CN108005232A - 一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构，预应力管桁架与网壳组合的结构体系包括：预应力管桁架结构，包括管桁架结构和预应力索，所述预应力索的两端分别与所述管桁架结构连接；网壳结构，罩设并连接在所述管桁架结构上方；房屋结构的屋盖结构为上述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系。本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，既能扩大网壳结构的经济适用跨度范围，又能弥补预应力管桁架结构的整体性较差、抗连续倒塌能力较弱的缺陷。

Description

一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构
技术领域
本发明涉及空间钢结构体系，尤其是一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构。
背景技术
普通网壳结构体系的一般经济适用跨度为130m以下，如图1所示，此跨度范围内，普通网壳结构1’用钢经济，一方面合理的曲线使结构力流均匀，使结构具有较大刚度的同时节约钢材，且整体稳定性好；另一方面网壳结构中的杆件和球节点均可以在工厂预制，实现工厂化生产，综合经济指标好，施工周期短。但当跨度超出网壳的经济适用跨度范围后，普通网壳结构用钢逐渐变得不经济，因为随着跨度的变大，此种结构形式需要较大的网壳厚度来维持结构刚度和稳定性；另外随着跨度的增大结构节点受力也变大，导致网壳的螺栓球节点超出经济适用范围。
一般当跨度较大时(如跨度为140m以上)，实际工程常采用预应力管桁架结构，通过引入预应力来提高结构竖向刚度和减小结构基础水平推力，实现较好的经济效益。如图2、图3所示，预应力管桁架结构2’主要由主拱架21’(又称为“主桁架”)、纵向联系桁架22’(又称为“次桁架”)、预应力索23’、基础等部分组成，此种结构体系本身存在较明显的主次之分、强弱之别，组成部分之间相互依赖性较强，导致结构体系抗连续倒塌性能较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构，其既能扩大网壳结构的经济适用跨度范围，又能弥补预应力管桁架结构的整体性较差、抗连续倒塌能力较弱的缺陷。
为达到上述目的，本发明提出一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其包括：预应力管桁架结构，包括管桁架结构和预应力索，所述预应力索的两端分别与所述管桁架结构连接；网壳结构，罩设并连接在所述管桁架结构上方。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述管桁架结构与所述网壳结构的连接节点为焊接球或螺栓球。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述网壳结构为单层网壳、双层网壳或三层网壳，所述预应力索为垂索或平索。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述网壳结构为双层网壳或三层网壳，所述管桁架结构的上弦杆为所述网壳结构的下弦杆。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述管桁架结构的腹杆、所述管桁架结构的上弦杆、以及所述网壳结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或螺栓球。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述网壳结构的上弦杆与所述网壳结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或螺栓球。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述管桁架结构的下弦杆与所述管桁架结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或相贯焊。
如上所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其中，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度为130m以上。
本发明还提供一种房屋结构，其屋盖结构为上述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系。
如上所述的房屋结构，其中，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的网壳结构的厚度为所述房屋结构的柱距的1/10～1/18，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的总厚度为所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度的1/30～1/50。
本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构的特点和优点是：
1、本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，既能扩大网壳结构的经济适用跨度范围，又能弥补预应力管桁架结构的整体性较差、抗连续倒塌能力较弱的缺陷；
2、本发明的房屋结构，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合作为屋面结构，使得屋面檩条间距小，甚至能直接取消檩条覆盖屋面板，从而较大程度的降低结构用钢量，实现较好的经济效益。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是普通网壳结构的示意图；
图2是普通预应力管桁架的立体示意图；
图3是普通预应力管桁架的侧视图；
图4是本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系的一个实施例的侧视图；
图5是本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系的另一个实施例的侧视图；
图6是本发明中管桁架结构与网壳结构的连接示意图。
主要元件标号说明：
1 网壳结构
11 上弦杆
12 下弦杆
13 腹杆
14 网壳结构的节点
2 管桁架结构
21 下弦杆
22 腹杆
23 管桁架结构的节点
3 预应力索
4 连接节点
5 撑杆
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图4、图5所示，本发明提供一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其包括网壳结构1和预应力管桁架结构，预应力管桁架结构包括管桁架结构2和预应力索3，预应力索3的两端分别与管桁架结构2连接，预应力索3位于管桁架结构2的下部，预应力索3例如水平连接在管桁架结构2的两端之间；网壳结构1罩设并连接在管桁架结构2上方，其中，管桁架结构2和预应力索3组成的预应力管桁架结构为体系提供主要的竖向刚度，网壳结构1主要提供纵向刚度和保证结构整体性。
