CN106320605A - 一种新型防失稳张弦梁结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型防失稳张弦梁结构及其施工方法，包括上弦受弯构件、一个或多个倒锥形撑杆及下弦拉索；上弦受弯构件呈弧形弯曲，一个或多个倒锥形撑杆间隔设置在上弦受弯构件的下端面上，位于上弦受弯构件的跨中位置及两侧对称位置，下弦拉索连上弦受弯构件及倒锥形撑杆。本发明采用了新型倒锥型撑杆，有效地限制了拉索产生平面外位移，从而保证了拉索在各种布置形式下均不会发生平面外失稳，使得结构的几何布置不会再受拉索平面外稳定性的限制，同时可以解除竖向撑杆平面外失稳屈曲的可能性，极大地提高结构的安全性和稳定性，使结构适用于更复杂更低矢高甚至反拱类型的张弦梁，适应更多更丰富的建筑造型。

Description

一种新型防失稳张弦梁结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑结构领域，尤其涉及一种新型防失稳张弦梁结构及其施工方法。
背景技术
现今大跨度起拱低，矢高低，承受竖向荷载大的平面张弦梁结构竖腹杆易发生平面外失稳而导致破坏，对于一般平面张弦梁结构也需要加许多纵向的支撑以保持平面外的稳定。立体的倒锥型撑杆使得张弦梁结构的安全稳定能力极大的提高。特别是现代经济发展，建筑对造型艺术审美的追求使得出现了各种类型的大跨屋面，其中针对坡度缓的大屋面，其对应的张弦梁结构也是矢高低，安全系数低，易发生失稳以致倾覆。
撑杆平面外失稳形式分两种,其一是撑杆发生平面外屈曲，其二是单撑杆张弦梁结构的撑杆本身并没有发生屈曲，而是由于侧向位移过大整体出现平面失稳。
现有技术中，平面张弦梁的竖向撑杆所承受的压力会随着外部荷载作用增大而增大，当所承受的压力大于撑杆的极限承载能力时，撑杆将不再保持原来的平衡状态而发生失稳。当撑杆的弯曲方向在结构平面以外，因拉索拉力极大，当撑杆发生平面外弯曲时，立即会导致整体结构的在平面外较大侧向位移变化，导致整体张弦梁结构发生第一种失稳。
发明内容
本发明的目的：提供一种新型防失稳张弦梁结构及其施工方法，倒锥型竖向撑杆使得结构上部整体刚性良好，能很好地解决竖向撑杆平面外失稳的问题，拓展大跨度屋面形式的可能性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种新型防失稳张弦梁结构，包括上弦受弯构件、一个或多个倒锥形撑杆及下弦拉索；所述的上弦受弯构件的中部向上呈弧形弯曲，所述的一个或多个倒锥形撑杆分别间隔设置在所述的上弦受弯构件的下端面上，位于所述的上弦受弯构件的跨中位置及两侧对称位置，所述的倒锥形撑杆由多根撑杆构成，所述的多根撑杆的下端连接呈立体锥形分布；所述的下弦拉索的两端分别与所述的上弦受弯构件的底部两端连接，所述的下弦拉索的中部依次与所述的一个或多个倒锥形撑杆连接。
上述的新型防失稳张弦梁结构，其中，所述的上弦受弯构件为扁宽型钢制材质制成。
上述的新型防失稳张弦梁结构，其中，所述的倒锥形撑杆的个数为1-3个。
一种新型防失稳张弦梁结构的施工方法，该方法至少包括如下步骤：
步骤1：地面拼装构件，利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力。
步骤2：在临时支座系统上完成张拉，安装到结构支座后再次张拉，对结构进行加强。
步骤3：结构吊装或顶升并定位。
上述的新型防失稳张弦梁结构的施工方法，其中，在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：在结构安装后卸除支承，由于上弦受弯构件刚性变形，将部分结构自重和配重传递给倒锥形撑杆，通过倒锥形撑杆对下弦拉索施加拉力。
步骤1.2：单独采用支承卸除来施加预拉力时必须预先对刚性构件起拱。
上述的新型防失稳张弦梁结构的施工方法，其中，在所述的步骤2中，所述的临时支座系统包括满堂脚手架、临时台架、临时支架。
本发明采用了新型倒锥型撑杆，有效地限制了拉索产生平面外位移，从而保证了拉索在各种布置形式下均不会发生平面外失稳，使得结构的几何布置不会再受拉索平面外稳定性的限制，同时可以解除竖向撑杆平面外失稳屈曲的可能性，极大地提高结构的安全性和稳定性，使结构适用于更复杂更低矢高甚至反拱类型的张弦梁，适应更多更丰富的建筑造型。
附图说明
图1是本发明新型一种防失稳张弦梁结构的结构示意图。
图2是本发明新型一种防失稳张弦梁结构的倒锥形撑杆的结构示意图。
图3是本发明新型一种防失稳张弦梁结构的单杆模型示意图。
图4是本发明新型一种防失稳张弦梁结构的施工方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1及附图2所示，一种新型防失稳张弦梁结构，包括上弦受弯构件1、一个或多个倒锥形撑杆2及下弦拉索3；所述的上弦受弯构件1的中部向上呈弧形弯曲，所述的一个或多个倒锥形撑杆2分别间隔设置在所述的上弦受弯构件1的下端面上，位于所述的上弦受弯构件1的跨中位置及两侧对称位置，所述的倒锥形撑杆2由多根撑杆构成，所述的多根撑杆的下端连接呈立体锥形分布；所述的下弦拉索3的两端分别与所述的上弦受弯构件1的底部两端连接，所述的下弦拉索3的中部依次与所述的一个或多个倒锥形撑杆2连接。
所述的上弦受弯构件1为扁宽型钢制材质制成。
