CN201347599Y - 桁架与预应力稳定索结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桁架与预应力稳定索结构体系，包括由上弦(1－1)、下弦(1－2)、竖腹杆(1－3)和斜腹杆(1－4)组成的若干榀桁架(1)和拉索，其特征是：所述拉索包括垂直拉索(2)和水平拉索(3)；垂直拉索(2)设置在桁架(1)内的上弦(1－1)、下弦(1－2)间或相邻桁架(1)之间的上弦(1－1)、下弦(1－2)间，垂直拉索(2)的上端与桁架的上弦(1－1)部连接、下端与桁架的下弦(1－2)部连接，由二条或二条以上垂直拉索(2)组成交叉式垂直拉索结构；水平拉索(3)位于相邻桁架(1)之间的上弦(1－1)位置，水平拉索(3)的两端与上弦(1－1)的节点连接，由二条或二条以上的水平拉索(3)组成交叉式水平拉索结构。本实用新型中桁架之间沿上弦周边端开口及沿径向的水平交叉拉索与桁架内或桁架之间的上下弦间的垂直交叉拉索共同组成了屋盖的柔性支撑体系，确保了屋盖的整体稳定性，本实用新型的桁架与预应力稳定索结构体系适应于各种大跨度、结构新颖的屋盖结构。

Description

桁架与预应力稳定索结构体系

技术领域

本实用新型涉及一种桁架与预应力稳定索结构体系，适用于共同组成屋盖的柔性支撑的结构体系。属于建筑桁架结构技术领域。

背景技术

目前，随着我国大跨度公共建筑的兴起，屋盖具有跨度大、结构形式新颖、轻巧美观等特点。传统的空间桁架结构体系已经适应不了大跨度高负载的屋盖的要求，必须在传统空间桁架结构中增加大量的侧支撑，才能满足屋盖的受力要求，但是，这样会影响屋盖的轻巧、美观等整体效果。随着现代预应力技术的进步，预应力在空间桁架结构中的应用越来越多，但是如何在桁架结构中合理布置预应力索，以达到既可以减少杆件的数量，又可以满足桁架结构的受力要求，达到建筑外观的美观目的，是现阶段一直要解决的问题。同时在屋盖设计时，不同的结构与桁架体系需要不同的程序与分析方法对整体屋盖进行动力分析。合理的程序与分析方法可以接近实际情况的分析结构的初始缺陷，几何非线性和材料非线性及间隙等问题，对预应力的施加大小与分布具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的，是为了适应目前大跨度、结构新颖的屋盖结构，在保持屋盖简洁轻巧的风格基础上，提供一种桁架与预应力稳定索结构体系。

本实用新型的目的，可以通过以下技术方案实现：

桁架与预应力稳定索结构体系，包括由上弦、下弦、竖腹杆和斜腹杆组成的若干榀桁架和拉索，其特征是：所述拉索包括垂直拉索和水平拉索；垂直拉索设置在桁架内或相邻桁架之间的上弦、下弦间，垂直拉索的上端与桁架的上弦部连接、下端与桁架的下弦部连接，由二条或二条以上垂直拉索组成交叉式垂直拉索结构；水平拉索位于相邻桁架之间的上弦位置，水平拉索的两端与上弦的节点连接，由二条或二条以上的水平拉索组成交叉式水平拉索结构。

本实用新型的目的，还可以通过以下技术方案实现：

本实用新型的一种实施方案是：水平拉索可以包括桁架之间沿上弦周边端开间设置的水平交叉拉索和沿上弦径向设置的水平交叉拉索；竖腹杆的底端设有为实心钢棒，斜腹杆焊接于实心钢棒两侧，实心钢棒设有与下弦连接的凹槽，竖腹杆和斜腹杆的上端直接与上弦焊接，竖腹杆的下端与斜腹杆的下端固定焊接，下弦嵌入钢棒的凹槽后焊接；沿上弦每10米处可以设置环向主檩条；水平交叉拉索的两端分别于主檩条连接；垂直交叉拉索下端与竖腹杆的实心钢棒连接、上端与主檩条连接。

本实用新型的一种实施方案是：所述主檩条可以通过螺栓与上弦连接；在所述主檩条与竖腹杆的连接处两侧可以设置耳板。

本实用新型的一种实施方案是：在所述垂直拉索两端可以安装锚具，在锚具的下端设有螺牙、上端设有叉耳。

本实用新型的一种实施方案是：所述垂直拉索的下端为固定端，可以通过螺纹连接结构与实心钢棒螺接，即下端锚具螺牙直接拧紧于钢棒上已开好的螺孔中。

本实用新型的一种实施方案是：位于垂直拉索上端的锚具销轴式或者螺栓式连接结构与主檩条连接，锚具下为张拉端，张拉端下为可调节的连接套。

本实用新型的一种实施方案是：所述上平拉索两端为张拉端。

本实用新型的一种实施方案是：所述水平拉索可以两端安装锚具，锚具上端和下端分别设有叉耳。

本实用新型的一种实施方案是：所述桁架可以由辐射桁架、平行弦桁架或梯形桁架构成。

本实用新型的一种实施方案是：所述径向设置的水平交叉拉索可以是两道、四道或六道；所述上下弦间设置的垂直交叉拉索可以是三道、四道或五道。

本实用新型的一种实施方案是：所述垂直交叉拉索与水平交叉拉索可以由强度等级为1720Mpa的低松弛高强度镀锌钢铰线(裸索直径Φ15.2)，并在其外挤包白色高密度聚乙烯(成品直径Φ18)形成。

