CN108660906A - 一种斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构和拱壳索壳屋盖的施工方法，斜拉桥塔柱上引出的拉索锚固在桥的主梁和边梁的梁底上，边梁的外端座在根部是地锚结构的外墙柱上，斜拉桥的梁之间及梁与平行的外墙之间安装拱壳屋盖，拱壳拉索一端锚固在外墙柱顶，穿过拱壳屋盖锚固在桥梁上和另一侧外墙柱頂，将整个建筑锚固在地锚上，把漂浮结构的桥梁转换为侧向固定结构，拱壳屋盖在地面组成吊装单元完成保温吊顶板复合，由安装在拱脚梁上的吊车吊装就位，同时处理接缝，拱壳屋盖之下安装吊车，轨道安装在梁和两侧外墙上，起吊设备可任意自动过轨覆盖全厅，大开口门梁是桥梁，关门后门与门梁、地锚锁定，拱壳屋盖可以开合，本结构跨度大幅度超越现有结构、安全性高、抗飓风、强震和不均匀荷载，用钢量低、施工速度快、造价低。
Description
技术领域
本发明涉及大跨度建筑结构，特别是涉及一种斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构及拱型索壳屋盖的施工方法。
背景技术
大跨度建筑结构主要用于飞机库.舰船装配厂房、体育场馆、展览馆、重载物流仓库、永久性考古大棚等，目前多采用网架、门式钢架、桁架、悬索等结构，也有采用斜拉索和其他结构杂交的结构，存在的问题是跨度越大技术越复杂、用钢量越高、造价越高，施工难度也越大，结构的承载能力差，只能在局部安装重型吊车，无法实现重型吊车的全面积覆盖，在屋盖上安装开合屋盖的技术复杂、造价高。
发明内容
为了克服现有不足，本发明提出了一种斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，目前斜拉桥在国内外普遍应用，其安全性.可靠性.耐久性已被普遍认可，由于承受动静荷载的能力极强，所以特别适用于重载吊车运行的场合，作为大跨度建筑的主承载结构是非常理想的，但它是一种弹性结构，重载条件下变形相对较大，现有可用于大跨度屋盖的结构很难与它组合，形成完整的大跨度建筑，而拱形索壳屋盖在承受大幅度、不规则形变时，能够很好地保持结构的安全和稳定，与大跨度的斜拉桥结构可实现完美组合，形成一种能够承受重型荷载，安全性极高的大跨度建筑结构，拱壳屋盖的拉索一方面在垂直方向控制由室内付压和屋面不均衡荷载造成的拱壳屋盖失稳变形，另一方面控制桥梁的侧向变形，用拱壳拉索在进深方向将整个建筑锚固在地锚上，使结构具有很强的抗飓风、抗强震、抗不均衡荷载能力，由于它将斜拉桥的梁由漂浮结构转化为固定结构，所以，其跨度具有极大的扩展能力，在大跨度空间内可以安装重型悬挂吊车或桥式吊车，实现吊车的全面积覆盖，与同等跨度的其他结构相比可以大幅度降低用钢量，同时在跨度方向可以设置大开口门，拱形壳结构屋盖还能够开合。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其两座索塔上的钢索与中间的主梁和两侧的边梁底部锚固，桥梁的主梁长度一般为边梁的两倍，使索塔的受力平衡，边梁的外端座在外墙柱上，相邻两桥的梁之间及梁与平行外墙之间用拱壳屋盖连接，拱壳屋盖的轴线与桥梁平行，每个外墙柱都具有抗压和抗拉能力，其根部是地锚结构拱壳拉索一端锚固在外墙柱顶上，另一端穿过拱壳屋盖分别锚固在桥梁和另一侧外墙的柱顶上，将整个建筑用数根拉索锚固在两侧的地锚上，桥梁上下均覆盖透明的屋面材料，与拱壳屋盖共同形成全封闭的屋面，同时满足室内的采光需要，主梁由中点向外倾斜，边梁在索塔一侧向外倾斜，形成排水坡，拱壳屋盖的拱脚处设置排水天沟，屋面的水落在排水天沟中，通过内排落水管在索塔和边梁外端处进入内排水管道，不需要安装重型吊车的体育场馆等建筑，拱形索壳屋盖也可以与桥梁横向布置，其轴线与桥梁成一定角度，承载拱壳屋盖的平行小梁连接在平行外墙与桥梁，以及桥梁与桥梁之间，斜拉索拉结在每个平行小梁上拱壳拉索的锚固点上，斜拉索产生的水平力通过拱壳拉索传递到地锚上。
