CN114703970B - 一种双环拉索大跨度钢结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及大跨度空间建筑的技术领域，尤其是涉及一种双环拉索大跨度钢结构，其包括内环钢结构系统、内外环间拉索连接结构系统和外环钢结构系统；内外环间拉索连接结构系统与内环钢结构系统、外环钢结构系统均连接；外环钢结构系统能够与地面抵接用以支撑内环钢结构系统和内外环间拉索连接结构系统；内外环间拉索连接结构系统包括多个互相连接的三维立体扇形单元，每个扇形单元包括至少一条两端分别与内环钢结构系统和外环钢结构系统相连接的承重索，本申请能够提高大跨度钢结构的整体刚度性能，有效控制大跨度钢结构的结构变形，且在拆除临时支撑柱后，减少大跨度钢结构二次变形的几率，减少已有结构部分产生有害内力的可能性。
Description
技术领域
本申请涉及大跨度空间建筑的技术领域，尤其是涉及一种双环拉索大跨度钢结构。
背景技术
在体育场、文化大剧场类大跨度场馆建筑的空间结构设计中，常采用大跨度钢结构形式。
相关的建筑设计中的常规大跨度钢结构存在整体刚度性能较差、结构变形控制较难的问题，且大跨度钢结构在整体结构达到设计受力状态之前常采取设置临时支撑柱的方式承担大跨度钢结构一部分的重力，施工完成后拆除临时支撑柱容易造成二次变形，容易使已有结构部分产生有害内力，影响大跨度钢结构建筑的使用寿命。
发明内容
为了提高大跨度钢结构的整体刚度性能，有效控制大跨度钢结构的结构变形，且在拆除临时支撑柱后，减少大跨度钢结构二次变形的几率，减少已有结构部分产生有害内力的可能性，本申请提供一种双环拉索大跨度钢结构。
一种双环拉索大跨度钢结构采用如下技术方案：
一种双环拉索大跨度钢结构，包括由中心向周向依次布设的内环钢结构系统、内外环间拉索连接结构系统和外环钢结构系统；
所述内外环间拉索连接结构系统的内环端与内环钢结构系统连接，内外环间拉索连接结构系统的外环端与外环钢结构系统连接；
内环钢结构系统和内外环间拉索连接结构系统均悬空设置，外环钢结构系统能够与地面抵接用以支撑内环钢结构系统和内外环间拉索连接结构系统；
内外环间拉索连接结构系统包括多个互相连接的扇形单元，所有的扇形单元共同组成三维立体环形，每个扇形单元包括至少一条两端分别与内环钢结构系统和外环钢结构系统相连接的承重索。
通过采用上述技术方案，对于内环钢结构系统，内外环间拉索连接结构系统的承重索的竖向分力有向上抬起内环钢结构系统的作用，内环钢结构系统和外环钢结构系统通过承重索张拉形成自平衡体系，双环拉索大跨度钢结构整体结构形式为轴对称，中心部分无竖向剪力，刚度较强，能更有效控制结构变形从而便于上部施工，且结构通过承重索张拉时，内外环间拉索连接结构系统内的主梁会自动抬起，避免了下部因拆除临时支撑柱造成的二次变形，不会产生有害内力，能够提高大跨度钢结构的整体刚度性能，有效控制大跨度钢结构的结构变形。
可选的，所述内环钢结构系统包括中心漏斗结构、内环梁下弦、内环梁上弦、若干腹杆及上弦连接梁；
内环梁下弦和内环梁上弦均呈环形，腹杆的两端分别与内环梁下弦、内环梁上弦相连接；
中心漏斗结构位于内环梁上弦的中心，上弦连接梁的两端分别与中心漏斗结构、内环梁上弦相连接；
内环梁下弦背离中心漏斗结构的外周侧设有若干个用以与内外环间拉索连接结构系统相连接的叉形锚固件。
通过采用上述技术方案，中心漏斗结构、内环梁下弦、内环梁上弦、若干腹杆及上弦连接梁作为组成内环钢结构系统的主要部件，使内环钢结构系统整体成为圆环形状，中心部分无竖向剪力，内环钢结构系统整体具有十分强大的刚度和稳定性。内环梁下弦通过每个叉形锚固件便于与内外环间拉索连接结构系统快速连接。
可选的，所述中心漏斗结构包括漏斗环圈、漏斗立杆、若干根漏斗上弦杆及漏斗下弦杆；
所有漏斗上弦杆的一端均相连接于一处，所有漏斗上弦杆共同呈放射发散状，所有漏斗上弦杆的剩余一端均与漏斗环圈连接；
所有漏斗下弦杆的一端均相连接于一处，所有漏斗下弦杆共同呈放射发散状，所有漏斗下弦杆的剩余一端均与漏斗环圈连接，漏斗立杆的一端与所有的漏斗下弦杆均连接；
漏斗上弦杆与漏斗下弦杆未处于同一平面。
通过采用上述技术方案，中心漏斗结构整体呈打开的雨伞形状，为轴对称形状，整体结构具有较小的自重荷载比，中心漏斗结构整体具有十分强大的刚度和稳定性。