本实用新型的一种实施方案是：所述锚具可以采用20Cr钢结构，设计小巧，即满足受力要求，又满足屋盖整体简洁的风格。

本实用新型具有的有益效果如下：

在主檩条位置，桁架内或桁架之间的上下弦之间设置垂直交叉拉索，可以有效的提供下弦稳定支点，保证下弦杆的稳定。同时桁架之间沿上弦周边端开口及沿径向的水平交叉拉索与桁架内或桁架之间的上下弦间的垂直交叉拉索共同组成了屋盖的柔性支撑体系，确保了屋盖的整体稳定性。本实用新型的桁架与预应力稳定索结构体系适应于各种大跨度、结构新颖的屋盖结构。

附图说明

图1是一个具体实施例中所述的一榀辐射桁架结构示意图。

图2是本实用新型中的垂直拉索的安装示意图。

图3是一个具体实施例中所述的屋盖结构示意图。

具体实施例

具体实施例1

如图1所示，屋盖由圆锥在对称轴两侧切去一部分合并而成，径向沿圆锥母线设置多榀辐射桁架1。如图2、图3所示，辐射桁架1由上弦1-1、下弦1-2、竖腹杆1-3、斜腹杆1-4组成，成辐射状；竖腹杆1-3、斜腹杆1-4直接与上弦1-1焊接，竖腹杆1-3下端为实心钢棒1-3-1，斜腹杆1-4焊接于实心钢棒1-3-1两侧，钢棒1-3-1与下弦1-1连接处设有凹槽，两根下弦1-1端部嵌入钢棒1-3-1后焊接。如图1，沿每榀辐射桁架1上弦1-1的每10m处设置环向主檩条4，在主檩条4位置处，辐射桁架1之间沿上弦1-1的周边端开间设置水平交叉拉索3-1及沿上弦1-1的径向设置水平交叉拉索3-2；在上弦主檩条4位置处，相邻辐射桁架1之间的上弦1-1、下弦1-2之间设置垂直交叉拉索2。如图3所示，主檩条4与上弦1-1通过螺栓4-1连接；垂直交叉拉索2下端与竖腹杆1-3的实心钢棒1-3-1连接，上端与主檩条4连接。主檩条4位置上，竖腹杆1-3两侧设置耳板6。垂直交叉拉索2两端安装相应的锚具5，锚具下端具有螺牙5-1，上端具有叉耳5-2。垂直交叉拉索2下端锚具5上的螺牙5-1直接拧紧于钢棒1-3-1上已开好的螺孔中；垂直交叉拉索2上端锚具5上的叉耳5-2与耳板6通过销轴连接，锚具5下为张拉端7，张拉端下为可调节的连接套，用来张拉预应力。上弦水平交叉拉索3-1，3-2两端安装相应的锚具5，锚具5上、下端均具有叉耳5-2，两端锚具5下均为张拉端7，水平交叉拉索3-1，3-2与主檩条4的连接方式与垂直交叉拉索2相似，通过水平交叉拉索3-1，3-2两端锚具5上的叉耳5-2与主檩条4处设置的耳板6连接。

如图3所示，某市体育馆，由主场馆、训练馆和大众活动馆组成，其屋盖均由圆锥在对称轴两侧切去一部分合并而成，纵向跨度最大为160m，径向最大跨度为110m，为了满足建筑师轻巧、简洁的设计风格，中央屋脊为纵向空间桁架，断面高度及宽度沿跨长变化，端部仅保留上弦，径向沿圆锥母线设置多榀辐射桁架。在此屋架结构中，辐射桁架下弦承受很大压力，但是为了实现建筑师轻巧的要求，辐射桁架下弦不允许加侧向刚性支撑，为了保证下弦杆的稳定，将本实用新型应用于此屋盖中，在辐射桁架之间按照上述方法设置了三道垂直拉索2、四道上弦径向水平交叉拉索3-2和周边端口间的上弦水平交叉拉索3-1，共同组成了屋盖的柔性支撑体系，保证了下弦杆的稳定及屋盖的整体稳定性。其中，所述垂直交叉拉索与水平交叉拉索由强度等级为1720Mpa的低松弛高强度镀锌钢铰线(裸索直径Φ15.2)，并在其外挤包白色高密度聚乙烯(成品直径Φ18)形成；所述锚具采用20Cr钢结构，设计小巧，能够满足受力要求。

