CN107419806A - 一种大跨x型网格立体张弦结构体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨X型网格立体张弦结构体系及其施工方法；该结构的中部共用水平钢梁为两根，位于上端，间隔布置，上弦主交叉钢梁往下倾斜对称布置在中部共用水平钢梁两侧；中部共用水平钢梁一侧的上弦主交叉钢梁为多根，位于同一个倾斜的平面内，其中两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的上端分别与一根中部共用水平钢梁的端点连接，下端分别与两个支座中的一个连接；两根中部共用水平钢梁一侧的端点通过上弦水平系梁连接。本发明打破了张弦桁架上弦桁架连续、单榀桁架独立的传统做法，通过每两个“X”单元共用中部共用梁使得所有结构连为整体，解决了上弦桁架不能连续时的大跨设计难题，达到了整体结构轻盈、内部空间美观的效果。

Description

一种大跨X型网格立体张弦结构体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种大跨张弦结构体系及其施工方法，特别是一种大跨X型网格立体张弦结构体系及其施工方法。

背景技术

随着大跨结构的不断发展，张弦桁架以其优异的受力性能越来越受到设计师的青睐，单向索、双向索以及多向索张弦桁架均得到了较快的发展，但是当建筑师提出整体重量轻且上部桁架不能连续(如在屋顶设置一定宽度的采光天窗)的需求时，传统张弦桁架难以实现这一设计意图，因此，需要一种新型的结构体系来实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种大跨X型网格立体张弦结构体系及其施工方法，要解决大跨张弦桁架上弦杆不能连续且整体重量轻的技术难题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大跨X型网格立体张弦结构体系，包括上弦主交叉钢梁、中部共用水平钢梁、下部拉索、支座、下弦斜拉杆、斜腹杆、中部竖杆、上弦水平系梁、下弦水平系杆和悬挑梁；中部共用水平钢梁位于上端，中部共用水平钢梁为两根，间隔布置，上弦主交叉钢梁往下倾斜对称布置在中部共用水平钢梁两侧；中部共用水平钢梁一侧的上弦主交叉钢梁为多根，位于同一个倾斜的平面内，其中两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的上端分别与一根中部共用水平钢梁的端点连接，下端分别与两个支座中的一个连接，两根中部共用水平钢梁的一侧端点还分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接，两个支座分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接，连接同一侧水平钢梁端点和支座的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接；两侧的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点在同一直线上，从三个连接点往下到支座所在的水平面上分别设有中部竖杆，三个中部竖杆的下端点通过下弦水平系杆连接；每个中部竖杆的下端点通过斜腹杆与水平钢梁的端点连接，每个中部竖杆的下端点通过下弦斜拉杆与支座连接；中间的中部竖杆的下端点分别与两个支座和两个水平钢梁端点连接；中部竖杆下端与下弦斜拉杆、斜腹杆和下弦水平系杆交于一点；

两根中部共用水平钢梁一侧的端点通过上弦水平系梁连接；中部共用水平钢梁两侧的中部竖杆下端点之间分别通过平行设置的下部拉索连接；

在中部共用水平钢梁上端设有天窗，天窗与中部共用水平钢梁和上弦水平系梁连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述中部共用水平钢梁一侧的两个支座的间距与中部共用水平钢梁一侧两个端点之间的间距是相同的。

优选地，所述中部共用水平钢梁与下部拉索竖向及水平不共面，相对高差8m-12m。

优选地，所述支座采用固定铰支座或者一侧为固定铰支座，另一侧为单向滑动支座。

优选地，在两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点与两个支座连接的上弦主交叉钢梁中部分别向下设有竖杆，竖杆连接下弦斜拉杆；在两根往外衍生的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点与两个共用水平钢梁端点连接的上弦主交叉钢梁中部向下设有竖杆，连接下弦斜拉杆；竖杆和中部竖杆的上端点通过上弦水平系梁连接。

优选地，悬挑梁沿上弦主交叉钢梁所在的平面，分别从四个支座为往外伸出，悬挑梁与上弦主交叉钢梁连接。

所述的大跨X型网格立体张弦结构体系的施工方法：采用高空散拼法、四轨不带索累积滑移法，其中四轨不带索累积滑移法的四条滑移轨道包括两侧支座处的轨道以及上弦主交叉钢梁与中部共用水平钢梁相交节点处的两条轨道。