可选的，所述漏斗立杆远离漏斗下弦杆的端部连接有内环锚固节点结构件，内环锚固节点结构件与每一个腹杆均连接有内环底索。
通过采用上述技术方案，内环梁上弦和内环梁下弦通过腹杆和内环底索对内环锚固节点结构件施加沿漏斗立杆方向的支撑分力，该支撑分力和所有的上弦连接梁共同配合，能够进一步保持中心漏斗结构的稳定性。
可选的，相邻的所述上弦连接梁之间共同连接有内圈次梁。
通过采用上述技术方案，内圈次梁能够将所有的上弦连接梁连为一个整体，增加内环钢结构系统的刚度和稳定性。
可选的，所述腹杆包括连接部和支撑部，连接部的两端分别与内环梁下弦、内环梁上弦相连接，支撑部与上弦连接梁的侧面相连接。
通过采用上述技术方案，腹杆的连接部将内环梁上弦与内环梁下弦连为一体，腹杆的支撑部对上线连接梁进行支撑，提高上弦连接梁的受力稳定性，进而提高整个内环钢结构系统的刚度和稳定性。
可选的，所述内外环间拉索连接结构系统的每个扇形单元还包括两根连接主梁和多组八字撑；
连接主梁的一端连接有两根内端引梁，每根连接主梁上的两根内端引梁分别与相邻的叉形锚固件连接，连接主梁远离叉形锚固件的一端与外环钢结构系统连接；
每组八字撑沿两根连接主梁等距分布，八字撑的底端分别与两根连接主梁铰接，八字撑的顶端设有索夹；
承重索依次穿过每组八字撑的索夹，承重索的两端分别与叉形锚固件、外环钢结构系统连接。
通过采用上述技术方案，承重索、多组八字撑以及两根连接主梁组成一个扇形单元，所有的扇形单元共同组成内外环间拉索连接结构系统，外环钢结构系统通过内外环间拉索连接结构系统对内环钢结构系统进行支撑，承重索可分担连接主梁的负荷，既能够延长连接主梁的使用寿命，又能够进一步提高双环拉索大跨度钢结构的整体结构强度。
可选的，所述外环钢结构系统包括外环圈梁和多根主钢柱；外环圈梁呈环形，每根主钢柱沿外环圈梁周向均布且均与外环圈梁连接，主钢柱与地面连接；外环圈梁与每根连接主梁连接。
通过采用上述技术方案，所有的主钢珠与外环圈梁连为一体，倾斜的主钢柱对承重索施加斜向上的提拉作用力，承重索通过各组八字撑对连接主梁施加向上的提拉作用力，进而使内外环间拉索连接结构系统以及内环钢结构系统受到向上的提拉作用力而保持稳定。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.对于内环钢结构系统，内外环间拉索连接结构系统的承重索的竖向分力有向上抬起内环钢结构系统的作用，内环钢结构系统和外环钢结构系统通过承重索张拉形成自平衡体系，双环拉索大跨度钢结构整体结构形式为轴对称，中心部分无竖向剪力，刚度较强，能更有效控制结构变形从而便于上部施工，且结构通过承重索张拉时，内外环间拉索连接结构系统内的主梁会自动抬起，避免了下部因拆除临时支撑柱造成的二次变形，不会产生有害内力，能够提高大跨度钢结构的整体刚度性能，有效控制大跨度钢结构的结构变形；
2.内环梁上弦和内环梁下弦通过腹杆和内环底索对内环锚固节点结构件施加沿漏斗立杆方向的支撑分力，该支撑分力和所有的上弦连接梁共同配合，能够进一步保持中心漏斗结构的稳定性；
3.内圈次梁能够将所有的上弦连接梁连为一个整体，增加内环钢结构系统的刚度和稳定性；
4.承重索具有良好的比强度，内环钢结构系统具有良好的刚度，将承重索结构与刚性结构有机结合，内外环间拉索连接结构系统整体结构具有较小的自重荷载比，结构体系具有较好的刚度和稳定性；
5.自双环拉索大跨度钢结构的结构形成起，立即形成较好的刚度，能更有效控制局部结构变形便于上部施工。
附图说明
图1是本申请实施例双环拉索大跨度钢结构的整体结构示意图；
图2是本申请实施例体现内环钢结构系统的爆炸图；
图3是本申请实施例体现扇形单元及外环钢结构系统的结构示意图。