本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，既能扩大网壳结构的经济适用跨度范围，又能弥补预应力管桁架结构的整体性较差、抗连续倒塌能力较弱的缺陷，使结构受力更加合理，带来更好的经济效益。
进一步，网壳结构1可以为单层网壳、双层网壳或三层网壳。
如图6所示，更进一步，网壳结构1为双层网壳或三层网壳，网壳结构1具有上弦杆11、下弦杆12以及连接在上弦杆11与下弦杆12之间的腹杆13，管桁架结构2也具有上弦杆、下弦杆21以及连接在上弦杆与下弦杆21之间的腹杆22，管桁架结构的上弦杆即为网壳结构的下弦杆12，或者说网壳结构的下弦杆12同时作为管桁架结构的上弦杆。
如图6所示，进一步，管桁架结构2与网壳结构1的连接节点4为焊接球或螺栓球，图6中填充黑色的圆圈代表管桁架结构2与网壳结构1的连接节点4。
如图6所示，具体是，管桁架结构2的腹杆22、管桁架结构2的上弦杆(也是网壳结构1的下弦杆12)、以及网壳结构1的腹杆13之间的连接节点4为焊接球或螺栓球。
如图6所示，进一步，网壳结构1的上弦杆11与网壳结构1的腹杆13之间的连接节点为焊接球或螺栓球，或者说网壳结构的节点14为焊接球或螺栓球，图6中的空心圆圈代表网壳结构的节点14。
如图6所示，进一步，管桁架结构2的下弦杆21与管桁架结构2的腹杆22之间的连接节点为焊接球或相贯焊，或者说管桁架结构的节点23为焊接球或相贯焊，图6中填充剖面线的圆圈代表管桁架结构的节点23。
进一步，预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度为130m以上，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，能将网壳结构的经济适用跨度范围扩大到130m以上，且无需增大网壳结构的厚度，甚至可以减小网壳结构的厚度，同时还能保证结构刚度和稳定性。
如图4所示，在一个可行的技术方案中，预应力索3为平索，平索的两端分别与管桁架结构2的下弦杆21连接，且平索呈水平拉紧状态。
如图5所示，在另一个可行的技术方案中，预应力索3为垂索，垂索的两端分别与管桁架结构2的下弦杆21连接，且垂索呈悬垂状态，垂索与管桁架结构2的下弦杆21之间布置多个撑杆5，撑杆5竖直设置，撑杆5的一端与管桁架结构2的下弦杆21连接，撑杆5的另一端与垂索连接，多个撑杆5沿垂索延伸的方向间隔排列。
本发明还提供一种房屋结构，该房屋结构的屋盖结构为上述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系。
本发明的房屋结构，采用预应力管桁架与网壳组合的结构体系作为屋盖结构，既能实现大跨度(大于130m)，又具有较好的整体性和较强的抗连续倒塌能力；
另外，其中的网壳结构不仅能使预应力管桁架部分平面外更好的协同工作，并提高结构整体抗连续倒塌能力，还可以充当结构屋面部分，节约屋面次要结构的用钢量；
此外，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合作为屋面结构，使得屋面檩条间距小，甚至能直接取消檩条覆盖屋面板，从而较大程度的降低结构用钢量，实现较好的经济效益。
进一步，预应力管桁架与网壳组合的结构体系的网壳结构的厚度为房屋结构的柱距的1/18～1/10。具体取值可参考《空间网格技术规程》。
进一步，预应力管桁架与网壳组合的结构体系的总厚度为预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度的1/50～1/30。具体取值可参考《空间网格技术规程》。
进一步，索垂度以及索预应力根据具体荷载取值。具体取值可参考《空间网格技术规程》。
本发明的预应力管桁架与网壳组合的结构体系及房屋结构，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，既突破了网壳结构经济适用跨度范围的限制，又弥补了预应力管桁架结构整体性差的缺陷；
另外，通过将预应力管桁架结构与网壳结构两种结构形式进行组合，使得组合结构中布置预应力管桁架间距比普通预应力管桁架大，网壳厚度比普通网壳结构小，这样既能使主体结构更加轻巧，又能减小屋面次要结构的跨度，较大程度的降低结构用钢量，实现较好的经济效益。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系包括：
预应力管桁架结构，包括管桁架结构和预应力索，所述预应力索的两端分别与所述管桁架结构连接；
网壳结构，罩设并连接在所述管桁架结构上方。
2.如权利要求1所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述管桁架结构与所述网壳结构的连接节点为焊接球或螺栓球。
3.如权利要求1所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述网壳结构为单层网壳、双层网壳或三层网壳，所述预应力索为垂索或平索。
4.如权利要求1所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述网壳结构为双层网壳或三层网壳，所述管桁架结构的上弦杆为所述网壳结构的下弦杆。
5.如权利要求4所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述管桁架结构的腹杆、所述管桁架结构的上弦杆、以及所述网壳结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或螺栓球。
6.如权利要求4所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述网壳结构的上弦杆与所述网壳结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或螺栓球。
7.如权利要求1至6任一项所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述管桁架结构的下弦杆与所述管桁架结构的腹杆之间的连接节点为焊接球或相贯焊。
8.如权利要求1至6任一项所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系，其特征在于，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度为130m以上。
9.一种房屋结构，其特征在于，所述房屋结构的屋盖结构为权利要求1至8任一项所述的预应力管桁架与网壳组合的结构体系。
10.如权利要求9所述的房屋结构，其特征在于，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的网壳结构的厚度为所述房屋结构的柱距的1/10～1/18，所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的总厚度为所述预应力管桁架与网壳组合的结构体系的跨度的1/30～1/50。
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