一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，包括上弦桿、腹桿、節(jié)點套管、下弦索、斜牽索，所述上弦桿與腹桿通過焊接相貫連接，所述腹桿的下端與節(jié)點套管連接，所述下弦索穿過每個節(jié)點套管后兩端分別固定在兩端支座節(jié)點上，所述斜牽索對稱布置，斜牽索的下端固定在支座節(jié)點上，斜牽索的上端與上弦固定節(jié)點連接，所述上弦固定節(jié)點可以為距離相鄰支座節(jié)點五分之一至三分之一的張弦桁架跨度范圍內(nèi)上弦桿與腹桿的任意一個交點。本發(fā)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(tǒng)，能適應風吸力荷載，本發(fā)明還具有鋼材用量少、構(gòu)造簡單、制作成本低、性能好、施工容易等優(yōu)點。
【專利說明】一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于大跨度張弦屋蓋結(jié)構(gòu)【技術(shù)領域】的張弦桁架，特別涉及一種體內(nèi)設置斜 牽索的張弦桁架。

【背景技術(shù)】
[0002] 張弦桁架結(jié)構(gòu)最早由日本大學M. Saitoh教授在1986年提出，該結(jié)構(gòu)是一種區(qū)別 于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)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桿件、下弦柔性拉 索以及中間受壓撐桿組成的自平衡混合結(jié)構(gòu)，也是一種混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中比較成功的大 跨度預應力空間結(jié)構(gòu)體。
[0003] 張弦桁架結(jié)構(gòu)的特點是體系簡單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣，充分發(fā)揮了剛?cè)岵牧?的優(yōu)勢，并且制造、運輸、施工簡捷方便，因此已經(jīng)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(nóng)展館、國家體育館為 代表的大跨度張弦桁架屋蓋結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國標志性建筑。
[0004] 目前，本領域的研究人員普遍認為張弦桁架結(jié)構(gòu)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桿件產(chǎn)生反撓度，使得結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度得以減 小，而中間受壓撐桿構(gòu)成的上弦桁架采用拱梁或桁架拱，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(chǎn)生的水平推力并減少滑動支座的水平位移。張弦桁架 結(jié)構(gòu)可發(fā)揮高強索的強抗拉性能，改善整體結(jié)構(gòu)的受力性能，使壓彎構(gòu)件與抗拉構(gòu)件取長 補短，協(xié)同工作，從而達到自平衡。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中的這種張弦桁架結(jié)構(gòu)雖然具有許多優(yōu)點，但仍然存在著幾個比較大的 問題：（1)張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種風荷載敏感結(jié)構(gòu)，對于現(xiàn)代的大跨度建筑，一般采用輕屋面 系統(tǒng)的張弦桁架結(jié)構(gòu)，在風荷載較大地區(qū)或臺風區(qū)域，在風吸力作用下可能出現(xiàn)下弦拉索 松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?zhèn)渲卮_保風吸力作用下結(jié)構(gòu)不失去穩(wěn)定性和安全度，因此現(xiàn)有的張弦桁架結(jié)構(gòu)不適應于 風吸力的作用；（2)現(xiàn)有技術(shù)中張弦桁架下弦索球由鑄鋼形成，需要特殊加工，難以制作成 標準件；（3)現(xiàn)有技術(shù)中的張弦桁架下部只有索球，張拉時下弦節(jié)點應有裝置控制索球左 右移動，而又要確保索球產(chǎn)生向上的位移，施工輔助設備增多，施工難度較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，包括上弦桿1、腹 桿2、節(jié)點套管3和支座節(jié)點6,所述腹桿2首尾順次相接，其上端與所述上弦桿1通過焊接 相貫連接，其下端與所述節(jié)點套管3連接，所述支座節(jié)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(tǒng)，所述雙向抗力預應力系統(tǒng)包括下弦索4、 上弦固定節(jié)點7和斜牽索5,其中，所述下弦索4順次穿過每個節(jié)點套管3,其兩端分別固定 在所述支座節(jié)點6上；所述上弦桿1靠近兩側(cè)端部的位置上各設置一個所述上弦固定節(jié)點 7 ;每個所述支座節(jié)點6通過所述斜牽索5與兩個所述上弦固定節(jié)點7相連，組成等腰三角 形。
[0007] 進一步地，所述節(jié)點套管3內(nèi)裝有一個用于支撐所述下弦索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(jié)點套管3為球型結(jié)構(gòu)。
[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(jié)構(gòu)的堅向變形接近零。
[0010] 進一步地，所述上弦固定節(jié)點7為所述上弦桿1和腹桿2的交點，所述交點與相鄰 的支座節(jié)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，所述上弦桿1為倒V字形，所述下弦索4為V字形。
