CN109930744A - 一种装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法，属于建筑房屋结构技术领域。该弦支屋盖结构体系的屋盖结构由若干独立的异形拼装单元装配式连接构成，屋盖结构通过撑杆与钢拉索连接构成装配式弦支屋盖结构体系，异形拼装单元为由多块拼装肋板围成的框体以及设在框体上下的顶板和底板组成盒状结构，盒状结构内填充有屋面填充材料，所述相邻异形拼装单元采用栓焊连接的方式构成整体屋盖结构，撑杆的下端通过第一连接件与钢拉索连接，撑杆的上端通过第二连接件与拼装肋板连接。本发明的弦支屋盖结构体系是一种刚度大、质量轻、厚度小、结构力学性能优越，具有极大的工程应用价值和社会经济效益。

Description

一种装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法

技术领域

本发明建筑房屋结构技术领域，具体涉及一种装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法。

背景技术

随着科技的日益发展，建筑的形式和功能都起到了翻天覆地的变化。大跨空间结构作为当今全世界发展最快的结构类型，代表着一个国家建筑科技的总体水平。大跨度屋盖、异形屋盖结构因其结构灵活多样，造型优美，在现实中被人们广泛所青睐。同时，对建筑物跨度和建筑物造型的要求越来越高，形状各异的屋顶层出不穷，空间效应明显满足了对空间造型要求较高的大型体育馆、机场等造型独特的公共建筑，能做到安全、经济、适用、层高、先进等方面的要求。其中以弦支结构作为建筑主体结构的大跨度空间建筑尤具代表性。随着空间结构的跨度越来越大、建筑造型越来越复杂，结构设计的挑战和综合化程度要求也随之提高。因此，弦支结构体系的创新、结构细部设计的创新、多专业化工种的一体化设计的研究越发重要。然而，现有大跨度空间结构多采用网架、网壳结构，用于屋盖中的节点常采用焊接球、螺栓球等。这些节点用于屋盖结构中，存在自重大、现场施工对结构形状难以控制且焊接量大、结构厚度大及焊接变形难以控制等问题。因此，本发明提供了一种承载能力大、内力分布均匀、节点自重轻、施工周期短的装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种装配式弦支屋盖结构体系及其施工方法。

本发明提供了一种装配式弦支屋盖结构体系，包括屋盖结构、钢拉索和撑杆，其特征在于，所述屋盖结构由若干独立的异形拼装单元装配式连接构成，所述屋盖结构通过撑杆与钢拉索连接构成装配式弦支屋盖结构体系。

较佳地，异形拼装单元为由多块拼装肋板围成的框体以及设在框体上下的顶板和底板组成盒状结构，所述盒状结构内填充有屋面填充材料，所述相邻异形拼装单元采用栓焊连接的方式构成整体屋盖结构。

较佳地，撑杆的下端与第一连接件固定连接，所述撑杆的上端与第二连接件固定连接，当撑杆为直撑时，所述第一连接件与钢拉索固定连接，第二连接件与拼装肋板铰接；当撑杆为斜撑时，所述第一连接件与钢拉索铰接，钢拉索上设有用于限制钢拉索移动的钢索节点固定卡，第二连接件与拼装肋板固定连接。

较佳地，第一连接件包括外壳体，所述外壳体的底部设有倒U型槽口，倒U型槽口的下方套设有U形封口板，所述U形封口板和外壳体上均通过第一螺栓连接，所述倒U型槽口内设有滑轮，所述外壳体和U形封口板上均设有供钢拉索穿过的过孔，所述钢拉索位于滑轮的下方。

较佳地，第二连接件包括支撑板以及与拼装肋板平行设置的加强板，所述支撑板与撑杆的上端固定连接，加强板固定在支撑板上，加强板和拼装肋板上均设有供第二螺栓穿过的螺纹孔，加强板通过第二螺栓穿过螺纹孔与拼装肋板连接，所述撑杆的上端与支撑板之间设有加劲肋。

较佳地，屋面填充材料为混凝土块、EPS板、玻璃丝绵或者岩棉中的任意一种。

较佳地，顶板和底板为钢板或高强度玻璃。

较佳地，底板及拼装肋板的内侧均设有用于使屋面填充材料与异形拼装单元整体协同工作的栓钉。

上述一种装配式弦支屋盖结构体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、根据设计要求装配屋盖结构，屋盖结构的装配采用高空散拼或地面拼装整体吊装两种施工方法；

