CN113047440B - 一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构及其施工方法，带抗风索的双层辐射式张弦梁结构包括中央拉力环和若干榀围绕中央拉力环周向均匀布置的桁架，每榀桁架包括内上弦钢梁、外上弦钢梁、上弦抗风索、内下弦平行拉索和外下弦平行拉索，内上弦钢梁与外上弦钢梁通过外拉力环相固定，上弦抗风索位于内上弦钢梁以及外上弦钢梁的上方，且上弦抗风索的左端与内上弦钢梁的左端相固定，上弦抗风索的右端与外上弦钢梁的右端相固定，内下弦平行拉索位于内上弦钢梁的下方，且内下弦平行拉索的左端与中央拉力环相固定，内下弦平行拉索的右端与内上弦钢梁的右端相固定；优点是能够有效的提高整体结构的稳定性与刚度。

Description

一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构及其施工方法。

背景技术

就目前而言，张弦梁结构以其受力明确、结构布置简单以及空间性好等优点，其结构形式逐渐用于各类大跨度空间结构，例如机场航站楼、火车站候车室以及体育场馆等大跨空间建筑。该类建筑对其空间无碍性要求比较高，而现有的张弦梁结构多为单层张弦梁结构，没有合理的考虑上弦钢梁截面以内力分布为基准合理变化以及刚性撑杆在跨中过大，故在重量方面不堪理想，浪费太多结构用材，因此影响了其使用范围。

此外，近代以来我国对空间的跨度需求越来越大，对于张弦梁结构来说，主要是由上弦钢梁、下弦拉索和中间撑杆组成的，若跨度增加，还使用传统的单层张弦梁结构去设计大跨屋盖，结构中的刚性撑杆的长度也会变大，其抗风性能会降低，而且室内上空造型单一。我国目前实际工程中提高辐射式张弦梁结构的抗风性能大多采用的是负重式的方法，即加重结构的自身重量去抵抗风的吸力，这种方法虽然可以提高结构的抗风性和稳定性，但是其消耗的资源是得不偿失的，严重制约了我国经济的可持续发展。

结合以上问题，当前迫切希望出现一种高稳定性、高刚度、轻质、抗风性强的张弦梁结构。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构及其施工方法，能够有效的提高整体结构的稳定性与刚度，并且在张弦梁结构的上弦钢梁加上抗风索，用来配合结构抵抗风的吸力，降低结构对风的敏感程度，进一步提高辐射式张弦梁结构的性能与结构效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案之一为：一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构，包括中央拉力环和若干榀围绕中央拉力环周向均匀布置的桁架，每榀桁架包括内上弦钢梁、外上弦钢梁、上弦抗风索、内下弦平行拉索和外下弦平行拉索，内上弦钢梁与外上弦钢梁通过外拉力环相固定，上弦抗风索位于内上弦钢梁以及外上弦钢梁的上方，且上弦抗风索的左端与内上弦钢梁的左端相固定，上弦抗风索的右端与外上弦钢梁的右端相固定，上弦抗风索还通过多根间隔设置的加强杆分别与内上弦钢梁以及外上弦钢梁相连接，内下弦平行拉索位于内上弦钢梁的下方，且内下弦平行拉索的左端与中央拉力环相固定，内下弦平行拉索的右端与内上弦钢梁的右端相固定，内下弦平行拉索与内上弦钢梁还连接有多根内支撑杆，外下弦平行拉索的左端与外拉力环相固定，外下弦平行拉索的右端与外上弦钢梁的右端相固定，外下弦平行拉索与外上弦钢梁还连接有多根外支撑杆。

内上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，多根内支撑杆等距间隔分布在内下弦平行拉索与内上弦钢梁之间，且内支撑杆的长度由外至内递增。该结构中，内上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，使得整体的结构强度较为稳定，多根等距设置的内支撑杆加强了内下弦平行拉索与内上弦钢梁之间的稳定性，内支撑杆的长度由外至内递增则为了适配内上弦钢梁，由此提高整体的稳定性。