[0012] 進一步地，所述腹桿2關(guān)于所述張弦桁架的中心線對稱。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：
[0014] 1.風吸力荷載作用下的性能比較
[0015] 現(xiàn)有技術(shù)中的張弦桁架結(jié)構(gòu)需要在屋面進行備重，以確保負風壓下結(jié)構(gòu)不失去穩(wěn) 定和安全度，但采用屋面?zhèn)渲氐姆椒仍龃罅擞娩摿浚衷诮Y(jié)構(gòu)承受常規(guī)堅向活荷載時加 重結(jié)構(gòu)的負擔；而本發(fā)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的反撓度，從而確保下弦拉索不松弛，另外在結(jié)構(gòu)承受常規(guī)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 后形成一個具有雙向抗力的預應力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)在常規(guī)堅向活荷載作用下，下弦索的內(nèi)力增 大，為腹桿提供彈性支承，斜牽索的內(nèi)力減小，換句話說斜牽索的內(nèi)力增量指向斜牽索的上 端，此內(nèi)力增量用于抵抗堅直向下的活荷載，斜牽索等于給張弦桁架提供了彈性支撐，在風 吸力作用下，下弦索內(nèi)力減小，即原先那部分下弦索對腹桿的上頂力減小，斜牽索的內(nèi)力增 大，對結(jié)構(gòu)的反向變形有良好的牽制作用。
[0016] 2.節(jié)點構(gòu)造比較
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)中張弦桁架下弦索球由鑄鋼形成，需要特殊加工，難以制作成標準件；而 本發(fā)明的張弦桁架的定滑輪可以制作成標準件，可由一般機械工廠加工，且費用較低，構(gòu)造 簡單易行。
[0018] 3施工安裝難易程度比較：
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)中的張弦桁架下部只有索球，張拉時下弦節(jié)點應有裝置控制索球左右移 動，而又要確保索球產(chǎn)生向上的位移，施工輔助設備增多，施工難度較大；而本發(fā)明的張弦 桁架下弦索通過定滑輪傳力給節(jié)點套管，進而將上頂力傳給腹桿，其摩擦力大大減小，使下 節(jié)點左右擺動本來就小，再加上下弦節(jié)點自由度已被四角錐形腹桿約束，張拉下弦索時無 需對下弦節(jié)點增加輔助裝置，從而大大減小施工費用。
[0020] 因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有鋼材用量低、造價低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、并適用 于風吸力荷載的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的一種體內(nèi)設置斜牽索的張弦桁架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的一種體內(nèi)設置斜牽索的張弦桁架的俯視圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的腹桿與上弦桿相貫連接的結(jié)構(gòu)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(fā)明的腹桿與節(jié)點套管連接所形成的下弦節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖8為采用本發(fā)明的張弦桁架屋蓋的示意圖。
[0029] 圖中：1_上弦桿；2-腹桿；3-節(jié)點套管；4-下弦索；5-斜牽索；6-支座節(jié)點；7-上 弦固定節(jié)點；8-定滑輪。

【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明實施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附 圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的 一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領域普通技術(shù)人員 在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031] 本【技術(shù)領域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù) 術(shù)語和科學術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術(shù)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(shù)語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的 意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0032] 本發(fā)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(nèi)。
[0033] 本發(fā)明中所述的"內(nèi)、外"的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內(nèi)部的方 向為內(nèi)，反之為外，而非對本發(fā)明的裝置機構(gòu)的特定限定。
[0034] 本發(fā)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(fā)明的裝置機構(gòu)的特定限定。