利用ANSYS5.6软件对结构进行非线性屈曲分析，通过渐增荷载来寻求结构失稳时的临界荷载。分析时考虑了三种工况：(1)恒载+满跨活载；(2)恒载+上半边活载；(3)恒载+由半边活载，分析时采用线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析相结合的方法。在上述三种屈曲工况下，整体屈曲模态的出现一般是在上弦先出现屈曲，继而下弦发生失稳，屋盖有整体扭曲的趋势，从屈曲分析中可知，结构的屈曲承载力对支撑***的依赖程度较大。若屋架下没有索柔性支撑体系，结构将不足以承受使用荷载和自重而发生平面外失稳。因此，在设计时，为保证索始终处于受拉，对主场馆、训练馆和大众活动馆分别施加了30KN、25KN、20KN的预应力。至今，该体育馆建成约八年，使用状况良好，经过这几年对索的跟踪测试，索使用正常。

具体实施例2

本实用新型的具体实施例2的特点是：沿每榀辐射桁架1上弦1-1的每10m处设置环向主檩条4，在主檩条4位置处，辐射桁架1之间沿周边端开间设置水平交叉拉索3-1，沿上弦1-1径向设置二道水平交叉拉索3-2；在上弦主檩条4位置处，每一榀辐射桁架内的上弦1-1、下弦1-2之间设置垂直交叉拉索2。

其他实施例

本实用新型的其他实施例的特点是：所述屋盖结构中，桁架1为平行桁架、梯形桁架结构或者其他桁架结构，设置了四道、五道、六道……垂直拉索2；设置了六道、八道……上弦径向水平交叉拉索3-2和周边端口间的上弦水平交叉拉索3-1，共同组成了屋盖的柔性支撑体系。

Claims (10)

1、桁架与预应力稳定索结构体系，包括由上弦(1-1)、下弦(1-2)、竖腹杆(1-3)和斜腹杆(1-4)组成的若干榀桁架(1)和拉索，其特征是：所述拉索包括垂直拉索(2)和水平拉索(3)；垂直拉索(2)设置在桁架(1)内的上弦(1-1)、下弦(1-2)间或相邻桁架(1)之间的上弦(1-1)、下弦(1-2)间，垂直拉索(2)的上端与桁架的上弦(1-1)部连接、下端与桁架的下弦(1-2)部连接，由二条或二条以上垂直拉索(2)组成交叉式垂直拉索结构；水平拉索(3)位于相邻桁架(1)之间的上弦(1-1)位置，水平拉索(3)的两端与上弦(1-1)的节点连接，由二条或二条以上的水平拉索(3)组成交叉式水平拉索结构。

2、根据权利要求1所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：水平拉索(3)包括桁架之间沿上弦周边端开间设置的水平交叉拉索(3-1)和沿上弦径向设置的水平交叉拉索(3-2)；竖腹杆(1-3)的底端设有为实心钢棒(1-3-1)，斜腹杆(1-4)焊接于实心钢棒(1-3-1)两侧，实心钢棒(1-3-1)设有与下弦(1-2)连接的凹槽，竖腹杆(1-3)和斜腹杆(1-4)的上端直接与上弦(1-1)焊接，竖腹杆(1-3)的下端与斜腹杆(1-4)的下端固定焊接，下弦(1-2)嵌入钢棒(1-3-1)的凹槽后焊接；沿桁架上弦(1-1)每10米处设置环向主檩条(4)；水平交叉拉索(3-1、3-2)的两端分别于主檩条(4)连接；垂直交叉拉索(2)下端与竖腹杆(1-3)的实心钢棒(1-3-1)连接、上端与主檩条(4)连接。

3、根据权利要求2所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述主檩条(4)通过螺栓(4-1)与上弦(1-1)连接；在所述主檩条(4)与竖腹杆(1-3)的连接处两侧设置耳板(6)。

4、根据权利要求2所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：在所述垂直拉索(2)两端安装锚具(5)，在锚具(5)的下端设有螺牙(5-1)、上端设有叉耳(5-2)。

5、根据权利要求2所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述垂直拉索(2)的下端为固定端，通过螺纹连接结构与实心钢棒(1-3-1)螺接。

6、根据权利要求2所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：位于垂直拉索(2)上端的锚具(5)销轴式或者螺栓式连接结构与主檩条(4)连接，锚具下为张拉端(7)，张拉端下为可调节的连接套。

7、根据权利要求1所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述水平拉索(3)两端均为张拉端(7)。

8、根据权利要求7所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述水平拉索(3)两端安装锚具(5)，锚具(5)上端和下端分别设有叉耳(5-2)。

9、根据权利要求1所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述桁架(1)由辐射桁架、平行弦桁架或梯形桁架构成。

10、根据权利要求1所述的桁架与预应力稳定索结构体系，其特征是：所述径向设置的水平交叉拉索(3-2)是两道、四道或六道；所述上下弦间设置的垂直拉索(2)是三道、四道或五道。

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