优选地，所述四轨不带索累积滑移法包括如下步骤：

1)支座以下建筑结构施工完成之后，且相关的临时支撑结构和滑轨均安装完毕后；将上弦主交叉钢梁、中部共用水平钢梁、下弦斜拉杆、斜腹杆、中部竖杆、上弦水平系梁、下弦水平系杆在拼装区拼装完成一个稳定单元；第一稳定单元安装后，向前滑移一个单位的距离，然后再吊装第二个稳定单元，如此类推，至整个稳定单元安装完成；安装天窗和悬挑梁，形成整体钢结构；

2)整体钢结构吊装且滑移完毕后进行卸载，将整体钢结构落于支座及中间临时支撑结构上；

3)固定其中一侧的支座，开始张拉下部拉索，张拉顺序采取从两端向中间张拉、再从中间向两端张拉，根据设计要求分级进行，分级根据计算确定，控制所有索力符合设计值；

4)拆除临时支撑结构，进行屋面工程施工。

相对于现有技术，本发明具有以下特点和有益效果：

1)本发明打破了张弦桁架上弦桁架连续、单榀桁架独立的传统做法，通过每两个“X”单元共用中部共用梁使得所有结构连为整体，从而解决了上弦桁架不能连续时的大跨设计难题，并且达到了整体结构轻盈、内部空间美观的效果。

2)本发明施工过程中充分结合结构的受力特点，采用四轨不带索累积滑移法解决了吊装空间问题，并通过多次分级对称相向及相背的张拉顺序，有效解决了索力和钢结构最终形态控制难题，可广泛应用于大跨双坡屋面钢结构工程。

3)本发明大跨结构体系具有整体轻盈、整体性好、结构美观等优点，同时还解决了张弦桁架上弦不连续的难题。

4)本发明施工方法工艺较为成熟，工艺质量易控制；本发明可广泛应用于大跨双坡屋面钢结构工程中。

附图说明

图1是本发明大跨X型网格立体张弦结构体系的结构示意图。

图2是图1的整体立面图。

图3是大跨X型网格立体张弦结构体系应用整体示意图。

图4是本发明大跨X型网格立体张弦结构体系的吊装示意图。

图中示出：上弦主交叉钢梁1、中部共用水平钢梁2、下部拉索3、支座4、下弦斜拉杆5、斜腹杆6、中部竖杆7、上弦水平系梁8、下弦水平系杆9、天窗10、悬挑梁11、整体屋盖结构12、滑轨13、临时支撑结构14。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

如图1和图2，一种大跨X型网格立体张弦结构体系，包括上弦主交叉钢梁1、中部共用水平钢梁2、下部拉索3、支座4、下弦斜拉杆5、斜腹杆6、中部竖杆7、上弦水平系梁8、下弦水平系杆9和悬挑梁11；中部共用水平钢梁2位于上端，中部共用水平钢梁2为两根，间隔布置，上弦主交叉钢梁1往下倾斜对称布置在中部共用水平钢梁2两侧；中部共用水平钢梁2一侧的上弦主交叉钢梁1为多根，位于同一个倾斜的平面内，其中两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁1的上端分别与一根中部共用水平钢梁2的端点连接，下端分别与两个支座4中的一个连接，两根中部共用水平钢梁2的一侧端点还分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁1连接，两个支座4也分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁1连接，连接同一侧水平钢梁2端点和支座4的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁1连接；两侧的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁1连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁1的连接点在同一直线上，从三个连接点往下到支座4所在的水平面上分别设有中部竖杆7，三个中部竖杆7的下端点通过下弦水平系杆9连接；每个中部竖杆7的下端点通过斜腹杆6与水平钢梁2的端点连接，每个中部竖杆7的下端点通过下弦斜拉杆5与支座4连接；中间的中部竖杆7的下端点分别与两个支座4和两个水平钢梁2端点连接；中部竖杆7下端与下弦斜拉杆5、斜腹杆6和下弦水平系杆9交于一点。在两根往外延伸的上弦主交叉钢梁1连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁1的连接点与两个支座4连接的上弦主交叉钢梁1中部分别向下设有竖杆，竖杆连接下弦斜拉杆5；在两根往外衍生的上弦主交叉钢梁1连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁1的连接点与两个共用水平钢梁2端点连接的上弦主交叉钢梁1中部向下设有竖杆，连接下弦斜拉杆5；竖杆和中部竖杆7的上端点通过上弦水平系梁8连接；两根中部共用水平钢梁2一侧的端点通过上弦水平系梁8连接；中部共用水平钢梁2两侧的中部竖杆7下端点之间分别通过平行设置的下部拉索3连接；悬挑梁11沿上弦主交叉钢梁1所在的平面，分别从四个支座4为往外伸出，悬挑梁11与上弦主交叉钢梁1连接。