[0035] 本發(fā)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(fā)明的一種體內(nèi)設置斜牽索的張弦桁架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的 一種體內(nèi)設置斜牽索的張弦桁架的俯視圖；圖3為本發(fā)明的腹桿與上弦桿相貫連接的結(jié)構(gòu) 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(fā)明的腹桿與節(jié)點套管連接所形成的下弦節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為采用本發(fā)明的 張弦桁架屋蓋的示意圖。
[0037] 如圖1所示為本發(fā)明一種體內(nèi)設置斜牽索的張弦桁架的結(jié)構(gòu)示意圖。該張弦桁架 包括上弦桿1、腹桿2、節(jié)點套管3、下弦索4、斜牽索5,上弦桿1與腹桿2通過焊接相貫連接 (參見圖3)，腹桿2的下端與節(jié)點套管3連接（參見圖7)，下弦索4穿過每個節(jié)點套管3后 兩端分別固定在兩端支座節(jié)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(jié)點上，斜牽索5的上端與上弦固定節(jié)點7連接，上弦固定節(jié)點7可以為距離相鄰支座 節(jié)點6五分之一至三分之一的張弦桁架跨度范圍內(nèi)上弦桿1與腹桿2的任意一個交點。
[0038] 如圖7所示，節(jié)點套管3為球型結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點套管3內(nèi)都裝有一個用于支撐下弦 索4的定滑輪8,下弦索4穿過定滑輪8 (參見圖5)。
[0039] 本發(fā)明一種體內(nèi)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(jié)構(gòu)在"預應力+恒荷載+(活荷載-風吸荷載）/2"共同作用下，結(jié)構(gòu)堅向變形接近 零為準則施加預應力，使結(jié)構(gòu)在"預應力+恒荷載"共同作用下產(chǎn)生適量的反撓度，此準則 的好處是使得"預應力+恒荷載+活荷載"共同作用下結(jié)構(gòu)向下的總位移與"預應力+恒荷 載+風吸荷載"共同作用下結(jié)構(gòu)向上的總位移大致相等，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置從而達到節(jié) 約鋼材的目的；在"預應力+恒荷載"狀態(tài)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(tǒng)，結(jié)構(gòu)在常規(guī)堅向活荷載作用下，下弦索的內(nèi)力增大，為腹桿提供彈性支 承，斜牽索的內(nèi)力減小，換句話說斜牽索的內(nèi)力增量指向斜牽索的上端，此內(nèi)力增量用于抵 抗堅直向下的活荷載，斜牽索等于給張弦桁架提供了彈性支撐，在風吸力作用下，下弦索內(nèi) 力減小，即原先那部分下弦索對腹桿的上頂力減小，斜牽索的內(nèi)力增大，對結(jié)構(gòu)的反向變形 有良好的牽制作用。
[0040] 本發(fā)明的一種體內(nèi)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(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對 本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明 構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，包括上弦桿（1)、腹桿（2)、節(jié)點套管（3)和支座節(jié)點 (6) ，所述腹桿（2)首尾順次相接，其上端與所述上弦桿（1)通過焊接相貫連接，其下端與所 述節(jié)點套管（3)連接，所述支座節(jié)點（6)分別設置在所述張弦桁架的兩端下方，其特征在 于，所述張弦桁架還包含雙向抗力預應力系統(tǒng)，所述雙向抗力預應力系統(tǒng)包括下弦索（4)、 上弦固定節(jié)點（7)和斜牽索（5)，其中，所述下弦索（4)順次穿過每個節(jié)點套管（3)，其兩端 分別固定在所述支座節(jié)點（6)上；所述上弦桿（1)靠近兩側(cè)端部的位置上各設置一個所述 上弦固定節(jié)點（7);每個所述支座節(jié)點（6)通過所述斜牽索（5)與兩個所述上弦固定節(jié)點 (7) 相連，組成等腰三角形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，所述節(jié)點套管（3)內(nèi) 裝有一個用于支撐所述下弦索（4)的定滑輪（8)，所述下弦索（4)穿過定滑輪（8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，所述節(jié)點套管（3)為 球型結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，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恒荷載+ (F活荷載一F風吸荷載）/2的作用 下，所述張弦桁架結(jié)構(gòu)的堅向變形接近零。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，所述上弦固定節(jié) 點（7)為所述上弦桿（1)和腹桿（2)的交點，所述交點與相鄰的支座節(jié)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(jù)權(quán)利要求5所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，所述上弦桿（1)為倒 V字形，所述下弦索（4)為V字形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種內(nèi)置斜牽索的張弦桁架，其特征在于，所述腹桿⑵關(guān)于所 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(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】顧盛, 郭君淵, 曹潔, 唐柏鑒 申請人:江蘇科技大學, 昆山市建設工程質(zhì)量檢測中心