S2、将钢拉索两端与土建结构上设置的支座固定连接，调整撑杆位置及倾斜角度后，将撑杆的上端通过第二连接件与屋盖结构的拼装肋板固定连接，撑杆的下端通过第一连接件与钢拉索连接，构成装配式弦支屋盖结构体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的弦支屋盖结构体系上弦采用变角度异形拼装单元组成的任意空间异形构造，能充分改善结构外形，避免结构形状突变；下弦结构采用钢拉索，通过给钢拉索提前施加预应力，能冲抵一部分反向应力作用，从而避免上部结构不会因自身或在外部荷载作用下引起结构应力集中。撑杆提高了结构刚度，给刚性压弯构件或结构提供跨中弹性支撑，改变弯矩分布，降低弯矩峰值，从而让撑杆分担一定力，让结构应力重分布，减小应力集中的现象。

2)上弦屋面结构采用装配式异形拼装单元，下弦采用索单元，腹杆采用撑杆，其中上弦屋面结构根据设计划分成若干个拼接单元，每个拼接单元在工厂加工，运输至施工现场进行拼装，有效地提高了施工效率，在保证工程质量的同时达到缩短工期的目的，并且采用“栓焊结合”连接方式，其整体性及刚度均优于一般的网架网壳结构，焊接变形可控、焊接量少、结构厚度小、空间效应明显。这种结构的内力分布均匀，抗剪结构刚度大，构件稳定性能优越，与常规屋盖体系相比，不会因跨度的增加和结构形式的复杂化带来的不利影响。本发明采用索杆弦支拼装式屋盖结构，是一种刚度大、质量轻、厚度小、结构力学性能优越、能满足使用要求并便于施工的屋盖体系，降低了造价成本，具有极大的工程应用价值和社会经济效益。

3)本发明的屋盖由异形拼装单元拼装任意形状，灵活多样，加工简单，施工难度小，造型优美，可利用空间大，承载力更高，造型设计更美观。

附图说明

图1为本发明的装配式弦支屋盖结构的立面图一；

图2为本发明的装配式弦支屋盖结构的立面图二；

图3为本发明的弦支结构单向受力示意图一；

图4为本发明的弦支结构单向受力示意图二；

图5为本发明的弦支结构双向受力示意图一；

图6为本发明的弦支结构双向受力示意图二；

图7a为本发明的单向受力斜撑第一连接件与钢拉索的连接结构正视图；

图7b为本发明的单向受力斜撑第一连接件与钢拉索的连接结构一的侧视图；

图8a为本发明的单向受力直撑第一连接件与钢拉索的连接结构正视图；

图8b为本发明的单向受力直撑第一连接件与钢拉索的连接结构二的侧视图；

图9a为本发明的双向受力斜撑第一连接件与钢拉索的连接结构正视图；

图9b为本发明的双向受力斜撑第一连接件与钢拉索的连接结构一的侧视图；

图10a为本发明的双向受力直撑第一连接件与钢拉索的连接结构正视图；

图10b为本发明的双向受力斜撑第一连接件与钢拉索的连接结构二的侧视图；

图11为本发明斜撑第二连接件与拼装肋板的连接结构示意图；

图12a为本发明的直撑第二连接件与拼装肋板的连接结构的正视图；

图12b为本发明的直撑第二连接件与拼装肋板的连接结构的侧视图；

图13为本发明钢索固定卡示意图；

图14为本发明的屋盖结构平面示意图；

图15为本发明的屋盖异形拼装单元结构平面示意图；

图16为本发明的现浇屋面填充材料的异形拼装单元剖面图；

图17为本明的预制屋面填充材料的异形拼装单元剖面图；

图18为本发明的现浇屋面填充材料变角度肋板的异形拼装单元剖面图；

图19为本发明的预制屋面填充材料变角度肋板的异形拼装单元剖面图；

图20为本发明的异形拼装单元分解图；

图21为本发明的屋盖结构与节点支撑连接示意图；

图22为本发明连接用螺栓示意图；

图23为本发明连接用栓钉示意图；

附图标记说明：

1.屋盖结构，2.钢拉索，3.撑杆，4.异形拼装单元，5.第一连接件，6.第二连接件，7.拼装肋板，8.顶板，9.底板，10.屋面填充材料，11.螺栓孔，12.第二螺栓，13.栓钉，14.滑轮，15.钢索节点固定卡，16.U形封口板，17.加劲肋，18.第一螺栓,19.支撑板，20.加强板。

具体实施方式

下面结合附图1-23，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种装配式弦支屋盖结构体系，包括屋盖结构1、钢拉索2和撑杆3，其特征在于，所述屋盖结构1由若干独立的异形拼装单元4装配式连接构成，所述屋盖结构1通过撑杆3与钢拉索2连接构成装配式弦支屋盖结构体系。

