CN102199939B - 弦支梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弦支梁结构，属结构工程设计领域，其可解决现有的弦支梁结构受力不均匀的问题。本发明的弦支梁结构中，网格梁用于与竖向构件或水平构件相连；撑杆下端与主索或次索相连，上端与网格梁相连；主索在水平面上的投影与第一方向平行，每根主索连接至少两根撑杆，且主索端部与网格梁端部、或竖向构件顶端、或水平构件相连；次索在水平面上的投影与第一方向平行，每根次索至少在两端部各连接一根撑杆，且次索与两撑杆的相连部还分别各与两根斜索下端相连，斜索上端与网格梁、或竖向构件顶端，或水平构件相连；斜索和与其相连的次索的夹角在水平面上的投影大于90度且小于180度。本发明可用于大跨度空间结构中。

Description

弦支梁结构

技术领域

本发明涉及结构工程设计领域，尤其涉及一种弦支梁结构。

背景技术

弦支梁(张弦桁架)结构是一种常用的半刚性结构体系，其主要包括梁(桁架)、索、撑杆、竖向构件；索沿梁(桁架)长度方向布置在其下，两端与梁(桁架)相连，且共同与竖向构件相连。沿索长度方向在索、梁(桁架)平面内设置撑杆(该撑杆优选沿竖直方向设置)，从而形成结构整体。通过索施加初始预拉力可使撑杆对梁(桁架)产生向上的压力，从而使梁(桁架)产生上拱变形；当对梁(桁架)施加重力荷载时，索初始预拉力产生的上拱变形可全部或部分抵消施加的重力荷载产生的下挠变形，从而使梁(桁架)实际因外荷载产生的变形减小，以减小外荷载作用下结构构件的内应力，提高整体结构的承载能力。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：如图1所示，越靠近梁(桁架)4中部的撑杆2，与连接其下端的索1之间的夹角α越大。而当索1初始预拉力一定时，由力的平衡可知：撑杆2与索1之间的夹角α越大，撑杆2的轴压力越小，从而迫使梁(桁架)4产生上拱变形的力越小，梁(桁架)4的上拱变形越小。因此，在给定的几何构成及索1的初始预拉力作用下，越靠近梁(桁架)4端部，撑杆2的轴压力越大，梁(桁架)4的上拱变形也越大；越靠近梁(桁架)4中部，撑杆2的轴压力越小，梁(桁架)4的上拱变形也越小；但在外加的重力载荷作用下，梁(桁架)4的变形特性与上述变形特性相反，跨中产生的下挠变形较大而端部产生的下挠变形小。从而导致结构正常工作时梁(桁架)4呈现端部下挠较小(或基本不下挠)、跨中下挠较大的波浪形变形特性，结构变形为整体弯曲变形形态，结构应力集中，不均匀。

发明内容

本发明的实施例提供一种弦支梁结构，其可解决现有的弦支梁结构受力不均匀的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种弦支梁结构，包括网格梁、撑杆、斜索、至少两根并排分布的主索、位于两根所述主索间的次索，其中：

所述网格梁用于与竖向构件或水平构件相连；

所述撑杆下端与所述主索或次索相连，上端与所述网格梁相连；

所述主索在水平面上的投影与第一方向平行，每根所述主索连接至少两根第一撑杆，且所述主索端部与所述网格梁端部、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；

所述次索在水平面上的投影与所述第一方向平行，每根所述次索至少在两端部各连接一根第二撑杆，所述次索两端部与两所述撑杆下端的连接部位还分别各与两根所述斜索下端相连，所述斜索上端与所述网格梁、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；所述斜索和与其相连的次索的夹角在水平面上的投影大于90度且小于180度。

由于本发明实施例的弦支梁结构中具有次索和斜索，而次索和斜索的设置改变了整体弦支结构的传力路径及其应力分布状况，故可使弦支梁结构受力均匀。

作为本发明实施例的一种优选方式，还包括：斜拉构件，下端与一根所述撑杆的下端节点相连，上端与另一根所述撑杆的上端节点相连，所述斜拉构件与所述主索的夹角、以及与所述次索的夹角在水平面上的投影大于0度且小于90度。

作为本发明实施例的一种优选方式，与同一根所述斜拉构件相连的两根撑杆分别连接一根所述主索及一根所述次索，且该主索和次索是相邻的。

作为本发明实施例的一种优选方式，所述斜拉构件与所述撑杆的上端节点间通过耳板销轴铰接连接；和/或所述斜拉构件与所述撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接。

