CN107663900B - 一种闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点 - Google Patents
一种闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，仅将特定方向的内力及荷载传递给下部结构，使混凝土结构避免受拉，钢结构避免受压。本发明的上部结构为整体张拉闭合马鞍形索膜结构，索膜体系由内环、外环桁架及径向拉索组成，外环桁架为空间桁架，下部结构为钢筋混凝土框架‑剪力墙结构，本发明的连接节点连接外环桁架和下部混凝土结构的框架柱，外环桁架平面为圆形，连接节点沿着外环桁架下内弦杆均匀布置，不得将节点布置于下外弦，且不得内外弦同时布置。
Description
技术领域
本发明属于索膜结构领域，涉及一种用于闭合马鞍形索膜结构与下部结构的连接节点。
背景技术
索膜结构由于其独特的体系特点，能充分利用索与膜的材料抗拉的特性，材料利用效率高。整体张拉索膜结构是索膜结构构造形式的一种，多用于体育场建筑。体育场建筑通常跨度大、悬挑大，并且随着社会发展，空间造型越来越新颖复杂，几何形态及结构体系不断创新。
索膜结构与下部结构的连接节点对整体结构体系的受力状态有很大影响，一个新的结构体系能否成立，或成为力学、经济指标双优的合理受力体系，与连接节点形式密切相关。索膜结构由于跨度大悬挑大，对下部结构往往产生较大的水平力和竖向力，如何合理设置连接节点，避免此水平力或竖向力引起下部结构受力复杂的问题成为一个设计重点。
发明内容
（1）解决的技术问题：
索膜结构设计一直是体育场设计的重点，也是难点，主要是因为其巨大的悬挑带来的挑战，常规设计的索膜结构与下部结构的连接节点，通过设置一前一后两组支座抵抗悬挑引起的弯矩，在此情形下，会有较大的水平力传至下部结构，且后排支座往往还存在巨大的竖向拉力，此水平力及竖向拉力对下部结构甚至基础设计都会带来一系列难题。本发明提出一种新的连接节点形式，大幅降低上部索膜结构传至下部混凝土结构的水平力及竖向拉力，为下部结构设计节省大量的工程造价。
（2）技术方案：
为了能充分发挥索膜结构与钢筋混凝土下部结构各自的优势，本发明提出一种连接节点，仅将特定方向的内力及荷载传递给下部结构，使混凝土结构避免受拉，钢结构避免受压。本发明的上部结构为整体张拉闭合马鞍形索膜结构，索膜体系由内环索、外环桁架及径向拉索组成，外环桁架为空间桁架，下部结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，本发明的连接节点连接外环桁架和下部混凝土结构的框架柱，外环桁架平面为圆形，连接节点沿着外环桁架下内弦杆均匀布置，不得将节点布置于外环桁架下外弦，且不得内外弦同时布置。
本发明的一组连接节点仅包含竖向和外环切向的平动约束。环桁架仅将竖向力及切向力传递给下部结构。
连接节点的构造包含上支座板、凸形中间钢板、聚四氟乙烯板、不锈钢板、位移箱、下座板。上节点板顶与环桁架下弦连接，位移箱底与下部混凝土结构通过埋件板连接。凸形中间钢板与紧贴在其上下面的聚四氟乙烯板来实现支座的各方向转动。下座板及其下方的聚四氟乙烯板实现支座的径向可滑移，可滑移量取决于下座板径向侧边与位移箱之间的水平距离，下座板环向侧边与位移箱顶紧。
连接节点各方向均可转动，不可承受弯矩，各方向允许转动角度不小于环桁架在各种工况下转动角度最大值的1.2倍。
连接节点可承受竖向力，承载能力不小于各种工况竖向力最大值的1.5倍。
连接节点径向可以有限位移的滑动，滑动摩擦系数不大于0.03，滑动量不小于各种工况径向计算位移最大值的1.2倍。
连接节点切向不可滑移，承载能力不小于各种工况切向力最大值的1.5倍。
连接节点切向力传至下部结构，分布特征为最大值位于马鞍形曲线各个象限角平分线部位，向高点和低点逐渐递减。
（3）有益效果
本发明所描述的用于索膜结构与下部混凝土结构的连接节点，可以释放上部索膜体系对下部结构的径向反力，有效减小下部混凝土环梁的轴拉力，减小下部混凝土结构斜框架看台的轴拉力分布范围，有利于下部混凝土结构设计；解决了闭合马鞍形索膜结构体系完全自平衡能力差的问题，保证了索膜结构体系刚度及变形的合理，满足建筑造型要求。
附图说明
图1为连接节点布置平面图；
图2为连接节点布置剖面图；
图3为连接节点布置轴测图；
图4为整体结构三维图；
图5为连接节点径向构造示意图；