外上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，多根外支撑杆等距间隔分布在外下弦平行拉索与外上弦钢梁之间，且外支撑杆的长度由外至内递增。该结构中，外上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，使得整体的结构强度较为稳定，多根等距设置的外支撑杆加强了外下弦平行拉索与外上弦钢梁之间的稳定性，外支撑杆的长度由外至内递增则为了适配内上弦钢梁，由此提高整体的稳定性。

内支撑杆的上端铰接在内上弦钢梁上，内支撑杆的下端铰接在内下弦平行拉索上。由此使得内支撑杆的两端具有活动副，可以改善内上弦钢梁上弦梁的受力。

外支撑杆的上端铰接在外上弦钢梁上，外支撑杆的下端铰接在外下弦平行拉索上。由此使得外支撑杆的两端具有活动副，可以改善外上弦钢梁上弦梁的受力。

若干榀桁架之间通过多个呈辐射布置的连接环相连接。该结构中，连接环的设置将各榀桁架连接起来，进一步提高整体的稳定性。

中央拉力环包括第一内环和第二内环，第一内环和第二内环同轴分布，且第一内环和第二内环之间通过多根周向均匀设置的第一立杆相连接，内上弦钢梁的左端连接在第一内环上，内下弦平行拉索的左端连接在第二内环上。该结构中，中央拉力环包括第一内环和第二内环，第一内环和第二内环之间通过多根第一立杆相连接，由此在减轻中央拉力环整体重量的同时又不影响整体的强度，便于内上弦钢梁以及内下弦平行拉索连接固定。

外拉力环包括第一外环和第二外环，第一外环和第二外环同轴分布，且第一外环和第二外环之间通过多根周向均匀设置的第二立杆相连接，相邻第二立杆之间设置有斜杆，内上弦钢梁的右端以及内下弦平行拉索的右端分别连接在第一外环上，外上弦钢梁的左端连接在第一外环上，外下弦平行拉索的左端连接在第二外环上，且外上弦钢梁的右端与外下弦平行拉索的右端分别连接在最外侧连接环上。该结构中，外拉力环包括第一外环和第二外环，第一外环和第二外环之间通过多根第二立杆相连接，由此在减轻外拉力环整体重量的同时又不影响整体的强度，便于外上弦钢梁以及外下弦平行拉索连接固定，而相邻第二立杆之间设置的斜杆，则进一步加强了整体结构的稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案之二为：一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构的施工方法，包括以下步骤，

S1：在施工现场的中央区搭设脚手架至设计标高，作为中央拉力环的临时支撑，在搭建外拉力环的位置搭设脚手架至设计标高，作为上弦钢梁和外上弦钢梁的临时支撑；

S2：在搭建内支撑杆和外支撑杆的位置处搭设张拉平台；

S3：将中央拉力环以及外拉力环通过吊车分别吊至对应脚手架平台上展开；

S4：用吊车将内上弦钢梁吊至对应张拉平台上，再将外上弦钢梁吊至对应张拉平台上，并且将内上弦钢梁与外上弦钢梁进行连接，内上弦钢梁与中央拉力环进行连接；

S5：将内支撑杆安装到内上弦钢梁的下方，将外支撑杆安装到外上弦钢梁的下方；

S6：将内下弦平行拉索通过内索夹与内支撑杆进行连接，内下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S7：将外下弦平行拉索通过外索夹与外支撑杆进行连接，外下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S8：按施工次序对各榀桁架的上弦抗风索的两端进行张拉，并将上弦抗风索的端部与内上弦钢梁左端和外上弦钢梁右端进行连接，接着按施工次序对各榀桁架的内下弦平行拉索以及外下弦平行拉索的两端进行张拉，张拉结束后，将内下弦平行拉索的左端连接到中央拉力环上，内下弦平行拉索的右端连接到内上弦钢梁，将外下弦平行拉索的左端连接到外拉力环上，外下弦平行拉索的右端连接到外上弦钢梁；