作为本发明实施例的一种优选方式，所述斜拉构件为斜拉棒或斜拉索。

作为本发明实施例的一种优选方式，与一根所述次索的一端相连的两根斜索的上端分别各与一根所述撑杆连接在所述网格梁的同一位置处，这两根撑杆的下端分别连接在与该次索相邻的两根主索上，且这两根撑杆分别为最靠近这两根主索端部的撑杆。

作为本发明实施例的一种优选方式，在所述第一方向上，与所述主索相连的撑杆和与所述次索相连的撑杆处于不同位置。

作为本发明实施例的一种优选方式，还满足下列条件中的至少一项：

所述撑杆与所述主索间通过索夹具铰接连接；

所述撑杆与所述次索的中部通过索夹具铰接连接；

所述撑杆与所述次索的端部通过耳板销轴铰接连接；

所述撑杆与所述网格梁间通过耳板销轴铰接连接；

所述斜索与所述撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接；

所述斜索与所述网格梁间通过耳板销轴铰接连接。

作为本发明实施例的一种优选方式，每根所述主索为一根整索或由多段分索组成；和/或每根所述次索为一根整索或由多段分索组成。

作为本发明实施例的一种优选方式，所述撑杆沿竖直方向设置。

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为现有的弦支梁(桁架)结构的结构剖面示意图；

图2为本发明实施例一的弦支梁结构中的弦支结构的结构示意图；

图3为本发明实施例一的弦支梁结构的三维结构示意图；

图4为本发明实施例一的弦支梁结构的主索结构剖面示意图；

图5为本发明实施例一的弦支梁结构的次索结构剖面示意图；

图6为本发明实施例二的弦支梁结构的三维结构示意图。

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弦支梁结构，包括网格梁、撑杆、斜索、至少两根并排分布的主索、位于两根所述主索间的次索，其中：

所述网格梁用于与竖向构件或水平构件相连；

所述撑杆下端与所述主索或次索相连，上端与所述网格梁相连；

所述主索在水平面上的投影与第一方向平行，每根所述主索连接至少两根第一撑杆，且所述主索端部与所述网格梁端部、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；

所述次索在水平面上的投影与所述第一方向平行，每根所述次索至少在两端部各连接一根第二撑杆，所述次索两端部与两所述撑杆下端的连接部位还分别各与两根所述斜索下端相连，所述斜索上端与所述网格梁、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；所述斜索和与其相连的次索的夹角在水平面上的投影大于90度且小于180度。

由于本发明的实施例的弦支梁结构中具有次索和斜索，而次索和斜索的设置改变了整体弦支结构的传力路径及其应力分布状况，故可使弦支梁结构受力均匀；同时，本发明实施例的弦支梁结构可使网格梁呈局部变形的形态、弯矩小且分布均匀、索系的工作效率更高、索的截面积更小，从而可以降低成本，提高弦支梁结构的整体性、稳定性；而且，本发明的实施例的弦支梁结构改变了传统结构的单向受力方式，具有较好的空间工作性能；另外，传统的弦支梁结构形式较为单一，而本发明实施例的弦支梁结构形式较为灵活，应用范围广。

实施例一

本发明实施例提供一种弦支梁结构，如图2至图5所示，其包括位于上部的网格梁4和连接在网格梁4下部的弦支结构。

网格梁4优选为单层网格梁，例如双向正交正放连续网格梁，其两端部用于与柱、墙等竖向构件5相连，或用于与水平构件相连，该水平构件应具有较大的侧向刚度，以保证可以承受索施加的拉力。

弦支结构包括多根从网格梁4的一端延伸到另一端且并排分布的主索11，各主索11的两端部锚固连接在网格梁4端部(或与竖向构件5顶端相连、或与水平构件相连)，而各主索11在水平面上的投影与第一方向平行，该第一方向优选与网格梁的长度方向平行。每根主索11还与多根撑杆2的下端相连接，各撑杆2的上端连接在网格梁4下方，各撑杆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)。