所述的斜拉桥结构，其两索塔之间部分由平行外墙合围成跨度最大的大厅，索塔外侧由平行外墙和端外墙围成两座小厅。
所述的索塔可采用框架结构的房屋形式，作为零配件存放间、设备间、工人休息室、现场办公室等。大型场馆的主索塔可以设计成高层建筑，即节省土地节省投资又增加使用功能。有限高要求的，采用矮塔斜拉桥结构，高度控制在40～50米以内。
所述的厅内吊车，其主梁安装在拱壳屋盖之下，轨道安装在桥梁底梁的两侧，轨距宽于索塔以便吊车跨越大厅小厅，悬挂吊车的轨道安装在底梁下部，桥式吊车的轨道安装在底梁的上部，因拱壳的空间大，可容下大断面的重型吊车梁，但吊车梁悬臂梁部分断面小，为此，在桥梁梁底的中间设一根轨道，悬臂端挂在轨道上，悬臂梁变为简支梁，承载能力大幅度提高。相邻两吊车的梁可自动对轨锁定，起吊设备可以在厅内任意位置过轨，大厅与小厅之间的过厅吊车不带悬臂，过厅后在代替悬臂梁的固定吊车梁处过轨，分布在厅内的各类设备都可以迅速安装就位和撤离。
所述的大开口门的门梁是斜拉桥结构的主梁和边梁，门梁上安装移升门和移升轨道，为防止有风天开门时门梁倾斜，用拉索将移升门轨道在相邻斜拉桥的梁上，移升门上开有小门以通过飞机尾翼，减少门的移升高度，每扇移升门的门边都设立柱和斜柱，关门后设置在门梁与门相交部位的液压锁把门与门梁锁定，门下的液压锁把门的立柱和斜柱锁定在地锚上，门梁上安装水平推拉门时，门的上滑轮组与门梁以及下滑轮组与固定在地锚上的轨道在垂直方向固定，相当于整个建筑被多排钢索固结在地锚上，
所述的开合屋盖设在斜拉桥结构主梁中线两边，长度各为主梁的四分之一，靠索塔一侧是固定屋盖两边各占四分之一，开启面积为主梁所围面积的二分之一，开合屋盖由拱壳屋盖和固定在两端的拱形梁组成，拱脚座在移动车上，移动车的轨道安装在主梁上，移动车与轨道用行走轮和边轮定位，保证移动车只能沿长度方向行驶，开合屋盖部分的拱壳拉索设置在屋盖上部，拉结在相邻的主梁上，高度不影响屋盖开合，用在舰艇装配厂房上，在屋盖开启后需要吊入舰艇模块的情况下，不设拱壳拉索，由随吊车移动的下旋拉杆在需要的位置将相邻桥梁锁定，取代拱壳拉索的作用，开合屋盖的驱动可选择链轮、齿轮、钢丝绳卷扬机等多种方式。
所述的拱壳屋盖的施工方法是：1在地面组成吊装单元，2在屋盖的内表面复合保温、隔热层和吊顶板，3在拱壳屋盖的指定位置穿透屋面和保温隔热、吊顶板放置拱壳拉索，在外面的两个开孔处各安装一个滑靴，以保护拉索加固屋面，4在主梁和边梁上的排水天沟内表面复合保温隔热层和面层，5将透明的板材铺设在主梁边梁之下，压在天沟复合材料的边缘上，6斜拉桥结构安装完工后将吊车梁安装在桥梁上，在吊车梁上安装临时吊车和施工脚手，7用临时吊车吊装拱壳屋盖单元，8工人站在施工脚手上处理吊顶板的接缝，和排水天沟保温隔热的面层与吊顶板的搭接接头，9在桥梁的空间内处理梁下透明板材的接头。