CN102199931B - 环向索弦支网格梁结构及对其施加预应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环向索弦支网格梁结构及对其施加预应力的方法，属于结构工程及施工技术领域，其可解决现有的环向索弦支网格梁结构中环向索受力过大的问题。本发明的环向索弦支网格梁结构包括环向索弦支网格梁结构，包括网格梁、凸多边形的环向索、撑杆、斜拉件，其中环向索在凸多边形的每个顶点均通过一根撑杆与网格梁节点连接，撑杆连接环向索的一端还通过一根斜拉件与所述网格梁节点连接，斜拉件用于向与其相邻的两段环向索及撑杆施加拉力；环向索组成的凸多边形的边数小于等于6。本发明的对上述环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法包括通过张拉斜拉件施加预应力。本发明可用于各种穹顶结构中。

Description

环向索弦支网格梁结构及对其施加预应力的方法

技术领域

本发明涉及结构工程及施工技术领域，尤其涉及一种环向索弦支网格梁结构及对其施加预应力的方法。

背景技术

环向索弦支网格梁或网壳结构是一种被广泛使用的大跨结构，其中网格梁端或网壳杆端可支承在墙、柱等竖向支撑结构上。网格梁或网壳下方设有凸多边形的环向索，该多边形的边数在24～36，从而使环向索形成近似圆形或椭圆形的形状，环向索在凸多边形的每个顶点与一个竖直设置的撑杆的下端连接，撑杆的上端则连接网格梁或网壳节点，且撑杆下端还与指向该凸多边形外侧的斜拉件(如斜拉钢棒或斜拉钢索)的下端相连，斜拉件的上端连接在网格梁或网壳边支座节点上，从而该斜拉件可对与其相邻的两段环索施加拉力，并对撑杆下端施加向上的推力。施工时，通过向斜拉件或环向索施加拉力可在斜拉件上产生预拉力，该预拉力在竖直方向上的分力会对撑杆产生向上的推力，而撑杆则向网格梁或网壳跨中施加向上的压力，使网格梁或网壳跨中产生上拱变形，当在网格梁或网壳上加屋顶等载荷后，该上拱变形可以全部或部分抵消因载荷产生的下挠变形，从而使网格梁或网壳的实际变形减小，并由此使网格梁或网壳可承受更大的载荷；而斜拉件预拉力在水平方向上的分力则被环向索抵消。

发明人发现上述技术中至少存在如下问题：如图1所示，斜拉件3预拉力在水平方向上的分力T₃要被环向索1抵消，由于现有的环向索1为很近似于圆形的24～36边形，因此各斜拉件3在水平方向上的投影和与其相邻的两段环向索1间的夹角θ₁、θ₂都很接近90°，故每段环向索1上都必须产生很大的拉力T₁、T₂才能抵消斜拉件3预拉力在水平方向上的分力T₃，该拉力T₁、T₂通常为斜拉件3预拉力在水平方向上的分力T₃的5至10倍。

发明内容

本发明的实施例提供一种环向索弦支网格梁结构，其环向索的受力较小。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种环向索弦支网格梁结构，包括网格梁、凸多边形的环向索、撑杆、斜拉件，其中所述环向索在所述凸多边形的每个顶点均通过一根所述撑杆与所述网格梁节点连接，所述撑杆连接所述环向索的一端还通过一根所述斜拉件与所述网格梁节点连接，所述斜拉件用于向与其相邻的两段环向索及撑杆施加拉力；所述环向索组成的凸多边形的边数小于等于6。

由于本发明的实施例的环向索弦支网格梁结构中，环向索组成的凸多边形边数小于等于6，因此其斜拉件在水平面上的投影和与其相邻的两环向索段的夹角角度均可远离90°，从而使环向索受力较小。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述环向索组成正凸多边形。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述环向索组成凸四边形。

作为本发明实施例的一种优选方案，任意一根所述斜拉件在所述凸多边形所在平面的投影和与其相邻的两段环向索间的两个夹角均在120度至150度之间。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述环向索弦支网格梁结构包括至少两个所述环向索。

作为本发明实施例的一种优选方案，每个所述环向索由多根分索组成。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述环向索的各分索间通过耳板销轴连接。

作为本发明实施例的一种优选方案，还满足下列条件中的至少一个：所述环向索与撑杆间通过铸钢节点连接；所述斜拉件与撑杆间通过铸钢节点连接；所述斜拉件与网格梁节点间通过耳板销轴连接；所述撑杆与网格梁节点间通过耳板销轴连接。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述斜拉件为斜拉杆或斜拉索。

本发明的实施例还提供一种对上述环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法，其环向索受力较小。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种对上述环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法，包括：