每两根主索11之间还有一根次索12，各次索12在水平面上的投影与第一方向平行。每根次索12连接多根撑杆2的下端，撑杆2的上端则与网格梁4相连。每根次索12的两端部各连接有一根撑杆2，且次索12的两端部与两撑杆2的连接部位还分别各与两根斜索13的下端相连(其具体连接方式可采用多种公知的形式：如次索12的端部及两根斜索13的下端均与撑杆2的下端节点相连，或者也可为次索12的端部、两根斜索13的下端、撑杆2通过一个铸钢连接件相连等)，而斜索13的上端则连接在网格梁4上(或与竖向构件5顶端相连、或与水平构件相连)；且斜索13和与其相连的次索12的夹角在水平面上的投影均大于90度而小于180度，也就是说，位于次索12同一端的两根斜索13分别位于与其相连的次索12的两侧，且斜索13的上端比该次索12的端部更靠近网格梁4端部，从而斜索13可对次索12施加拉力。

优选地，与一次索12的一端相对的两根斜索13的上端分别各与一撑杆2的上端连接在网格梁4的同一位置处，而这两根撑杆2还分别与一根主索11相连，这两根主索11即为与该次索12相邻的主索11，且这两根撑杆2分别为最靠近这两根主索11的端部(或者说最靠近网格梁4端部)的撑杆2。也就是说，与一根次索12一端相连的两根斜索13的上端，优选分别连接在与该次索12相邻的两根主索11的最靠近该端部的撑杆2的上端处；当然，与该次索12的另一端相对的两根斜索13也可按相同的方式连接在最靠近其两相邻主索11另一端的两撑杆2的上端处。

优选地，与主索11相连的撑杆2和与次索12相连的撑杆2在第一方向上处于不同的位置处，也就是说，与主索11相连的撑杆2和与次索12相连的撑杆2是交错分布的，这样更有利于增加结构的整体性。

表1为本实施例的弦支梁结构和现有的弦支梁结构的网格梁4各节点(除去直接与竖向构件5相连的节点)变形状况的模拟计算结果，其中节点编号从弦支梁结构一端依次编到另一端(即沿第一方向进行)，变形量单位为毫米，正的变形量表示变形方向向上、负的变形量表示变形方向向下，变形量1表示施加预应力但未加附加重力载荷时的变形量，变形量2表示附加重力载荷后的变形量。从表1中可见，在附加重力载荷前，现有的弦支梁结构的网格梁4变形两端大、跨中小，而本实施例的弦支梁结构的网格梁4变形两端小、跨中大；在附加重力载荷后，现有的弦支梁结构的网格梁4端部呈上拱变形，跨中则呈较大的下挠变形，弯矩较大，而本实施例的弦支梁结构的网格梁4则整体呈下挠变形，从两端到中间变形量逐渐增大(但最大的变形量也比现有的网格梁4中部的变形量小)，弯矩较小。由此可见，次索12和斜索13确实可以改变弦支梁结构的受力状况，使轴向应力成为主应力，弯曲应力所占的比例减小，减小弯矩并使弯矩均匀，提高弦支梁结构的承载力和稳定性；同时，斜索13还改变了原有弦支梁结构的单向受力方式，使弦支梁结构具有更好的空间作用效应，提高了弦支梁结构的承载力和稳定性。

表1本实施例的弦支梁结构和现有的弦支梁结构的网格梁变形量

实施例二

本发明实施例提供一种弦支梁结构，其与实施例一的弦支梁结构类似。区别在于，本实施例的弦支梁结构还包括多个斜拉构件3，斜拉构件3可为斜拉棒(如斜拉棒钢)或斜拉索(如斜拉钢索)，其下端连接一根撑杆2的下端节点(即撑杆2与主索11或次索12相连的位置)，而上端则连接另一根撑杆2的上端节点(即撑杆2与网格梁4相连的位置)，且斜拉构件3与主索11、次索12间的夹角在水平面上的投影大于0度而小于90度，也就是说，斜拉构件3相对于主索11、次索12是斜向设置的。

优选地，与一个斜拉构件3相连的两根撑杆2分别连接一根主索11和一根次索12，且该主索11和次索12是相邻的。

斜拉构件3可进一步在与第一方向垂直的方向上为弦支梁结构提供连接，使弦支梁结构具有更好的空间作用效应、整体抗震、抗风稳定性等。

由于斜拉构件3的主要作用为进一步增加弦支梁结构的整体性，因此，其具体设置形式可根据弦支梁结构的实际受力状况决定；当然，斜拉构件3的设置应保证各撑杆2的受力平衡。为了不对向弦支梁结构施加预应力的过程产生影响，斜拉构件3优选在张拉完毕、临时支撑拆除后再安装。