在中部共用水平钢梁2上端设有天窗10，天窗10与中部共用水平钢梁2和上弦水平系梁8连接。

中部共用水平钢梁2一侧的两个支座4的间距与中部共用水平钢梁2一侧两个端点之间的间距是相同的。

中部共用水平钢梁2与下部拉索3竖向及水平不共面，相对高差8m-12m。

支座4可采用固定铰支座或者一侧为固定铰支座，另一侧为单向滑动支座。

建筑上可以充分利用中部共用水平钢梁2的位置设置采光天窗，从而达到良好的室内效果和观感。同时以往平面张弦桁架的面外刚度相对较弱，需要依靠面外的檩条和屋面板提供面外刚度和抗扭转刚度，故整体性相对较弱。本发明大跨X型网格立体张弦结构体系是网格立体张弦桁架，上弦是由X形交叉钢梁组成，交叉钢梁之间由连接系杆连接，形成稳定的三角形状单元；X形网格立体张弦桁架的下弦由V形的下弦斜拉杆5和下弦水平系杆9连接，同样形成稳定的三角形状单元；故X形网格立体张弦桁架的上弦和下弦均具有十分良好的面外刚度和整体性。

同时，由于下部拉索3的存在，X形网格立体张弦桁架结构极大地发挥了拉索材料良好的抗拉性能，使整个屋盖的用钢量相对较低，取得了良好的经济效益。

图3是大跨X型网格立体张弦结构体系应用整体示意图，从图3可见，多个大跨X型网格立体张弦结构体系间隔设置，整体屋盖结构12设置在大跨X型网格立体张弦结构体系上。

大跨X型网格立体张弦结构体系的施工方法为四轨不带索累积滑移法：四条滑移轨道包括两侧支座4处的轨道以及上弦主交叉钢梁1与中部共用水平钢梁2相交节点处的两条轨道，该方法包含以下步骤：

步骤一，支座4以下建筑结构施工完成之后，且相关的临时支撑结构14和滑轨13均安装完毕后；将上弦主交叉钢梁1、中部共用水平钢梁2、下弦斜拉杆5、斜腹杆6、中部竖杆7、上弦水平系梁8、下弦水平系杆9、在拼装区拼装完成一个稳定单元；第一稳定单元安装后，向前滑移一个单位的距离，然后再吊装第二个稳定单元，如此类推，至整个稳定单元安装完成；安装天窗10和悬挑梁11，形成整体钢结构；

步骤二，整体钢结构吊装且滑移完毕后进行卸载，将整体钢结构落于支座4及中间临时支撑结构14上；

步骤三，固定其中一侧的支座4，开始张拉下部拉索3，张拉顺序采取从两端向中间张拉、再从中间向两端张拉，根据设计要求分级进行，分级根据计算确定，控制所有索力符合设计值；

步骤四，拆除临时支撑结构14，进行屋面工程施工。

如上所述即可较好实施本发明。

本发明打破了张弦桁架上弦桁架连续、单榀桁架独立的传统做法，通过每两个“X”单元共用中部共用梁使得所有结构连为整体，从而解决了上弦桁架不能连续时的大跨设计难题，并且达到了整体结构轻盈、内部空间美观的效果。

本发明施工过程中充分结合结构的受力特点，采用四轨不带索累积滑移法解决了吊装空间问题，并通过多次分级对称相向及相背的张拉顺序，有效解决了索力和钢结构最终形态控制难题，可广泛应用于大跨双坡屋面钢结构工程。

