CN111321836A - 大跨度预应力拱形屋盖结构 - Google Patents

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李小刚
陈骥
温唯勇
李毅
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
    • E04B7/08—Vaulted roofs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/342—Structures covering a large free area, whether open-sided or not, e.g. hangars, halls

Abstract

本发明提供了一种大跨度预应力拱形屋盖结构，具有同轴心均匀布置的多条拱肋，拱肋顶部与顶部连系梁连接，拱肋中间与多道中间连系梁连接，拱肋底端与拱脚连接，多条拱肋、顶部连系梁、多道中间联系梁、多个拱脚连接在一起形成拱体，所述大跨度预应力拱形屋盖结构还设置环形预应力钢束，环形预应力钢束穿过拱脚并连接成封闭的环形；拱脚设置供所述预应力钢束穿过的孔洞，并且所述孔洞所述与所述预应力钢束之间存在间隙。本发明具有用料省、结构轻、受力明确、造价低、跨度大、施工方便的优点。为150m以上跨度的圆形屋盖提供了一种新的结构形式，可在超大跨度屋盖中进行推广应用。

Description

大跨度预应力拱形屋盖结构
技术领域
本发明涉及一种大跨度预应力拱形屋盖结构，是利用预应力平衡屋盖拱肋推力的结构，可用于大跨度、特大跨度圆形屋盖中。
背景技术
大跨空间结构作为当今世界发展最快的建筑结构类型，代表着一个国家建筑科技的总体水平。大跨结构区分于传统结构的重要特性是其跨度很大，有的甚至达到几百米，这时为了满足要求，就需要结构有受力性能更好、更合理的空间体系。在现有技术中，常见的大跨度屋盖一般分以下几类：
平板网架，若干个平面桁架通过一定角度组成立体交叉桁架系。网架结构属于高次超静定空间结构，构件内部杆件排列规律、数量众多，每根杆件均受到多个方向的支撑作用。该结构优点是轴心受力，能发挥构件特点，安装方便；缺点是杆件繁多，节点用钢量较大，生产过程存在偏心误差，加工制作费用较高等。
立体管桁，管桁架结构，是指由圆管弦杆、腹杆等杆件通过连接构成的格构式立体桁架结构。该结构具有受力明确、外形轻巧美观、构件制作简单等优势；缺点是杆件生产和加工较复杂、施工残余应力较大；精度要求高、大跨度时结构高度高等缺点。
预应力张拉结构，是一种复合结构，由撑杆连接，细长预应力拉索作为弦对上部梁进行张拉，张拉结构在上部刚性结构下布置撑杆，连接施加有高预应力的拉索实现对刚性结构的方向加载，增大了结构刚度，提高整体稳定性，材料的特性能充分发挥出来；缺点是垂跨比的要求使结构总高度增高，撑杆的稳定性问题较突出，上弦刚度大造成力的传递和分配并不合理。
以上几种大跨度屋盖基本都需要刚度较大的桁架或梁体作为主受力结构，且为单方向受力，跨度在150m以内。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对大跨度屋盖结构，提供一种专用于圆形屋顶的，超大跨度、受力明确、简洁可靠、经济合理的屋盖结构。
本发明所采用的技术方案是：大跨度预应力拱形屋盖结构，其特征在于具有同轴心均匀布置的多条拱肋，拱肋顶部与顶部连系梁连接，拱肋中间与多道中间连系梁连接，拱肋底端与拱脚连接，多条拱肋、顶部连系梁、多道中间联系梁、多个拱脚连接在一起形成拱体，；所述大跨度预应力拱形屋盖结构还设置环形预应力钢束，环形预应力钢束穿过拱脚并连接成封闭的环形；
拱脚设置供所述预应力钢束穿过的孔洞，并且所述孔洞所述与所述预应力钢束之间存在间隙。