与桥梁横向布置的拱壳屋盖施工方法是：1在承载屋盖的小梁内表面上复合完保温隔热和面层，2吊装就位，3在相邻小梁之间安装可沿小梁移动的临时梁，梁上安装小吊车和施工脚手，4将屋盖单元吊装就位，锚固拱壳拉索，5在梁的施工脚手上处理吊顶板接缝和吊顶板与小梁保温隔热面层搭接接头，经以上施工后整个建筑的钢结构被吊顶材料封闭，与室内空气隔绝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：跨度大幅度超过现有结构、全跨度可运行重型吊车并实现对厅内全面积覆盖，整个屋盖在桥梁发生较大变形时保持稳定，结构的安全系数比同类其他结构成倍提高，可以耐飓风、耐强震，承受北方的暴雪造成的不对称雪荷载，在遭受不可抗力的破坏时，对厅内财产的损坏比其他结构都小，与同功能的结构相比结构简单，可大幅度减少用钢量，，其功能完善，施工速度快，造价低，而且可以设置大开口门，屋盖可以开合，开合的技术简单，投资少，拱壳屋盖的施工方法可以节省大量工装材料，大幅度提高功效，降低施工造价，施工后吊顶材料将全部钢结构封闭，用在冰上水上运动场馆，防止室内有害气体对钢结构的腐蚀很有价值。
下面结合附图和实施例对发明进一步说明：
附图说明
图1是本发明跨度方向的剖面示意图。
图2是进深方向的剖面示意图。
图3是开合屋盖的剖面示意图。
图中各标号是：1索塔 2斜拉索 3主梁 4边梁 5边梁外端墙和墙柱 6排水天沟 7平行外墙和墙柱 8拱壳屋盖 9拱壳拉索 10大厅 11小厅 12吊车 13起吊设备 14吊车梁端轨道 15吊车轨道 16过轨吊车梁 17斜拉桥门梁，18移升门滑道 19移升门 20防门梁倾斜拉索 21开合屋盖 22开合移动车 23开合屋盖轨道 24固定屋盖 25屋盖 拉索。
具体实施方式
在图1中，两座索塔1上分别向两侧引出斜拉索2，拉结在中间主梁3和两侧边梁4的梁底上，边梁4的外端座在外墙5墙柱的顶部，组成斜拉桥结构。主梁3的中间高两边低，边梁4的外端低形成排水坡，排水天沟6设在主梁3和边梁4的两侧，在排水天沟6开落水管口，屋面上的水内排至索塔1及边梁4的外端排出。
在图2中，在相邻斜拉桥结构的主梁3、边梁4之间，及桥梁与平行外墙之间安装拱壳屋盖8，拱脚安装在排水天沟6上，拱壳拉索9一端锚在外墙7的柱顶，另一端分别穿透每座拱壳屋盖8与主梁3、边梁4锚固，最后与对面外墙7的柱顶锚固，外墙7的墙柱根部与地锚固接，即在进深方向数十根拱壳拉索9将建筑物锚固在地锚上，四周的外墙5和外墙7与索塔之间，围成一个大厅10和两个小厅11。厅内安装悬挂式吊车或桥式吊车12，吊车梁安装在拱壳屋盖之下，悬臂梁在桥梁之下，悬挂式吊车的轨道15安装在桥梁的底梁下，吊车挂在轨道15上行驶，桥式吊车的轨道15安装在底梁上部，吊车在轨道15上行驶，吊车两侧的悬臂梁端挂在梁端轨道14上，起吊设备13在吊车12的吊车梁上行走，在相邻两吊车梁自动对轨锁定后完成过轨，平行外墙7一侧的吊车轨道15安装在墙柱上，桥梁上的轨距宽于索塔1，联通大厅10和小厅11，过厅的悬挂吊车12不带悬臂梁，起吊设备13过厅后，在固定的过轨吊车梁16处过轨，可以覆盖全厅。大开口门的门梁是斜拉桥的主梁和边梁，门梁17上安装移升门18，每扇门的两侧都设立柱和斜柱，沿移升滑道19升降，从相邻斜拉桥的主梁3、边梁4上引出两根防门梁倾斜拉索20，分别锚固在移升滑道19的顶部，门梁的底部安装液压锁，关门时把移升门18锁定在门梁上，开门时锁定移升门18的位置，门柱落地的位置是地锚，在地面以下安装两个液压锁，关门时将移升门18的立柱和斜柱与地锚锁固，形成在进深方向由多排拱壳拉索9将建筑物锚固在地锚上。