图6为本发明实施例中连接节点一示意图；
图7为本发明实施例中连接节点二示意图；
图8为本发明实施例中连接节点三（本发明连接节点）示意图；
图9为本发明实施例中连接节点四示意图。
各附图中：1连接节点；2内环梁；3外环梁；4径向梁；5框架柱；6斜框架看台；7脊索；8谷索；9外环桁架；10闭合马鞍形索膜结构；11凸形中间钢板；12聚四氟乙烯板；13不锈钢板；14位移箱；15下座板；16上节点板；17实施例中连接节点一；18实施例中连接节点二；19实施例中连接节点四；20下部混凝土结构。
具体实施方式：
以某体育场工程为例，对本发明实现闭合马鞍形空间索膜体系合理设计进行详细说明。
该体育场直径约260m，最大悬挑45m，顶部索膜结构及下部混凝土结构均为马鞍形曲线，马鞍形高低差约16m，平面为正圆。本发明连接节点设置在马鞍形环桁架下弦内侧,即马鞍形内环梁上。每组脊索、谷索组成的结构单元下均设置连接节点。
为了充分说明本发明的特点，以4种不同的连接节点进行比较：
连接节点一：采用两组固定铰支座，即外环桁架下弦的内外两根弦杆在柱顶均设置固定铰支座。
连接节点二：采用一组固定铰支座，即外环桁架下弦的内弦杆在柱顶均设置固定铰支座。
连接节点三（本发明采用）：采用一组铰支座，即外环桁架下弦的内弦杆在柱顶均设置铰支座，支座在平面的径向可以滑动。
连接节点四：采用一组铰支座，即外环桁架下弦的内弦杆在柱顶均设置铰支座，支座在平面的径向及切向均可以滑动。
下表统计出四种连接节点的反力或节点位移：
| 四种连接节点反力及位移 | 连接节点一 | 连接节点二 | 连接节点三 | 连接节点四 |
| 最大径向反力（kN） | 8927 | 2623 | - | - |
| 最大切向反力（kN） | 392 | 2946 | 3059 | - |
| 最大竖向压力（kN） | 8163 | 889 | 710.5 | 1127 |
| 最大竖向拔力（kN） | 7693 | 1073 | 410 | 568 |
| 节点径向位移（mm） | - | - | 45 | 1398 |
| 节点切向位移（mm） | - | - | - | 301 |
从上表可以看出，连接节点一会对下部结构产生巨大的径向力及竖向压力和拔力，会造成下部结构及基础极大的设计难度；连接节点二相对于连接节点一，除了切向力增加较多外，其余方向的反力均有较大程度的降低，径向力减少了70%多，但依然有2946kN，由于径向水平反力的作用，混凝土看台框架轴拉力分布范围广，节点附近的环梁、看台的斜框架梁、柱等大部分构件都受到轴拉力，整个下部钢筋混凝土看台框架成为一个巨大的拉力环，结构构件成为拉弯构件，这对钢筋混凝土构件是非常不利的。连接节点四没有水平力向下传递，对下部结构影响最小，但径向水平水平位移达到1398mm，结构刚度远远不能满足安全要求；若采用本发明连接节点即连接节点三，只有切向水平反力，而切向水平力更多地由内环梁的轴力平衡了，因此，传力路径较短，轴拉力分布范围及数值均大大缩小，便于集中采取措施解决，径向位移也仅仅只有45mm，完全满足刚度需求。
因此，本发明连接节点在满足刚度要求的前提下，释放上部结构部分自由度，使结构内力的分布更加有利于不同材料、形式的结构构件，让拉力由上部钢结构构件承担，压力由下部混凝土构件承担，同时大幅降低上部结构传至下部混凝土结构的水平力及竖向拉力，降低工程造价。
本实施例中连接节点各项参数如下：
连接节点各方向均可转动，不可承受弯矩，各方向允许转动角度0.05rad。
连接节点可承受竖向力，承载能力8000KN。
连接节点可径向有限位移的滑动，滑动摩擦系数0.03，马鞍形曲线各个象限角平分线部位的支座径向位移限值220mm，各个象限高点及低点位置处支座径向位移限值200mm。
连接节点切向不可滑移，承载能力6000KN。
通过全过程施工模拟分析，估算索膜体系张拉完成后连接节点的径向位移，不同位置处位移值不同。马鞍形曲线各个象限角平分线部位的节点径向位移约80mm，各个象限高点及低点位置处节点径向位移约60mm，将连接节点预先反向滑移计算所得的位移值，保证索膜体系张拉完毕后节点的上节点板中心线与位移箱中心线对齐，两者误差不能超过10mm。