所述的倒锥形撑杆2的个数为1-3个。优选为3个。
请参见附图4所示，一种新型防失稳张弦梁结构的施工方法，该方法至少包括如下步骤：
步骤1：地面拼装构件，利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力。
步骤2：在临时支座系统上完成张拉，安装到结构支座后再次张拉，对结构进行加强。
步骤3：结构吊装或顶升并定位。在结构的设计位置拼装构件要求沿跨度方向设置满堂脚手架，采用顶升设备提升成形。结构较高设计位置则要求设置临时台架作为顶升操作平台。
在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：在结构安装后卸除支承，由于上弦受弯构件1刚性变形，将部分结构自重和配重传递给倒锥形撑杆2，通过倒锥形撑杆2对下弦拉索3施加拉力。
步骤1.2：单独采用支承卸除来施加预拉力时必须预先对刚性构件起拱。
在所述的步骤2中，所述的临时支座系统包括满堂脚手架、临时台架、临时支架等类型。施工中采用临时支架系统类型视具体施工工艺而定。
请参见附图3所示，建立一个模型对平面张弦梁结构进行静力分析。设平面张弦梁结构受外部均布荷载q的作用，拉索的张力为F，其水平与竖直分力分别为F×cosα和F×sinα。隔离撑杆进行受力分析，对于撑杆上端支点A而言，拉索张力T的竖向分力使撑杆出平面的弯矩为M1=2T*sinα*△。而拉索张力T的水平分力则产生使撑杆回复到平衡位置的弯矩，其大小为M2=2（2T*cosα*△/l）*(h1+h2)。则稳定安全系数：k=M2/M1=2(h1+h2)/(tgα*l)=1+h1/h2。
从上式可看出，当h1>0，即张弦梁矢高为正时，k>1，M2大于M1，驱使撑杆回到平衡位置的能力比出平面的能力大，从而可以认为撑杆处于稳定状态，不会产生出平面的失稳情况；当h1<0，即张弦梁矢高为负时，k<1，撑杆处于不稳定平衡状态，任何微小的扰动都将是撑杆产生出平面的失稳；当h1=0时，k=1，撑杆处于随遇平衡状态。由此可见，拱梁的矢高与索的垂度之比h1/h2对结构整体稳定起着叫重要的作用。
本发明将线性的杆状竖向撑杆变成立体的倒锥形撑杆2，使得倒锥形撑杆2具有空间性，本质上改变原有撑杆的特性，除去了屈曲的可能性。倒锥形撑杆2产生侧向位移的原因主要有两种：第一，上部结构位移导致倒锥型撑杆2发生侧向位移；第二，倒锥型撑杆2的四侧杆件压缩变形差异引起的侧向位移。这两种原因引起的侧向位移都较小，不会使得倒锥形撑杆2及下弦拉索3发生整体出平面失稳。此外，还使用了宽扁型钢制上弦受弯构件1，使上部荷载更好均匀分布在上梁，再较好地传递给倒锥形撑杆2，使结构更好地受力与传力。
竖向撑杆对结构的上部刚性结构其弹性支承作用，实际结构中撑杆数量要适当，设置过多，不仅材料用量大，而且施工复杂；过少，则整体结构差，且对内里及位移有均有不利影响。当结构不施加荷载时，随着竖向撑杆数量的增多，结构的水平位移及竖向位移均增大。对拉索施加相同的预应力，结构的反拱情况越明显，说明预应力的效应越明显。当撑杆数量为6根时，结构出现向下挠度，即结构没有产生反拱，这样预应力的有利作用就无法体现。3到撑杆的结构挠跨比是最小的。结构变变形改变太大是对结构不利的，由实验得出6道撑杆比3道撑杆变形量大，所以撑杆数目并非越多越好。
在竖向荷载作用下，当上部刚性结构所受轴力相近是，撑杆向上部刚性结构提供向上的支撑力越大，上部刚性结构的受理情况改善明显。当只有跨中一道撑杆提供向上的支撑力，撑杆对上部刚性结构提供的向上的支撑力过于集中，因此对上部刚性结构受力性能的改善不如其它几个模型。而当撑杆数目达到一定数值后，受力性能不再明显改善，用钢量却水撑杆数目的增加而增加，故撑杆数目并非越多越好。
在设计时，应该合理布置撑杆的位置，由计算分析可得出跨中附近的倒锥形撑杆2对上部刚性结构受力产生的影响比支座附近的倒锥形撑杆2明显。所以布置倒锥形撑杆2位置时应保证跨中有一道倒锥形撑杆2，以最大程度地发挥撑杆的作用。
综上可得出，增加倒锥形撑杆2数量，有利于发挥预应力的有利作用，可以改善上部刚性结构受力性能，对抵抗不利荷载起了积极的作用。但是撑杆数目并非越多越好，当撑杆数目超过三道以后，结构受力性能不再明显改善，而结构用钢量却仍在增加，所以撑杆数量并非越多越好。而且在设计时，应该合理布置撑杆的位置以最大程度地发挥撑杆的作用。
所以确定了新型防失稳张弦梁结构中应用3个倒锥型撑杆，其中一个位于跨中位置的形态。
对于大跨度结构，本发明中应用于大跨的防失稳张弦梁结构，必须进行高空作业，张弦梁结构常用于屋盖系统中，结构表搞较高，构件定位、拼装和结构张拉均需在高空完成；结构未成形的结构刚度较小，结构张拉前无法作为独立的结构支撑在两端支座上，必须设置临时支架系统，要求将临时支架系统设置在建筑结构中。
综上所述，本发明采用了新型倒锥型撑杆，有效地限制了拉索产生平面外位移，从而保证了拉索在各种布置形式下均不会发生平面外失稳，使得结构的几何布置不会再受拉索平面外稳定性的限制，同时可以解除竖向撑杆平面外失稳屈曲的可能性，极大地提高结构的安全性和稳定性，使结构适用于更复杂更低矢高甚至反拱类型的张弦梁，适应更多更丰富的建筑造型。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型防失稳张弦梁结构，其特征在于：包括上弦受弯构件、一个或多个倒锥形撑杆及下弦拉索；所述的上弦受弯构件的中部向上呈弧形弯曲，所述的一个或多个倒锥形撑杆分别间隔设置在所述的上弦受弯构件的下端面上，位于所述的上弦受弯构件的跨中位置及两侧对称位置，所述的倒锥形撑杆由多根撑杆构成，所述的多根撑杆的下端连接呈立体锥形分布；所述的下弦拉索的两端分别与所述的上弦受弯构件的底部两端连接，所述的下弦拉索的中部依次与所述的一个或多个倒锥形撑杆连接。