S9：将连接环焊接到各榀桁架之间；

S10：确定吊装完成，结构张拉成型后拆除脚手架。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将平面张弦梁结构以中心拉力环为中心辐射布置能够有效的提高整体结构的稳定性能与高度，并使用了双层辐射式桁架结构内外相套的组合方式，有效的减小了用钢量，使得构件被合理的使用，桁架由内上弦钢梁、外上弦钢梁、上弦抗风索、内下弦平行拉索和外下弦平行拉索组成，上弦抗风索的存在能够进一步的提升整体性能与结构效率，使结构具有高稳定性、高刚度、轻质、高抗风性的优点。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中桁架的平面结构示意图；

图3为本发明中中央拉力环的立体结构示意图；

图4为本发明中外拉力环的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例一：如图所示，一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构，包括中央拉力环1和若干榀围绕中央拉力环1周向均匀布置的桁架2，每榀桁架2包括内上弦钢梁3、外上弦钢梁4、上弦抗风索51、内下弦平行拉索52和外下弦平行拉索53，内上弦钢梁3与外上弦钢梁4通过外拉力环6相固定，上弦抗风索51位于内上弦钢梁3以及外上弦钢梁4的上方，且上弦抗风索51的左端与内上弦钢梁3的左端相固定，上弦抗风索51的右端与外上弦钢梁4的右端相固定，上弦抗风索51还通过多根间隔设置的加强杆54分别与内上弦钢梁3以及外上弦钢梁4相连接，内下弦平行拉索52位于内上弦钢梁3的下方，且内下弦平行拉索52的左端与中央拉力环1相固定，内下弦平行拉索52的右端与内上弦钢梁3的右端相固定，内下弦平行拉索52与内上弦钢梁3还连接有多根内支撑杆7，外下弦平行拉索53的左端与外拉力环6相固定，外下弦平行拉索53的右端与外上弦钢梁4的右端相固定，外下弦平行拉索53与外上弦钢梁4还连接有多根外支撑杆8。

内上弦钢梁3呈向下弯曲的弧形结构，多根内支撑杆7等距间隔分布在内下弦平行拉索52与内上弦钢梁3之间，且内支撑杆7的长度由外至内递增。该结构中，内上弦钢梁3呈向下弯曲的弧形结构，使得整体的结构强度较为稳定，多根等距设置的内支撑杆7加强了内下弦平行拉索52与内上弦钢梁3之间的稳定性，内支撑杆7的长度由外至内递增则为了适配内上弦钢梁3，由此提高整体的稳定性。

外上弦钢梁4呈向下弯曲的弧形结构，多根外支撑杆8等距间隔分布在外下弦平行拉索53与外上弦钢梁4之间，且外支撑杆8的长度由外至内递增。该结构中，外上弦钢梁4呈向下弯曲的弧形结构，使得整体的结构强度较为稳定，多根等距设置的外支撑杆8加强了外下弦平行拉索53与外上弦钢梁4之间的稳定性，外支撑杆8的长度由外至内递增则为了适配内上弦钢梁3，由此提高整体的稳定性。

内支撑杆7的上端铰接在内上弦钢梁3上，内支撑杆7的下端铰接在内下弦平行拉索52上。由此使得内支撑杆7的两端具有活动副，可以改善内上弦钢梁3上弦梁的受力。

外支撑杆8的上端铰接在外上弦钢梁4上，外支撑杆8的下端铰接在外下弦平行拉索53上。由此使得外支撑杆8的两端具有活动副，可以改善外上弦钢梁4上弦梁的受力。

若干榀桁架2之间通过多个呈辐射布置的连接环相连接。该结构中，连接环的设置将各榀桁架2连接起来，进一步提高整体的稳定性。

中央拉力环1包括第一内环11和第二内环12，第一内环11和第二内环12同轴分布，且第一内环11和第二内环12之间通过多根周向均匀设置的第一立杆13相连接，内上弦钢梁3的左端连接在第一内环11上，内下弦平行拉索52的左端连接在第二内环12上。该结构中，中央拉力环包括第一内环和第二内环，第一内环和第二内环之间通过多根第一立杆相连接，由此在减轻中央拉力环整体重量的同时又不影响整体的强度，便于内上弦钢梁以及内下弦平行拉索连接固定。