Claims (8)

1.一种大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，包括上弦主交叉钢梁、中部共用水平钢梁、下部拉索、支座、下弦斜拉杆、斜腹杆、中部竖杆、上弦水平系梁、下弦水平系杆和悬挑梁；中部共用水平钢梁位于上端，中部共用水平钢梁为两根，间隔布置，上弦主交叉钢梁往下倾斜对称布置在中部共用水平钢梁两侧；中部共用水平钢梁一侧的上弦主交叉钢梁为多根，位于同一个倾斜的平面内，其中两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的上端分别与一根中部共用水平钢梁的端点连接，下端分别与两个支座中的一个连接，两根中部共用水平钢梁的一侧端点还分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接，两个支座分别与一根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接，连接同一侧水平钢梁端点和支座的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接；两侧的两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点在同一直线上，从三个连接点往下到支座所在的水平面上分别设有中部竖杆，三个中部竖杆的下端点通过下弦水平系杆连接；每个中部竖杆的下端点通过斜腹杆与水平钢梁的端点连接，每个中部竖杆的下端点通过下弦斜拉杆与支座连接；中间的中部竖杆的下端点分别与两个支座和两个水平钢梁端点连接；中部竖杆下端与下弦斜拉杆、斜腹杆和下弦水平系杆交于一点；

两根中部共用水平钢梁一侧的端点通过上弦水平系梁连接；中部共用水平钢梁两侧的中部竖杆下端点之间分别通过平行设置的下部拉索连接；

在中部共用水平钢梁上端设有天窗，天窗与中部共用水平钢梁和上弦水平系梁连接。

2.根据权利要求1所述的大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，所述中部共用水平钢梁一侧的两个支座的间距与中部共用水平钢梁一侧两个端点之间的间距是相同的。

3.根据权利要求1所述的大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，所述中部共用水平钢梁与下部拉索竖向及水平不共面，相对高差8m-12m。

4.根据权利要求1所述的大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，所述支座采用固定铰支座或者一侧为固定铰支座，另一侧为单向滑动支座。

5.根据权利要求1所述的大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，在两根往外延伸的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点与两个支座连接的上弦主交叉钢梁中部分别向下设有竖杆，竖杆连接下弦斜拉杆；在两根往外衍生的上弦主交叉钢梁连接点以及两根呈“X”形状交叉上弦主交叉钢梁的连接点与两个共用水平钢梁端点连接的上弦主交叉钢梁中部向下设有竖杆，连接下弦斜拉杆；竖杆和中部竖杆的上端点通过上弦水平系梁连接。

6.根据权利要求1所述的大跨X型网格立体张弦结构体系，其特征在于，悬挑梁沿上弦主交叉钢梁所在的平面，分别从四个支座为往外伸出，悬挑梁与上弦主交叉钢梁连接。

7.权利要求1-6任一项所述的大跨X型网格立体张弦结构体系的施工方法，其特征在于，采用高空散拼法、四轨不带索累积滑移法，其中四轨不带索累积滑移法的四条滑移轨道包括两侧支座处的轨道以及上弦主交叉钢梁与中部共用水平钢梁相交节点处的两条轨道。

8.根据权利要求7所述大跨X型网格立体张弦结构体系的施工方法，其特征在于，所述四轨不带索累积滑移法包括如下步骤：

1)支座以下建筑结构施工完成之后，且相关的临时支撑结构和滑轨均安装完毕后；将上弦主交叉钢梁、中部共用水平钢梁、下弦斜拉杆、斜腹杆、中部竖杆、上弦水平系梁、下弦水平系杆在拼装区拼装完成一个稳定单元；第一稳定单元安装后，向前滑移一个单位的距离，然后再吊装第二个稳定单元，如此类推，至整个稳定单元安装完成；安装天窗和悬挑梁，形成整体钢结构；

2)整体钢结构吊装且滑移完毕后进行卸载，将整体钢结构落于支座及中间临时支撑结构上；

3)固定其中一侧的支座，开始张拉下部拉索，张拉顺序采取从两端向中间张拉、再从中间向两端张拉，根据设计要求分级进行，分级根据计算确定，控制所有索力符合设计值；

4)拆除临时支撑结构，进行屋面工程施工。