通过张拉所述斜拉件施加预应力。

由于本发明的实施例的对环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法中采用上述的环向索弦支网格梁结构，因此其环向索受力较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的环向索弦支网格梁结构的局部结构俯视图；

图2为本发明实施例一的环向索弦支网格梁结构的结构示意图；

图3为本发明实施例一的环向索弦支网格梁结构的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例一的环向索弦支网格梁结构的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例二的环向索弦支网格梁结构的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例二的环向索弦支网格梁结构的侧视结构示意图；

图7为本发明实施例三的环向索弦支网格梁结构的俯视结构示意图；

图8为本发明实施例的另一环向索弦支网格梁结构的俯视结构示意图；

图9为本发明实施例的另一环向索弦支网格梁结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种环向索弦支网格梁结构，包括网格梁、凸多边形的环向索、撑杆、斜拉件，其中所述环向索在所述凸多边形的每个顶点均通过一根所述撑杆与所述网格梁节点连接，所述撑杆连接所述环向索的一端还通过一根所述斜拉件与所述网格梁节点连接，所述斜拉件用于向与其相邻的两段环向索及撑杆施加拉力；所述环向索组成的凸多边形的边数小于等于6。

由于本发明的实施例的环向索弦支网格梁结构中，环向索组成的凸多边形边数小于等于6，因此其斜拉件在水平面上的投影和与其相邻的两环向索段的夹角角度均可远离90°，从而使环向索的受力较小，效率提高；而由于环向索所需承受的力较小，因此环向索可采用较细的材料制造，从而降低制造成本；而且，传统的24～36边形环向索接近于圆形或椭圆形，故其只能用于球面或椭球面的穹顶，其对应的建筑平面也必然近于圆形或椭圆形，而采用本发明的实施例的环向索弦支网格梁结构可以使建筑的整体形状更加多样化；同时，本发明的实施例的环向索弦支网格梁结构具有改善网格梁受力和变形状况，提高结构稳定性的作用。

实施例一

本发明实施例提供一种环向索弦支网格梁结构，如图2、图3所示，其包括位于上方的网格梁4，以及连接在网格梁4下方的环向索弦支结构。

该网格梁4优选为单层网格梁，例如双向正交正放网格型柱面壳的双向连续网格梁。

而环向索弦支结构则包括环向索1、撑杆2、斜拉件3。其中环向索1呈矩形(当然也可为其它任意的凸四边形，如一般的平行四边形)，该矩形的长度、宽度可根据建筑平面的要求决定，环向索1在矩形的每个顶点均与一个撑杆2的下端相连，而撑杆2的上端则连接在网格梁4节点下方，该撑杆2优选沿竖直方向分布(当然也可与竖直方向呈一定的角度)。各撑杆2的下端还与斜拉件3的下端连接，该斜拉件3可为斜拉棒或斜拉索，其上端连接在网格梁4节点(边节点)下方，且斜拉件3在该矩形所在的平面上的投影的延长线应当穿过该矩形，这样才可保证斜拉件3能同时对与其相邻的两段环向索1和撑杆2施加拉力。

如图4所示，对于一个撑杆2，通过力系平衡计算，可知其受力状况应满足以下关系式：

T₃＝T₁×cos(180°-θ₁)+T₂×cos(180°-θ₂)；

T₁×sin(180°-θ₁)＝T₂×sin(180°-θ₂)；

其中，T₁和T₂分别为与该斜拉件3相邻的两段环向索1上的拉力，而θ₁和θ₂分别为这两段环向索1与斜拉件3在矩形所在平面上的投影的夹角，T₃则为斜拉件3预拉力在水平方向上的分力。由于环向索1为矩形，其顶角为90°，θ₁与θ₂的和为270度，故(180°-θ₁)和(180°-θ₂)中至少有一个会远离90°(当然优选为同时远离90°)，因此环向索1上的拉力会较小，从而可达到减小环向索1受力、提高环向索1效率的效果。

实施例二

本发明实施例提供一种环向索弦支网格梁结构，其与实施例一的环向索弦支网格梁结构类似，区别在其采用的是如图5、图6所示的多环环向索结构，即一个环向索弦支网格梁结构中包括多个环向索。此处以双环环向索结构为例，其中在一个大的环向索11内部有一个小的环向索12，两个环向索11、12的撑杆21、22均与网格梁4节点相连，而二者的斜拉件31、32也均指向各自矩形的外侧网格梁节点(较大斜拉件31连接在网格梁4边节点上)，且小的环向索12的斜拉件32优选与大的环向索11的撑杆21连在网格梁4的同一节点上。当然，本实施例的环向索弦支网格梁结构也可为具有更多个环向索的多环环向索结构，即在一个大的矩形环向索11中可有多个小的矩形环向索12，和/或在小的矩形环向索12中还可有更小的矩形环向索。多环环向索结构为现有公知的环向索结构形式，采用这种分布的环向索可以使环向索弦支网格梁结构能够用在面积更大的建筑结构中。

