一種內置斜牽索的張弦桁架的製作方法

2023-07-27 23:36:31 1

一種內置斜牽索的張弦桁架的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種內置斜牽索的張弦桁架，包括上弦杆、腹杆、節點套管、下弦索、斜牽索，所述上弦杆與腹杆通過焊接相貫連接，所述腹杆的下端與節點套管連接，所述下弦索穿過每個節點套管後兩端分別固定在兩端支座節點上，所述斜牽索對稱布置，斜牽索的下端固定在支座節點上，斜牽索的上端與上弦固定節點連接，所述上弦固定節點可以為距離相鄰支座節點五分之一至三分之一的張弦桁架跨度範圍內上弦杆與腹杆的任意一個交點。本發明中由下弦索與斜牽索組成一個可以提供雙向抗力的預應力系統，能適應風吸力荷載，本發明還具有鋼材用量少、構造簡單、製作成本低、性能好、施工容易等優點。
【專利說明】一種內置斜牽索的張弦桁架

【技術領域】
[0001] 本發明屬於大跨度張弦屋蓋結構【技術領域】的張弦桁架，特別涉及一種體內設置斜 牽索的張弦桁架。

【背景技術】
[0002] 張弦桁架結構最早由日本大學M. Saitoh教授在1986年提出，該結構是一種區別 於傳統結構的新型雜交屋蓋體系，其主要是由作為壓彎部件的上弦桁架杆件、下弦柔性拉 索以及中間受壓撐杆組成的自平衡混合結構，也是一種混合結構體系發展中比較成功的大 跨度預應力空間結構體。
[0003] 張弦桁架結構的特點是體系簡單、受力明確、結構形式多樣，充分發揮了剛柔材料 的優勢，並且製造、運輸、施工簡捷方便，因此已經獲得了良好的應用。近幾年來，以上海浦 東國際機場候機樓、廣州國際會展中心、哈爾濱國際會展中心、北京農展館、國家體育館為 代表的大跨度張弦桁架屋蓋結構已經成為我國標誌性建築。
[0004] 目前，本領域的研究人員普遍認為張弦桁架結構的受力機理是通過對下弦柔性拉 索施加預應力而使上弦桁架杆件產生反撓度，使得結構在荷載作用下的最終撓度得以減 小，而中間受壓撐杆構成的上弦桁架採用拱梁或桁架拱，在荷載作用下拱的水平推力由下 弦柔性拉索承受，以減輕拱對支座產生的水平推力並減少滑動支座的水平位移。張弦桁架 結構可發揮高強索的強抗拉性能，改善整體結構的受力性能，使壓彎構件與抗拉構件取長 補短，協同工作，從而達到自平衡。
[0005] 現有技術中的這種張弦桁架結構雖然具有許多優點，但仍然存在著幾個比較大的 問題：（1)張弦桁架結構是一種風荷載敏感結構，對於現代的大跨度建築，一般採用輕屋面 系統的張弦桁架結構，在風荷載較大地區或颱風區域，在風吸力作用下可能出現下弦拉索 鬆弛或者受壓而退出工作的情況，其自平衡體系亦不存在，安全度喪失，所以往往需要在屋 面備重確保風吸力作用下結構不失去穩定性和安全度，因此現有的張弦桁架結構不適應於 風吸力的作用；（2)現有技術中張弦桁架下弦索球由鑄鋼形成，需要特殊加工，難以製作成 標準件；（3)現有技術中的張弦桁架下部只有索球，張拉時下弦節點應有裝置控制索球左 右移動，而又要確保索球產生向上的位移，施工輔助設備增多，施工難度較大。


