，降低建筑成本。
所述由六边形结构单元组成的蜂巢结构被用作外围管架，使得建筑物视觉美观。
多个作为主框架的板之间的间距相同，该间距相当于所述六边形结构单元的高度。在另一个实施例中，所述板之间的间距为所述六边形结构单元高度的二分之一。通过设置所述作为主框架的板可大大加强整个建筑构造体；从而可减小外围管架的负载。所述外围管架的柱和梁的尺寸可适当减小。当被加到外围管架上的主框架的其它元件增加时，可通过调节所用构材的设计和尺寸等来调节负载率。
在本发明的实施例中，本发明的建筑构造体中可设有次级框架，该次级框架将板与板之间的空间分为四层，或两层。所述次级框架也是构造体的一部分。主要地，所述次级框架用于支承每一层，而不必具有抗震性和抗风压性。因此，所述次级框架可在主框架的板间的任何位置被连接起来，也可在板间的任何位置被分开，从而具有二维和三维空间上的高自由度。
当六边形结构单元的高度为建筑物的四层楼高时，实际上每两层楼就交替设置有梁(因为仅二分之一单元高度变换一次，高度的变换存在于多个六边形结构单元构成的列和与该多个六边形结构单元构成的列相邻的列之间)。因此，可在主框架内容易地设置两层或四层空间。
在本发明的一个实施例中，提供了一种混合了两个部分的建筑构造体；一个部分具有多个作为主框架的板，其板间间距为六边形结构单元的高度；另一个部分也具有多个作为主框架的板，其板间间距为六边形结构单元的高度的二分之一。在这种情况下，具有相同效果和更进一步的优点：可允许高多样性的内部设计。
在本发明的一个实施例中，本发明的建筑构造体包括至少一根置于内部的柱，其作为主框架，立在外围管架内的铅垂方向上，从而可以大大增强所述建筑构造体的强度，尤其可增强在铅垂负载下的强度。因此，通过上述设计，可使外围管架的负载减小，也可使所述外围管架的柱或梁的尺寸适当减小。
在本发明的一个实施例中，本发明的建筑构造体包括至少一个内框架，该内框架由处于外围管架内部的第二六边形结构单元组成；因此，所述建筑构造体为双层管架。所述内管架由所述第二六边形结构单元刚性连接成蜂巢状而形成，像外围管架一样。所述六边形结构单元和所述第二六边形结构单元并不总是具有相同的形状。通过设置内管架，本发明的建筑构造体变得更加坚固。因此，通过上述设计，可使外围管架的负载减小，也可使所述外围管架的柱或梁的尺寸适当减小。
在本发明的一个实施例中，所述内管架的第二六边形结构单元的高度是所述外围管架的六边形结构单元高度的二分之一。所述第二六边形结构单元的高度变短，从而使得相应的每条边的斜柱变短，因此，通过上述设计，本发明的建筑构造体在抗弯曲或抗拉伸方面变得更强。此外，可将板或梁容易地安装在铅垂方向上六边形结构单元与第二个六边形结构单元的装配处(下边或上边位于同一水平位置)。
可通过作为主框架的板或梁将所述外围管架和内管架连接起来，从而大大提高整个建筑构造体的强度。
本发明的建筑构造体可包括位于所述内管架内部的作为主框架的板，该板可大大提高所述内管架的强度。
所述内管架的内部为空的，因此可在其中设置各种构造元素，例如电梯、公用设备配管间、楼梯、通风机或类似的设施。在本发明的建筑构造体中，所述唯一的外围管架能够支承所有重量，因此，可提供核心部分内的高度自由空间。
所述作为主框架的板可为平板或带梁的板，设为平板可使得住处没有梁，而设为带梁的板则可使所述板的尺寸小一些。
在一个实施例中，本发明的建筑构造体包括一个穹顶状部分，在该部分中、在外围管架的顶部插入了多个五边形结构单元。因此，建筑物的顶部可被封闭成圆穹顶形；也可有其它不同的设计。所述五边形结构单元插入部分与六边形结构单元的连接状态为其中不会有起坏作用的偏斜或应力产生的状态。因此，上述建筑构造体不存在强度方面的问题。
本发明的建筑构造体可包括管宽改变部分，在该管宽改变部分中，多个五边形结构单元被插入在所述外围管架的轴向上的一个部分；从而，所述外围管架的宽度可由底部向顶部变小。例如，为了降低来自高层或超高层建筑物顶部的负载，设置管宽改变部分、使顶层部分减小是很有用的。也可有不同的设计，例如，当(建筑构造体的)平面形状为圆管状时，所述外围管架的宽度对应为(圆管的)直径；当平面形状为多边形管状时，所述外围管架的宽度对应为平均直径或延伸长度。所述五边形结构单元插入部分与六边形结构单元的连接状态为其中不会有起坏作用的偏斜或应力产生的状态。因此，上述建筑构造体不存在强度方面的问题。
本发明还提供扩充型建筑构造体，其包括多个建筑构造体，每个建筑构造体均具有前述的结构强度。此外，每个建筑构造体均被作为主框架的梁或板连接起来；因此，所述整个扩充型建筑构造体具有极佳的抗震性、抗风压性，和抗水平负载引起的弯曲或扭曲形变的性能。
另一个实施例中，两个内有刚性连接成蜂巢状的六边形结构单元的倾斜外围管架彼此连接成“X”形或“∧”形；因此，该构造体具有极佳的抗震性、抗风压性，和抗水平负载引起的弯曲或扭曲形变的性能。
在上述两个连接成“X”形或“∧”形的倾斜外围管架的每一个的内部均设有作为主框架的倾斜内管架，在所述主框架中，所述第二六边形结构单元刚性连接成蜂巢状。通过上述设计，可大大提高所述建筑构造体的强度。此外，各个作为主框架的倾斜内管架可相邻接。每个倾斜内管架可直接相连，或通过板或梁相连。进一步地，各种构造元素，例如电梯、公用设备配管间等可设置在所述内管架的内部。
虽然以上已用实施例的方式描述了本发明，但可以想见，本领域技术人员仍可在不脱离本发明精神的基础上对本发明做出多个改变和替换，而本发明的这部分范围仅仅定义在权利要求书中。