显然，上述各实施例的弦支梁结构中撑杆、主索、次索、斜索、网格梁、斜拉构件等之间可以采用许多不同的方法连接，但优选地，连接方法可为下列方式中的一种或多种：撑杆与主索间通过索夹具(该索夹具可为专门设计的)铰接连接，撑杆与次索中部通过索夹具(该索夹具可为专门设计的)铰接连接，撑杆与次索端部通过耳板销轴铰接连接，撑杆与网格梁间通过耳板销轴铰接连接，斜索与撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接，斜索与网格梁间通过耳板销轴铰接连接，斜拉构件与撑杆的上端节点间通过耳板销轴铰接连接，斜拉构件与撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接。

显然，上述各实施例的弦支梁结构中，每根主索可为一根整索的形式，但也可由多段分索组成(如在每两根撑杆之间为一段分索)；每根次索可为一根整索的形式，但也可由多段分索组成(如在每两根撑杆之间为一段分索)。

显然，上述各实施例的弦支梁结构还可进行许多公知的变化，例如：为了提高网格梁的刚度，可在网格梁端部的网格中设置水平支撑(图中为示出)；弦支梁结构可由各种不同的材料制造，但优选采用钢材制成。

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 (8)

1.一种弦支梁结构，其特征在于，包括网格梁、撑杆、斜索、至少两根并排分布的主索、位于两根所述主索间的次索，其中：

所述网格梁用于与竖向构件或水平构件相连；

所述撑杆下端与所述主索或次索相连，上端与所述网格梁相连；

所述主索在水平面上的投影与第一方向平行，每根所述主索连接至少两根第一撑杆，且所述主索端部与所述网格梁端部、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；

所述次索在水平面上的投影与所述第一方向平行，每根所述次索至少在两端部各连接一根第二撑杆，所述次索两端部与两所述撑杆下端的连接部位还分别各与两根所述斜索下端相连，所述斜索上端与所述网格梁、或与所述竖向构件顶端、或与所述水平构件相连；所述斜索和与其相连的次索的夹角在水平面上的投影大于90度且小于180度；

与一根所述次索的一端相连的两根斜索的上端分别各与一根所述撑杆连接在所述网格梁的同一位置处，这两根撑杆的下端分别连接在与该次索相邻的两根主索上，且这两根撑杆分别为最靠近这两根主索端部的撑杆。

2.根据权利要求1所述的弦支梁结构，其特征在于，还包括：

斜拉构件，下端与一根所述撑杆的下端节点相连，上端与另一根所述撑杆的上端节点相连，所述斜拉构件与所述主索的夹角、以及与所述次索的夹角在水平面上的投影大于0度且小于90度；

与同一根所述斜拉构件相连的两根撑杆分别连接一根所述主索及一根所述次索，且该主索和次索是相邻的。

3.根据权利要求2所述的弦支梁结构，其特征在于，

所述斜拉构件与所述撑杆的上端节点间通过耳板销轴铰接连接；和/或

所述斜拉构件与所述撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接。

4.根据权利要求2所述的弦支梁结构，其特征在于，所述斜拉构件为斜拉棒或斜拉索。

5.根据权利要求1至2中任意一项所述的弦支梁结构，其特征在于，在所述第一方向上，与所述主索相连的撑杆和与所述次索相连的撑杆处于不同位置。

6.根据权利要求1至2中任意一项所述的弦支梁结构，其特征在于，还满足下列条件中的至少一项：

所述撑杆与所述主索间通过索夹具铰接连接；

所述撑杆与所述次索的中部通过索夹具铰接连接；

所述撑杆与所述次索的端部通过耳板销轴铰接连接；

所述撑杆与所述网格梁间通过耳板销轴铰接连接；

所述斜索与所述撑杆的下端节点间通过耳板销轴铰接连接；

所述斜索与所述网格梁间通过耳板销轴铰接连接。

7.根据权利要求1至2中任意一项所述的弦支梁结构，其特征在于，

每根所述主索为一根整索或由多段分索组成；和/或

每根所述次索为一根整索或由多段分索组成。

8.根据权利要求1至2中任意一项所述的弦支梁结构，其特征在于，

所述撑杆沿竖直方向设置。

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