进一步地，异形拼装单元4为由多块拼装肋板7围成的框体以及设在框体上下的顶板8和底板9组成盒状结构，所述盒状结构内填充有屋面填充材料10，所述相邻异形拼装单元4采用栓焊连接的方式构成整体屋盖结构。

进一步地，所述撑杆3的下端与第一连接件5固定连接，所述撑杆3的上端与第二连接件6固定连接，当撑杆3为直撑时，所述第一连接件5与钢拉索2固定连接，第二连接件6与拼装肋板7铰接；当撑杆3为斜撑时，所述第一连接件5与钢拉索2铰接，钢拉索2上设有用于限制钢拉索2移动的钢索节点固定卡15，第二连接件6与拼装肋板7固定连接。

进一步地，第一连接件5包括外壳体，所述外壳体的底部设有倒U型槽口，倒U型槽口的下方套设有U形封口板16，所述U形封口板16和外壳体上均通过第一螺栓18连接，所述倒U型槽口内设有滑轮14，所述外壳体和U形封口板16上均设有供钢拉索2穿过的过孔，所述钢拉索2位于滑轮14的下方。

进一步地，第二连接件6包括支撑板19以及与拼装肋板7平行设置的加强板20，所述支撑板19与撑杆3的上端固定连接，加强板固定在支撑板19上，加强板20和拼装肋板7上均设有供第二螺栓12穿过的螺纹孔11，加强板20通过第二螺栓12穿过螺纹孔11与拼装肋板7连接，所述撑杆3的上端与支撑板19之间设有加劲肋17。

进一步地，屋面填充材料10为混凝土块、EPS板、玻璃丝绵或者岩棉中的任意一种。

进一步地，顶板8和底板9为钢板或高强度玻璃。

进一步地，底板9及拼装肋板7的内侧均设有用于使屋面填充材料10与异形拼装单元4整体协同工作的栓钉13。

本实施例还公开了上述装配式弦支屋盖结构体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、根据设计要求装配屋盖结构，屋盖结构的装配采用高空散拼或地面拼装整体吊装两种施工方法；

S2、将钢拉索两端与土建结构上设置的支座固定连接，调整撑杆位置及倾斜角度后，将撑杆的上端通过第二连接件与屋盖结构的拼装肋板固定连接，撑杆的下端通过第一连接件与钢拉索连接，构成装配式弦支屋盖结构体系。

采用上述技术方案，预制填充材料的异形拼装单元则不设置栓钉，直接在工厂预制加工后用于现场拼装成型。异形拼装单元内的填充材料可用混凝土块或保温隔热材料。异形拼装单元中肋板与底板之间的角度根据屋盖形状确定。异形拼装单元可提前在工厂预制成构件或零件加工好后运至现场再拼装成型。预制的屋面填充材料可在工厂或施工现场放置于异形拼装单元内，而现浇材料必须在施工现场进行施工。

撑杆数量按设计要求确定，支撑方式采用斜撑或直撑。钢拉索通过第一连接件使撑杆找到自平衡点且起到承受钢拉索拉力的作用，待自平衡点确定后在第一连接件两端设置防滑结，防止因结构平衡点打破使结构失稳，上连接件和下连接件与钢管均可采用高强螺栓连接并焊接的方式连接，调节器16的作用在于使得钢拉索2能够在寻找平衡点时能随滑轮14的转动而产生位移，在平衡点确定后通过调节器16使得钢拉索2和滑轮14固定，调节器16可以是锁紧螺栓。

需要说明的是，高空散拼采用单向拼装或两边或四周向中间靠拢拼装的施工顺序进行施工，是在现有建成的节点支撑上先固定角部或边部异形拼装单元，再依次将角部或边部异形拼装单元与中部异形拼装单元连接在一起；两边或四周向中间靠拢拼装与单向拼装区别在于拼装可由多方向向中间靠拢拼装。在屋盖形成整体结构前，高空散拼施工方法应搭设满堂或局部脚手架进行拼装安装施工，而地面拼装整体吊装施工方法在地面搭设胎架拼装再整体吊装安装施工。