外拉力环6包括第一外环61和第二外环62，第一外环61和第二外环62同轴分布，且第一外环61和第二外环62之间通过多根周向均匀设置的第二立杆63相连接，相邻第二立杆63之间设置有斜杆64，内上弦钢梁3的右端以及内下弦平行拉索52的右端分别连接在第一外环61上，外上弦钢梁4的左端连接在第一外环61上，外下弦平行拉索53的左端连接在第二外环62上，且外上弦钢梁4的右端与外下弦平行拉索53的右端分别连接在最外侧连接环上。该结构中，外拉力环包括第一外环和第二外环，第一外环和第二外环之间通过多根第二立杆相连接，由此在减轻外拉力环整体重量的同时又不影响整体的强度，便于外上弦钢梁以及外下弦平行拉索连接固定，而相邻第二立杆之间设置的斜杆，则进一步加强了整体结构的稳定性。

实施例二：如图所示，一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构的施工方法，包括以下步骤，

S1：在施工现场的中央区搭设脚手架至设计标高，作为中央拉力环的临时支撑，在搭建外拉力环的位置搭设脚手架至设计标高，作为上弦钢梁和外上弦钢梁的临时支撑；

S2：在搭建内支撑杆和外支撑杆的位置处搭设张拉平台；

S3：将中央拉力环以及外拉力环通过吊车分别吊至对应脚手架平台上展开；

S4：用吊车将内上弦钢梁吊至对应张拉平台上，再将外上弦钢梁吊至对应张拉平台上，并且将内上弦钢梁与外上弦钢梁进行连接，内上弦钢梁与中央拉力环进行连接；

S5：将内支撑杆安装到内上弦钢梁的下方，将外支撑杆安装到外上弦钢梁的下方；

S6：将内下弦平行拉索通过内索夹与内支撑杆进行连接，内下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S7：将外下弦平行拉索通过外索夹与外支撑杆进行连接，外下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S8：按施工次序对各榀桁架的上弦抗风索的两端进行张拉，并将上弦抗风索的端部与内上弦钢梁左端和外上弦钢梁右端进行连接，接着按施工次序对各榀桁架的内下弦平行拉索以及外下弦平行拉索的两端进行张拉，张拉结束后，将内下弦平行拉索的左端连接到中央拉力环上，内下弦平行拉索的右端连接到内上弦钢梁，将外下弦平行拉索的左端连接到外拉力环上，外下弦平行拉索的右端连接到外上弦钢梁；

S9：将连接环焊接到各榀桁架之间；

S10：确定吊装完成，结构张拉成型后拆除脚手架。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构，其特征在于：包括中央拉力环和若干榀围绕所述的中央拉力环周向均匀布置的桁架，每榀所述的桁架包括内上弦钢梁、外上弦钢梁、上弦抗风索、内下弦平行拉索和外下弦平行拉索，所述的内上弦钢梁与所述的外上弦钢梁通过外拉力环相固定，所述的上弦抗风索位于所述的内上弦钢梁以及所述的外上弦钢梁的上方，且所述的上弦抗风索的左端与所述的内上弦钢梁的左端相固定，所述的上弦抗风索的右端与所述的外上弦钢梁的右端相固定，所述的上弦抗风索还通过多根间隔设置的加强杆分别与所述的内上弦钢梁以及所述的外上弦钢梁相连接，所述的所述的内下弦平行拉索位于所述的内上弦钢梁的下方，且所述的内下弦平行拉索的左端与所述的中央拉力环相固定，所述的内下弦平行拉索的右端与所述的内上弦钢梁的右端相固定，所述的内下弦平行拉索与所述的内上弦钢梁还连接有多根内支撑杆，所述的外下弦平行拉索的左端与所述的外拉力环相固定，所述的外下弦平行拉索的右端与所述的外上弦钢梁的右端相固定，所述的外下弦平行拉索与所述的外上弦钢梁还连接有多根外支撑杆；