在图3中，开合屋盖21由拱壳屋盖8和两端加固用的拱形梁组成，开合屋盖21座在移动车22上，移动车轨道23安装在主梁3的两侧，移动车22被行走轮和边轮限定，只能沿轨道前后移动完成开合，开合屋盖21坐落在主梁3的中点两侧，向索塔1方向各开启主梁3长度四分之一的距离，可用链轮链条、齿轮齿条或卷扬机钢丝绳驱动。固定屋盖24是拱壳结构，但拉索不穿过拱壳，由屋盖拉索25拉结在相邻主梁上，高度以不影响开合屋盖21通过为度，同样达到在进深方向用多排拉索把建筑物固定在地锚上的目的，屋盖开启后需要从开启处吊进重物时，由随吊车移动的下旋拉杆将相邻桥梁锁定。
施工方法的具体实施方式与技术方案相同。
Claims (10)
1.根据权利要求(1)所述的斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是从两座索塔(1)引出数条斜拉索(2)分别锚固在桥梁的主梁(3)和两侧边梁(4)的梁底部，边梁(4)的外端坐在端外墙(5)的墙柱上，墙柱下端固接在地锚上。在相邻两斜拉桥结构的主梁(3)边梁(4)之间，及其与平行外墙(7)之间安装拱壳屋盖(8)，拱壳拉索(9)穿过拱壳屋盖(8)分别与主梁(3)边梁(4)及两侧平行外墙(7)的墙柱锚固，平行外墙(7)的墙柱固定在地锚上，在进深方向把整个建筑锚固在地锚上，桥梁由漂浮结构变成固定结构，主梁(3)和边梁(4)上下覆盖透明的防水材料，排水天沟(6)安装在拱壳屋盖(8)的拱脚下部。
2.根据权利要求(1)所述的斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是端外墙(5)和平行外墙(7)四面合围成的大厅，由索塔(1)将其分隔成大厅(10)和两个小厅(11)。
3.根据权利要求(1)所述的斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是吊车(12)的吊车梁在拱壳屋盖(8)下方，悬臂梁在主梁(3)和边梁(4)的下方，吊车轨道(15)安装在斜拉桥的主梁(3)、边梁(4)两侧及平行外墙(7)上，悬挂吊车的轨道(15)在桥梁底梁的下部，吊车(12)挂在轨道(15)上运行，桥式吊车的轨道(15)在底梁的上部，吊车(12)在轨道(15)上面运行，悬臂梁端挂在梁端轨道(14)上，吊车梁自动对轨后，起吊设备(13)可以在任意位置过轨运行，大厅(10)和小厅(4)之间运行的吊车(12)，吊车梁不带悬臂，过厅后起吊设备(13)在固定的过轨梁(16)处过轨。
4.根据权利要求(1)所述的斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是大开口门的门梁(17)是斜拉桥结构的桥梁，移升滑道(18)安装在门梁(17)上，移升门(19)在滑道(18)内移动，从相邻斜拉桥的桥梁上引出拉索(20)锚固在移升滑道(18)的顶部。
5.根据权利要求(4)所述的斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是大开口门的门梁(17)底部与移升门滑道(18)交接的部位设置液压锁，开门时锁定移升门(19)的位置，关门时把移升门(19)与门梁(17)锁定，同时门上的立柱和斜柱被设置在地面以下的液压锁锁定在地锚上。
6.根据权利要求(1)所述的由斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是开合屋盖(21)座于斜拉桥主梁(3)的中点两侧，是由拱壳屋盖(8)和两端的拱形加固梁组成，拱脚座在开合移动车(22)上在开合轨道(23)上移动，开合轨道(23)坐在主梁(3)底梁上部和平行外墙(7)上。