实施例三

本发明实施例提供一种环向索弦支网格梁结构，其与实施例一的环向索弦支网格梁结构类似，区别在于本实施例的环向索弦支网格梁结构中的环向索1为如图7或图8或图9所示的三角形或凸五边形或凸六边形结构。如前所述，这种三角形或凸五边形或凸六边形的环向索1同样可以起到降低环向索1受力的作用；而且，这些不同形状的环向索1还使建筑平面的形状有更多样的选择。当然，本实施例的各种环向索弦支网格梁结构中也可以采用上述实施例二所示的多环环向索结构。

显然，在上述各实施例的环向索弦支网格梁结构中，网格梁、环向索、撑杆、斜拉件之间可通过多种不同的方式连接；但环向索与撑杆间、斜拉件与撑杆间优选可通过铸钢节点连接，而斜拉件与网格梁间、撑杆与网格梁间可通过耳板销轴连接。

显然，在上述各实施例的环向索弦支网格梁结构中，每个凸多边形环向索可为一根整索，也可由多根分索组成(即凸多边形的每条边都为一根索)，多根分索间优选通过耳板销轴连接。

优选地，在上述各实施例的环向索弦支网格梁结构中，每个所述环向索组成的凸多边形均为正多边形，这样可以使各段环向索上的受力接近且都较小，从而使建筑结构规整，易于达到力系平衡，设计施工简便。

优选地，在上述各实施例的环向索弦支网格梁结构中，任意一根斜拉件在水平方向上的投影和与其相邻的两段环向索间的两夹角均应在120°至150°之间；这样可以将各段环向索上的拉力都控制在与其对应的斜拉件的预拉力在水平方向上的分力的1倍到2倍，以最有效地减小环向索受力，并且还可保证各段环向索的受力比较接近，易于达到力系平衡，使整体结构稳定。

显然，上述各实施例的环向索弦支网格梁结构还可进行许多公知的变化。例如：各部件可以采用钢、合金、复合材料等许多不同的材料制造，但优选采用钢材，即整体结构由钢梁、钢杆、钢索等制造；各撑杆、斜拉件可连接在网格梁的不同位置处，但优选均连接在网格梁的节点上；当一个环向索弦支网格梁结构中具有多个环向索时，这些环向索也可以分别各自独立地分布，而不是一个位于另一个之内；当一个环向索弦支网格梁结构中具有多个环向索时，各环向索也可为不同的形状(例如边数不同或形状不同)。

本发明实施例提供一种对上述环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法，包括：

通过张拉所述斜拉件(对环向索施)加预应力。

由于本发明的实施例的对环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法中采用上述的环向索弦支网格梁结构，因此其环向索的受力较小；而且，当通过张拉环向索施加预应力时，由于环向索的效率高，故只要施加较小的预应力即可使斜拉件上的预应力达到预定值，从而使其所需的施工设备简单、施工难度低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种环向索弦支网格梁结构，包括网格梁、凸多边形的环向索、撑杆、斜拉件，其中所述环向索在所述凸多边形的每个顶点均通过一根所述撑杆与所述网格梁节点连接，所述撑杆连接所述环向索的一端还通过一根所述斜拉件与所述网格梁节点连接，所述斜拉件用于向与其相邻的两段环向索及撑杆施加拉力；

其特征在于，

所述环向索组成的凸多边形的边数小于等于6，任意一根所述斜拉件在所述凸多边形所在平面的投影和与其相邻的两段环向索间的两个夹角均在120度至150度之间。

2.根据权利要求1所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，所述环向索组成正凸多边形。

3.根据权利要求1所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，所述环向索组成凸四边形。

4.根据权利要求1所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，所述环向索弦支网格梁结构包括至少两个所述环向索。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，每个所述环向索由多根分索组成。

6.根据权利要求5所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，

所述环向索的各分索间通过耳板销轴连接。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，还满足下列条件中的至少一个：

所述环向索与撑杆间通过铸钢节点连接；

所述斜拉件与撑杆间通过铸钢节点连接；

所述斜拉件与网格梁节点间通过耳板销轴连接；

所述撑杆与网格梁节点间通过耳板销轴连接。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的环向索弦支网格梁结构，其特征在于，所述斜拉件为斜拉杆或斜拉索。

9.对权利要求1至8中任意一项所述的环向索弦支网格梁结构施加预应力的方法，其特征在于，包括：

通过张拉所述斜拉件施加预应力。

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