2.根据权利要求1所述的新型防失稳张弦梁结构，其特征在于：所述的上弦受弯构件为扁宽型钢制材质制成。
3.根据权利要求1所述的新型防失稳张弦梁结构，其特征在于：所述的倒锥形撑杆的个数为1-3个。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的新型防失稳张弦梁结构的施工方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：
步骤1：地面拼装构件，利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力；
步骤2：在临时支座系统上完成张拉，安装到结构支座后再次张拉，对结构进行加强；
步骤3：结构吊装或顶升并定位。
5.根据权利要求4所述的新型防失稳张弦梁结构的施工方法，其特征在于：在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：在结构安装后卸除支承，由于上弦受弯构件刚性变形，将部分结构自重和配重传递给倒锥形撑杆，通过倒锥形撑杆对下弦拉索施加拉力；
步骤1.2：单独采用支承卸除来施加预拉力时必须预先对刚性构件起拱。
6.根据权利要求4所述的新型防失稳张弦梁结构的施工方法，其特征在于：在所述的步骤2中，所述的临时支座系统包括满堂脚手架、临时台架、临时支架。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106948499A (zh) * 2017-05-23 2017-07-14 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种防止侧向失稳的钢结构节点

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857543A (en) * 1997-12-15 1999-01-12 Universal Builders Supply, Inc. Ledger truss for scaffolding
US20100301190A1 (en) * 2009-02-03 2010-12-02 Robert Showers Carney Modular edge form system for cast in place suspended concrete slabs
CN102140775A (zh) * 2011-03-28 2011-08-03 清华大学 连续索张弦主梁斜拉桥
CN202164731U (zh) * 2011-06-03 2012-03-14 永升建设集团有限公司 平面重型屋盖张弦梁
CN103362213A (zh) * 2013-08-05 2013-10-23 东南大学 一种张弦梁结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857543A (en) * 1997-12-15 1999-01-12 Universal Builders Supply, Inc. Ledger truss for scaffolding
US20100301190A1 (en) * 2009-02-03 2010-12-02 Robert Showers Carney Modular edge form system for cast in place suspended concrete slabs
CN102140775A (zh) * 2011-03-28 2011-08-03 清华大学 连续索张弦主梁斜拉桥
CN202164731U (zh) * 2011-06-03 2012-03-14 永升建设集团有限公司 平面重型屋盖张弦梁
CN103362213A (zh) * 2013-08-05 2013-10-23 东南大学 一种张弦梁结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴轶群: "一种新型张弦梁结构的静力稳定性分析与施工方案比较", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106948499A (zh) * 2017-05-23 2017-07-14 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种防止侧向失稳的钢结构节点
CN106948499B (zh) * 2017-05-23 2023-07-07 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种防止侧向失稳的钢结构节点

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