【發明內容】

[0006] 本發明針對現有技術的不足，提供一種內置斜牽索的張弦桁架，包括上弦杆1、腹 杆2、節點套管3和支座節點6,所述腹杆2首尾順次相接，其上端與所述上弦杆1通過焊接 相貫連接，其下端與所述節點套管3連接，所述支座節點6分別設置在所述張弦桁架的兩端 下方，所述張弦桁架還包含雙向抗力預應力系統，所述雙向抗力預應力系統包括下弦索4、 上弦固定節點7和斜牽索5,其中，所述下弦索4順次穿過每個節點套管3,其兩端分別固定 在所述支座節點6上；所述上弦杆1靠近兩側端部的位置上各設置一個所述上弦固定節點 7 ;每個所述支座節點6通過所述斜牽索5與兩個所述上弦固定節點7相連，組成等腰三角 形。
[0007] 進一步地，所述節點套管3內裝有一個用於支撐所述下弦索4的定滑輪8,所述下 弦索4穿過定滑輪8。
[0008] 進一步地，所述節點套管3為球型結構。
[0009] 進一步地，所述下弦索4與斜牽索5的預應力取值準則為：在荷載組合F = F預應為 + - 17]?11--?)/2的作用下，所述張弦祐1架結構的堅向變形接近零。
[0010] 進一步地，所述上弦固定節點7為所述上弦杆1和腹杆2的交點，所述交點與相鄰 的支座節點6間的距離為所述張弦桁架五分之一至三分之一的跨度距離。
[0011] 進一步地，所述上弦杆1為倒V字形，所述下弦索4為V字形。
[0012] 進一步地，所述腹杆2關於所述張弦桁架的中心線對稱。
[0013] 本發明的有益效果：
[0014] 1.風吸力荷載作用下的性能比較
[0015] 現有技術中的張弦桁架結構需要在屋面進行備重，以確保負風壓下結構不失去穩 定和安全度，但採用屋面備重的方法既增大了用鋼量，又在結構承受常規堅向活荷載時加 重結構的負擔；而本發明的張弦桁架配有斜牽索，斜牽索的主要作用就是在風吸力的作用 下防止結構產生過大的反撓度，從而確保下弦拉索不鬆弛，另外在結構承受常規堅向活荷 載時，斜牽索也能為張弦桁架提供彈性支撐，其工作機理如下：下弦索與斜牽索在預張拉 後形成一個具有雙向抗力的預應力系統，結構在常規堅向活荷載作用下，下弦索的內力增 大，為腹杆提供彈性支承，斜牽索的內力減小，換句話說斜牽索的內力增量指向斜牽索的上 端，此內力增量用於抵抗堅直向下的活荷載，斜牽索等於給張弦桁架提供了彈性支撐，在風 吸力作用下，下弦索內力減小，即原先那部分下弦索對腹杆的上頂力減小，斜牽索的內力增 大，對結構的反向變形有良好的牽製作用。
[0016] 2.節點構造比較
[0017] 現有技術中張弦桁架下弦索球由鑄鋼形成，需要特殊加工，難以製作成標準件；而 本發明的張弦桁架的定滑輪可以製作成標準件，可由一般機械工廠加工，且費用較低，構造 簡單易行。
[0018] 3施工安裝難易程度比較：
[0019] 現有技術中的張弦桁架下部只有索球，張拉時下弦節點應有裝置控制索球左右移 動，而又要確保索球產生向上的位移，施工輔助設備增多，施工難度較大；而本發明的張弦 桁架下弦索通過定滑輪傳力給節點套管，進而將上頂力傳給腹杆，其摩擦力大大減小，使下 節點左右擺動本來就小，再加上下弦節點自由度已被四角錐形腹杆約束，張拉下弦索時無 需對下弦節點增加輔助裝置，從而大大減小施工費用。
[0020] 因此，本發明與現有技術相比，具有鋼材用量低、造價低廉、結構穩定性好、並適用 於風吸力荷載的優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明的一種體內設置斜牽索的張弦桁架的結構示意圖；
[0022] 圖2為本發明的一種體內設置斜牽索的張弦桁架的俯視圖；
[0023] 圖3為本發明的腹杆與上弦杆相貫連接的結構示意圖；
[0024] 圖4為圖1的A-A剖面圖；
[0025] 圖5為圖1的B-B剖面圖；
[0026] 圖6為圖1的C-C剖面圖；
[0027] 圖7為本發明的腹杆與節點套管連接所形成的下弦節點結構示意圖；
[0028] 圖8為採用本發明的張弦桁架屋蓋的示意圖。
[0029] 圖中：1_上弦杆；2-腹杆；3-節點套管；4-下弦索；5-斜牽索；6-支座節點；7-上 弦固定節點；8-定滑輪。