所述的内上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，多根所述的内支撑杆等距间隔分布在所述的内下弦平行拉索与所述的内上弦钢梁之间，且所述的内支撑杆的长度由外至内递增；

所述的外上弦钢梁呈向下弯曲的弧形结构，多根所述的外支撑杆等距间隔分布在所述的外下弦平行拉索与所述的外上弦钢梁之间，且所述的外支撑杆的长度由外至内递增；

所述的内支撑杆的上端铰接在所述的内上弦钢梁上，所述的内支撑杆的下端铰接在所述的内下弦平行拉索上；

所述的外支撑杆的上端铰接在所述的外上弦钢梁上，所述的外支撑杆的下端铰接在所述的外下弦平行拉索上；

若干榀所述的桁架之间通过多个呈辐射布置的连接环相连接；

所述的中央拉力环包括第一内环和第二内环，所述的第一内环和所述的第二内环同轴分布，且所述的第一内环和所述的第二内环之间通过多根周向均匀设置的第一立杆相连接，所述的内上弦钢梁的左端连接在所述的第一内环上，所述的内下弦平行拉索的左端连接在所述的第二内环上；

所述的外拉力环包括第一外环和第二外环，所述的第一外环和所述的第二外环同轴分布，且所述的第一外环和所述的第二外环之间通过多根周向均匀设置的第二立杆相连接，相邻所述的第二立杆之间设置有斜杆，所述的内上弦钢梁的右端以及所述的内下弦平行拉索的右端分别连接在所述的第一外环上，所述的外上弦钢梁的左端连接在所述的第一外环上，所述的外下弦平行拉索的左端连接在所述的第二外环上，且所述的外上弦钢梁的右端与所述的外下弦平行拉索的右端分别连接在最外侧所述的连接环上。

2.一种带抗风索的双层辐射式张弦梁结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1：在施工现场的中央区搭设脚手架至设计标高，作为中央拉力环的临时支撑，在搭建外拉力环的位置搭设脚手架至设计标高，作为上弦钢梁和外上弦钢梁的临时支撑；

S2：在搭建内支撑杆和外支撑杆的位置处搭设张拉平台；

S3：将中央拉力环以及外拉力环通过吊车分别吊至对应脚手架平台上展开；

S4：用吊车将内上弦钢梁吊至对应张拉平台上，再将外上弦钢梁吊至对应张拉平台上，并且将内上弦钢梁与外上弦钢梁进行连接，内上弦钢梁与中央拉力环进行连接；

S5：将内支撑杆安装到内上弦钢梁的下方，将外支撑杆安装到外上弦钢梁的下方；

S6：将内下弦平行拉索通过内索夹与内支撑杆进行连接，内下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S7：将外下弦平行拉索通过外索夹与外支撑杆进行连接，外下弦平行拉索的两端端部节点暂不连接；

S8：按施工次序对各榀桁架的上弦抗风索的两端进行张拉，并将上弦抗风索的端部与内上弦钢梁左端和外上弦钢梁右端进行连接，接着按施工次序对各榀桁架的内下弦平行拉索以及外下弦平行拉索的两端进行张拉，张拉结束后，将内下弦平行拉索的左端连接到中央拉力环上，内下弦平行拉索的右端连接到内上弦钢梁，将外下弦平行拉索的左端连接到外拉力环上，外下弦平行拉索的右端连接到外上弦钢梁；

S9：将连接环焊接到各榀桁架之间；

S10：确定吊装完成，结构张拉成型后拆除脚手架。