本发明中，连系梁分为顶部连系梁和中间连系梁。顶部连系梁设置于拱顶，起到收拢拱肋并平衡拱顶拱肋力的作用。中间连系梁设置与拱肋中部，起到连接拱肋，增加拱肋稳定性的作用。拱体通过锚固于拱脚的环形预应力平衡拱肋推力而形成稳定的大跨结构。
进一步地，拱脚包括通过式拱脚和锚固式拱脚；通过式拱脚设置一个孔洞供预应力钢束通过；锚固式拱脚设置两个孔洞供预应力钢束穿过而供预应力钢束交叉锚固。
本发明的有益效果是：利用拱结构承载能力高的特性，用设置于拱脚的环形预应力钢束，平衡拱的推力，形成自平衡的大跨度环形屋盖结构。大大减少了大跨度圆形屋盖的材料用量，使大跨度屋盖轻型化，增大了圆形屋盖的跨度。具有用料省、结构轻、受力明确、造价低、跨度大、施工方便的优点。为150m以上跨度的圆形屋盖提供了一种新的结构形式，可在超大跨度屋盖中进行推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例的屋盖平面图。
图2为本发明实施例的屋盖立面图。
图3为本发明实施例的屋盖立剖面图。
图4为本发明实施例的拱脚平面受力示意图。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明为一种新型的大跨度预应力拱形屋盖，具有同轴心均匀布置的多条拱肋1，拱肋顶部与顶部连系梁2-1连接，拱肋1中间与多道中间连系梁2-2连接，拱肋1底端与拱脚连接，多条拱肋1、连系梁2-1和2-2、多个拱脚一起形成拱体。环形预应力钢束3穿过拱脚并连接成封闭的环形。
所述多个拱脚布置在同一圆周上。
中间连系梁2-2可以是整根环形梁，也可分为若干段，其与拱肋1通过焊接或螺栓连接。
对于拱脚来说，其顶部和拱肋1的底端通过焊接或螺栓连接，其中部设置供预应力钢束3穿过的孔洞，并且孔与洞预应力钢束3之间存在间隙以供一定的径向位移。
拱脚可分通过式拱脚4-1和锚固式拱脚4-2，拱脚4-1设置一个孔洞供预应力钢束3，锚固式拱脚4-2设置两个孔洞供预应力钢束3穿过，供预应力钢束3交叉锚固于锚固式拱脚4-2。
本发明通过锚固于拱脚的环形预应力3平衡拱肋推力(拱脚平面受力示意见图4)，多条拱肋1、顶部连系梁2-1和多道中间连系梁2-2、环形预应力钢束3、多个拱脚共同组成自平衡的稳定的大跨拱形结构。
该结构下部设置支座5，支座5搁置在竖向支撑柱6上，以便传递竖向荷载、适应大跨拱形屋盖结构的水平位移。
本发明的拱肋1、连系梁2、拱脚可根据需要采用钢结构或者钢混结构。
环形预应力钢束3可采用带锚固端的成品高强度钢丝。
顶部连系梁2-1平面上呈环形布置，与拱肋1顶部固结。
中间连系梁2-2平面上呈环形布置，在拱肋1中间部位沿高度间隔布置，根据需要可设置多道，并与拱肋1固结。
以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.大跨度预应力拱形屋盖结构，其特征在于具有同轴心均匀布置的多条拱肋，拱肋顶部与顶部连系梁连接，拱肋中间与多道中间连系梁连接，拱肋底端与拱脚连接，多条拱肋、顶部连系梁、多道中间联系梁、多个拱脚连接在一起形成拱体；所述大跨度预应力拱形屋盖结构还设置环形预应力钢束，环形预应力钢束穿过拱脚并连接成封闭的环形；
拱脚设置供所述预应力钢束穿过的孔洞，并且所述孔洞所述与所述预应力钢束之间存在间隙。
2.如权利要求1所述的大跨度预应力拱形屋盖结构，其特征在于拱脚包括通过式拱脚和锚固式拱脚；通过式拱脚设置一个孔洞供预应力钢束通过；锚固式拱脚设置两个孔洞供预应力钢束穿过而供预应力钢束交叉锚固。
3.如权利要求1所述的大跨度预应力拱形屋盖结构，其特征在于拱脚下部设置支座，支座搁置在竖向支撑柱上。
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