7.根据权利要求(6)所述的由斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是固定屋盖(24)在索塔(1)一侧，屋盖开启时被开合屋盖(21)覆盖，屋顶拉索(25)在开合屋盖(21)的上方，锚固在相邻斜拉桥主梁(3)之间和主梁(3)与平行外墙(7)的柱顶上，开合屋盖开启时需要向室内吊入重物的场合，开启部分不安装屋顶拉索25，由随吊车12移动的两侧下旋拉杆取代，在需要的位置锁定相邻主梁(3)。
8.根据权利要求(1)所述的由斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是在体育场馆等不安装重载吊车的建筑上，拱壳屋盖(8)的主轴可与桥梁呈一定角度，承载拱壳屋盖(8)的小梁连接在相邻桥梁之间及桥梁和平行外墙(7)之间，斜拉索(2)拉结在小梁上锚固拱壳拉索(9)的部位，平衡斜拉索(2)产生的水平力。
9.根据权利要求(1)所述的由斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是斜拉桥的主梁(3)和边梁(4)吊装前在地面上进行两侧排水天沟(6)内表面的保温层和面层的复合，透明的板材压在其边沿安装在梁(3)、(4)的底面。
10.根据权利要求(1)所述的由斜拉桥结构和拱形索壳屋盖的组合结构，其特征是拱形索壳屋盖的施工方法是：1在地面进行拱壳屋盖(8)吊装单元的组装，2在拱壳屋盖(8)的内表面复合保温隔热层、吊顶板，3在指定位置放置穿过拱壳屋盖(8)的拱壳拉索(9)，在拱壳屋盖(8)两个开孔处安装索靴，4用安装在吊车梁上专用吊车吊装完成的吊装单元，5拱壳屋盖(8)与桥梁横向布置的，承载拱壳屋盖(8)的小梁内表面保温层和面层在地面复合后吊装就位，在相邻两个小梁之间安装带小吊车的吊车梁，该装置可循环使用，吊装所有拱壳屋盖(8)的吊装单元，在吊车梁和小吊车梁上完成吊顶板的接缝，和吊顶板与梁上保温面层的连接处理，把钢结构全部封闭起来。
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2017
- 2017-04-01 CN CN201710228260.8A patent/CN108660906A/zh not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107476484A (zh) * | 2017-09-20 | 2017-12-15 | 哈尔滨工业大学建筑设计研究院 | 一种适用于冰雪体育建筑赛道区的热缓冲节能吊顶 |
| CN107476484B (zh) * | 2017-09-20 | 2023-07-18 | 哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司 | 一种适用于冰雪体育建筑赛道区的热缓冲节能吊顶 |
| CN117231035A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 北京工业大学 | 大跨度张弦桁架高空换索施工系统及施工方法 |
| CN117231035B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-02-02 | 北京工业大学 | 大跨度张弦桁架高空换索施工系统及施工方法 |
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