本发明连接节点应满足下列安装顺序及要求：1下部混凝土内环梁、外环梁、框架柱施工完毕；2将节点的上节点板与下座板之间设置临时固定装置；3将已根据施工模拟分析结果反向滑移的节点临时固定在混凝土内环梁预埋件上，临时固定措施设置在位移箱与预埋件之间；4 环桁架安装；5在环桁架合拢前，将上支座板与环桁架下弦连接就位；6待环桁架合拢后，解除上节点板与下座板之间设置临时固定装置，调平，调整转角，保证初始转角位0；6解除位移箱与预埋件连接的临时固定措施，与预埋件连接就位；7环桁架上弦钢管灌注混凝土；8上部索膜体系张拉施工，张拉全过程，对连接节点的各种力学参数进行全过程监测。
Claims (8)
1.一种闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，上部结构为整体张拉闭合马鞍形索膜结构，索膜结构由内环索、外环桁架及径向拉索组成，外环桁架为空间桁架，下部结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，其特征在于：连接节点连接外环桁架和下部混凝土结构的框架柱，外环桁架平面为圆形，连接节点沿着外环桁架下内弦杆均匀布置，不得将节点布置于外环桁架下外弦，且不得内外弦同时布置，每一组连接节点仅包含竖向和外环切向的平动约束，外环桁架仅将竖向力及切向力传递给下部结构。
2.根据权利要求1所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点的构造包含上节点板、凸形中间钢板、聚四氟乙烯板、不锈钢板、位移箱、下座板；上节点板顶与外环桁架下弦连接，位移箱底与下部混凝土结构通过埋件板连接；凸形中间钢板与紧贴在其上下面的聚四氟乙烯板来实现支座的各方向转动；下座板及其下方的聚四氟乙烯板实现支座的径向可滑移，可滑移量取决于下座板径向侧边与位移箱之间的水平距离，下座板环向侧边与位移箱顶紧。
3.根据权利要求1所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点各方向均可转动，不可承受弯矩，各方向允许转动角度不小于外环桁架在各种工况下转动角度最大值的1.2倍。
4.根据权利要求1所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点可承受竖向力，承载能力不小于各种工况竖向力最大值的1.5倍。
5.根据权利要求1所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点径向可以有限位移的滑动，滑动摩擦系数不大于0.03，滑动量不小于各种工况径向计算位移最大值的1.2倍。
6.根据权利要求1所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点切向不可滑移，承载能力不小于各种工况切向力最大值的1.5倍，连接节点切向力传至下部结构，分布特征为最大值位于马鞍形曲线各个象限角平分线部位，向高点和低点逐渐递减。
7.根据权利要求2所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点应满足下列安装顺序及要求：（1）下部混凝土内环梁、外环梁、框架柱施工完毕；（2）将节点的上节点板与下座板之间设置临时固定装置；（3）将已根据施工模拟分析结果反向滑移的节点临时固定在混凝土内环梁预埋件上，临时固定措施设置在位移箱与预埋件之间；（4）外环桁架安装；（5）在外环桁架合拢前，将上节点板与外环桁架下弦连接就位；（6）待外环桁架合拢后，解除上节点板与下座板之间设置临时固定装置，调平，调整转角，保证初始转角为0；（7）解除位移箱与预埋件连接的临时固定措施，与预埋件连接就位；（8）外环桁架上弦钢管灌注混凝土；（9）上部索膜结构张拉施工，张拉全过程，对连接节点的各种力学参数进行全过程监测。
8.根据权利要求7所述的闭合马鞍形索膜结构与下部结构协同工作的连接节点，其特征在于：连接节点各方向均可转动，不可承受弯矩，各方向允许转动角度0.05rad；
连接节点可承受竖向力，承载能力8000KN；
连接节点可径向有限位移的滑动，滑动摩擦系数0.03，马鞍形曲线各个象限角平分线部位的支座径向位移限值220mm，各个象限高点及低点位置处支座径向位移限值200mm；
连接节点切向不可滑移，承载能力6000KN。