综上，本发明的有益效果是：

1)本发明的弦支屋盖结构体系采用变角度异形拼装单元组成的任意空间异形构造，能充分改善结构外形，避免结构形状突变；下弦结构采用钢拉索，通过给钢拉索提前施加预应力，能冲抵一部分反向应力作用，从而避免上部结构不会因自身或在外部荷载作用下引起结构应力集中。撑杆提高了结构刚度，给刚性压弯构件(或结构)提供跨中弹性支撑，改变弯矩分布，降低弯矩峰值，从而让撑杆分担一定力，让结构应力重分布，减小应力集中的现象。

2)上弦屋面结构采用装配式异形拼装单元，下弦采用索单元，腹杆采用撑杆，其中上弦屋面结构根据设计划分成若干个拼接单元，每个拼接单元在工厂加工，运输至施工现场进行拼装，有效地提高了施工效率，在保证工程质量的同时达到缩短工期的目的，并且采用“栓焊结合”连接方式，其整体性及刚度均优于一般的网架网壳结构，焊接变形可控、焊接量少、结构厚度小、空间效应明显。这种结构的内力分布均匀，抗剪结构刚度大，构件稳定性能优越，与常规屋盖体系相比，不会因跨度的增加和结构形式的复杂化带来的不利影响。本发明采用索杆弦支拼装式屋盖结构，是一种刚度大、质量轻、厚度小、结构力学性能优越、能满足使用要求并便于施工的屋盖体系，降低了造价成本，具有极大的工程应用价值和社会经济效益。

3)本发明的屋盖可由异形拼装单元拼装任意形状，灵活多样，加工简单，施工难度小，造型优美，可利用空间大，承载力更高，造型设计更美观。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种装配式弦支屋盖结构体系，包括屋盖结构(1)、钢拉索(2)和撑杆(3)，其特征在于，所述屋盖结构(1)由若干独立的异形拼装单元(4)装配式连接构成，所述屋盖结构(1)通过撑杆(3)与钢拉索(2)连接构成装配式弦支屋盖结构体系。

2.如权利要求1所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述异形拼装单元(4)为由多块拼装肋板(7)围成的框体以及设在框体上下的顶板(8)和底板(9)组成盒状结构，所述盒状结构内填充有屋面填充材料(10)，所述相邻异形拼装单元(4)采用栓焊连接的方式构成整体屋盖结构。

3.如权利要求2所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述撑杆(3)的下端与第一连接件(5)固定连接，所述撑杆(3)的上端与第二连接件(6)固定连接，当撑杆(3)为直撑时，所述第一连接件(5)与钢拉索(2)固定连接，第二连接件(6)与拼装肋板(7)铰接；当撑杆(3)为斜撑时，所述第一连接件(5)与钢拉索(2)铰接，钢拉索(2)上设有用于限制钢拉索(2)移动的钢索节点固定卡(15)，第二连接件(6)与拼装肋板(7)固定连接。

4.如权利要求3所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述第一连接件(5)包括外壳体，所述外壳体的底部设有倒U型槽口，倒U型槽口的下方套设有U形封口板(16)，所述U形封口板(16)和外壳体上均通过第一螺栓(18)连接，所述倒U型槽口内设有滑轮(14)，所述外壳体和U形封口板(16)上均设有供钢拉索(2)穿过的过孔，所述钢拉索(2)位于滑轮(14)的下方。

5.如权利要求3所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述第二连接件(6)包括支撑板(19)以及与拼装肋板(7)平行设置的加强板(20)，所述支撑板(19)与撑杆(3)的上端固定连接，加强板固定在支撑板(19)上，加强板(20)和拼装肋板(7)上均设有供第二螺栓(12)穿过的螺纹孔(11)，加强板(20)通过第二螺栓(12)穿过螺纹孔(11)与拼装肋板(7)连接，所述撑杆(3)的上端与支撑板(19)之间设有加劲肋(17)。

6.如权利要求2所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述屋面填充材料(10)为混凝土块、EPS板、玻璃丝绵或者岩棉中的任意一种。

7.如权利要求2所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述顶板(8)和底板(9)为钢板或高强度玻璃。

8.如权利要求2所述的装配式弦支屋盖结构体系，其特征在于，所述底板(9)及拼装肋板(7)的内侧均设有用于使屋面填充材料(10)与异形拼装单元(4)整体协同工作的栓钉(13)。

9.一种装配式弦支屋盖结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据设计要求装配屋盖结构，屋盖结构的装配采用高空散拼或地面拼装整体吊装两种施工方法；

S2、将钢拉索两端与土建结构上设置的支座固定连接，调整撑杆位置及倾斜角度后，将撑杆的上端通过第二连接件与屋盖结构的拼装肋板固定连接，撑杆的下端通过第一连接件与钢拉索连接，构成装配式弦支屋盖结构体系。