【具體實施方式】
[0030] 為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附 圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的 一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員 在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0031] 本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語（包括技術 術語和科學術語）具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應 該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的 意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
[0032] 本發明中所述的"和/或"的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均 包括在內。
[0033] 本發明中所述的"內、外"的含義指的是相對於設備本身而言，指向設備內部的方 向為內，反之為外，而非對本發明的裝置機構的特定限定。
[0034] 本發明中所述的"左、右"的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左， 閱讀者的右邊即為右，而非對本發明的裝置機構的特定限定。
[0035] 本發明中所述的"連接"的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過 其它部件的間接連接。
[0036] 圖1為本發明的一種體內設置斜牽索的張弦桁架的結構示意圖；圖2為本發明的 一種體內設置斜牽索的張弦桁架的俯視圖；圖3為本發明的腹杆與上弦杆相貫連接的結構 示意圖；圖4為圖1的A-A剖面圖；圖5為圖1的B-B剖面圖；圖6為圖1的C-C剖面圖； 圖7為本發明的腹杆與節點套管連接所形成的下弦節點結構示意圖；圖8為採用本發明的 張弦桁架屋蓋的示意圖。
[0037] 如圖1所示為本發明一種體內設置斜牽索的張弦桁架的結構示意圖。該張弦桁架 包括上弦杆1、腹杆2、節點套管3、下弦索4、斜牽索5,上弦杆1與腹杆2通過焊接相貫連接 (參見圖3)，腹杆2的下端與節點套管3連接（參見圖7)，下弦索4穿過每個節點套管3後 兩端分別固定在兩端支座節點6上，斜牽索5對稱布置（參見圖2)，斜牽索5的下端固定在 支座節點上，斜牽索5的上端與上弦固定節點7連接，上弦固定節點7可以為距離相鄰支座 節點6五分之一至三分之一的張弦桁架跨度範圍內上弦杆1與腹杆2的任意一個交點。
[0038] 如圖7所示，節點套管3為球型結構，每個節點套管3內都裝有一個用於支撐下弦 索4的定滑輪8,下弦索4穿過定滑輪8 (參見圖5)。
[0039] 本發明一種體內設置斜牽索的張弦桁架的基本工作原理如下：對下弦索4及斜牽 索5以結構在"預應力+恆荷載+(活荷載-風吸荷載）/2"共同作用下，結構堅向變形接近 零為準則施加預應力，使結構在"預應力+恆荷載"共同作用下產生適量的反撓度，此準則 的好處是使得"預應力+恆荷載+活荷載"共同作用下結構向下的總位移與"預應力+恆荷 載+風吸荷載"共同作用下結構向上的總位移大致相等，實現資源的優化配置從而達到節 約鋼材的目的；在"預應力+恆荷載"狀態下，下弦索4與斜牽索5形成一個能夠提供雙向 抗力的預應力系統，結構在常規堅向活荷載作用下，下弦索的內力增大，為腹杆提供彈性支 承，斜牽索的內力減小，換句話說斜牽索的內力增量指向斜牽索的上端，此內力增量用於抵 抗堅直向下的活荷載，斜牽索等於給張弦桁架提供了彈性支撐，在風吸力作用下，下弦索內 力減小，即原先那部分下弦索對腹杆的上頂力減小，斜牽索的內力增大，對結構的反向變形 有良好的牽製作用。
[0040] 本發明的一種體內設置斜牽索的張弦桁架可以形成如圖8所示的空間屋蓋。
[0041] 以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對 本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明 構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種內置斜牽索的張弦桁架，包括上弦杆（1)、腹杆（2)、節點套管（3)和支座節點 (6) ，所述腹杆（2)首尾順次相接，其上端與所述上弦杆（1)通過焊接相貫連接，其下端與所 述節點套管（3)連接，所述支座節點（6)分別設置在所述張弦桁架的兩端下方，其特徵在 於，所述張弦桁架還包含雙向抗力預應力系統，所述雙向抗力預應力系統包括下弦索（4)、 上弦固定節點（7)和斜牽索（5)，其中，所述下弦索（4)順次穿過每個節點套管（3)，其兩端 分別固定在所述支座節點（6)上；所述上弦杆（1)靠近兩側端部的位置上各設置一個所述 上弦固定節點（7);每個所述支座節點（6)通過所述斜牽索（5)與兩個所述上弦固定節點 (7) 相連，組成等腰三角形。
2. 根據權利要求1所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述節點套管（3)內 裝有一個用於支撐所述下弦索（4)的定滑輪（8)，所述下弦索（4)穿過定滑輪（8)。
3. 根據權利要求2所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述節點套管（3)為 球型結構。
4. 根據權利要求3所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述下弦索（4)與斜 牽索（5)的預應力取值準則為：在荷載組合F = F預應力+F恆荷載+ (F活荷載一F風吸荷載）/2的作用 下，所述張弦桁架結構的堅向變形接近零。
5. 根據權利要求3或4所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述上弦固定節 點（7)為所述上弦杆（1)和腹杆（2)的交點，所述交點與相鄰的支座節點（6)間的距離為 所述張弦桁架五分之一至三分之一的跨度距離。
6. 根據權利要求5所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述上弦杆（1)為倒 V字形，所述下弦索（4)為V字形。
7. 根據權利要求6所述一種內置斜牽索的張弦桁架，其特徵在於，所述腹杆⑵關於所 述張弦桁架的中心線對稱。
【文檔編號】E04C3/11GK104060759SQ201410258884
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】顧盛, 郭君淵, 曹潔, 唐柏鑑 申請人:江蘇科技大學, 崑山市建設工程質量檢測中心