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Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108643362B (zh) * | 2018-06-27 | 2024-05-10 | 中国中元国际工程有限公司 | 一种斜拉-索桁张力结构 |
| CN109113181B (zh) * | 2018-08-27 | 2021-01-01 | 上海交通大学 | 一种大跨上层联方形内环马鞍形双层索杆张拉结构 |
| CN112392303A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-02-23 | 中国建筑第四工程局有限公司 | 一种体育场超大跨度车毂式双层索结构及其安装方法 |
| CN112395799B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-03-10 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 用于拱坝体形设计合理性及运行期工作状态的评价方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990007614A1 (de) * | 1988-12-27 | 1990-07-12 | Zalotay Elemer | Schräghaus und elastische raumelemente |
| CN201040827Y (zh) * | 2007-06-09 | 2008-03-26 | 衡水中铁建工程橡胶有限责任公司 | 自清洁抗震钢支座 |
| CN102733479A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-17 | 中国航空规划建设发展有限公司 | 一种非对称开口式整体张拉索膜结构 |
| CN202672027U (zh) * | 2012-05-15 | 2013-01-16 | 万华杰 | 抗震型橡胶支座 |
| CN205188802U (zh) * | 2015-10-27 | 2016-04-27 | 西京学院 | 一种大型桁架用自调节支座 |
| CN105633544A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-01 | 北京市建筑设计研究院有限公司 | Fast望远镜圈梁格构柱结构体系 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990007614A1 (de) * | 1988-12-27 | 1990-07-12 | Zalotay Elemer | Schräghaus und elastische raumelemente |
| CN201040827Y (zh) * | 2007-06-09 | 2008-03-26 | 衡水中铁建工程橡胶有限责任公司 | 自清洁抗震钢支座 |
| CN202672027U (zh) * | 2012-05-15 | 2013-01-16 | 万华杰 | 抗震型橡胶支座 |
| CN102733479A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-17 | 中国航空规划建设发展有限公司 | 一种非对称开口式整体张拉索膜结构 |
| CN205188802U (zh) * | 2015-10-27 | 2016-04-27 | 西京学院 | 一种大型桁架用自调节支座 |
| CN105633544A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-01 | 北京市建筑设计研究院有限公司 | Fast望远镜圈梁格构柱结构体系 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 单向滑移支座节点受力性能研究;翟文博 等;《工业建筑》;20161231;第46卷(第12期);第140-145页 * |
| 长春奥林匹克公园体育场屋盖索结构施工技术;吴剑滨 等;《建筑施工》;20170331;第39卷(第3期);第323-328页 * |
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