附图标记说明：1、内环钢结构系统；11、中心漏斗结构；111、漏斗环圈；112、漏斗上弦杆；113、漏斗下弦杆；114、漏斗立杆；115、漏斗上弦节点铸钢件；116、漏斗下弦节点铸钢件；12、内环梁下弦；121、叉形锚固件；13、腹杆；131、连接部；132、支撑部；14、内环梁上弦；15、上弦连接梁；151、内圈次梁；2、内外环间拉索连接结构系统；21、扇形单元；211、承重索；212、连接主梁；2121、内端引梁；213、八字撑；2131、索夹；3、外环钢结构系统；31、外环圈梁；32、主钢柱；321、吊杆；322、上斜柱；323、外撑杆；324、下斜柱；4、内环底索；5、内环锚固节点结构件；51、漏斗拉索耳板。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种双环拉索大跨度钢结构，参照图1，双环拉索大跨度钢结构包括由中心向周向边缘依次设置的内环钢结构系统1、内外环间拉索连接结构系统2和外环钢结构系统3。内外环间拉索连接结构系统2的内环端与内环钢结构系统1连接，内外环间拉索连接结构系统2的外环端与外环钢结构系统3连接。内环钢结构系统1和内外环间拉索连接结构系统2均悬空设置，外环钢结构系统3能够与地面连接用以支撑内环钢结构系统1和内外环间拉索连接结构系统2。
参照图1和图2，内环钢结构系统1包括中心漏斗结构11、内环梁下弦12、内环梁上弦14、多个腹杆13及多段上弦连接梁15。内环梁下弦12和内环梁上弦14均呈圆环形且外形相同，内环梁下弦12和内环梁上弦14互相重合。中心漏斗结构11位于内环梁上弦14的中心，上弦连接梁15的两端分别与中心漏斗结构11、内环梁上弦14固定连接，所有上弦连接梁15关于内环梁上弦14的中心周向均布。相邻的上弦连接梁15之间共同固定连接有内圈次梁151，各段内圈次梁151共同构成圆形。
参照图1和图2，所有的腹杆13沿内环梁上弦14周向均布，腹杆13内部中空且位于内环梁下弦12和内环梁上弦14之间，腹杆13包括一体成型的连接部131和支撑部132，连接部131的两端分别与内环梁下弦12、内环梁上弦14固定连接，支撑部132朝向上弦连接梁15的侧面与上弦连接梁15固定连接。内环梁下弦12背离中心漏斗结构11的外周侧一体成型有多个用以与内外环间拉索连接结构系统2相连接的叉形锚固件121，叉形锚固件121的数量为腹杆13数量的两倍。
参照图1和图2，中心漏斗结构11包括漏斗环圈111、漏斗立杆114、多根漏斗上弦杆112及漏斗下弦杆113。漏斗环圈111的外周侧一体成型有与上弦连接梁15数量相等且周向均布的环圈引梁，每段环圈引梁与对应的上弦连接梁15固定连接。所有漏斗上弦杆112以漏斗环圈111的圆心为中心共同呈放射发散状，漏斗环圈111的中心设有漏斗上弦节点铸钢件115，漏斗上弦节点铸钢件115为多根自其自身结构中心放射的杆相贯形成的整体构件，每一根杆的第一端相贯于漏斗上弦节点铸钢件115中心点，每一根杆的第二端分别与漏斗上弦杆112固定连接；所有漏斗上弦杆112的剩余一端均与漏斗环圈111固定连接。
参照图1和图2，漏斗环圈111的轴线上设有漏斗下弦节点铸钢件116，漏斗下弦节点铸钢件116为多根自其自身结构中心放射的杆相贯形成的整体构件，每一根杆的第一端相贯于漏斗下弦节点铸钢件116中心点，每一根杆的第二端分别与漏斗下弦杆113固定连接；所有漏斗下弦杆113共同呈放射发散状，所有漏斗下弦杆113的剩余一端均与漏斗环圈111固定连接，漏斗上弦杆112与漏斗下弦杆113未处于同一平面，即漏斗上弦杆112的延伸线与漏斗下弦杆113的延伸线相交。漏斗立杆114的一端与漏斗下弦节点铸钢件116固定连接。
参照图1和图2，漏斗立杆114远离漏斗下弦节点铸钢件116的一端固定连接有内环锚固节点结构件5，内环锚固节点结构件5包括多块漏斗拉索耳板51及一段柱，所有漏斗拉索耳板51均与该段柱固定连接，所有漏斗拉索耳板51以该段柱为中心呈放射状周向均布。
参照图2，每一块漏斗拉索耳板51与对应的腹杆13均连接有内环底索4，内环底索4的数量不多于腹杆13的数量，内环底索4的两端均固定连接有两块互相正对的内环底索4耳板。朝向漏斗拉索耳板51的内环底索4耳板与漏斗拉索耳板51重合并共同穿设有固定轴，即实现内环锚固节点结构件5与内环底索4的连接；朝向腹杆13的内环底索4耳板与支撑部132重合并共同穿设有固定轴，即实现腹杆13与内环底索4的连接。
参照图3，外环钢结构系统3包括外环圈梁31和多根主钢柱32。外环圈梁31呈圆环形，每根主钢柱32沿外环圈梁31周向均布且均与外环圈梁31固定连接，主钢柱32的底部插入地面内部且与地面固定连接。每根主钢柱32均固定连接有两根互相背离的吊杆321，相邻两根主钢柱32上的两根吊杆321互相固定连接且同时与外环圈梁31固定连接。沿主钢柱32的轴线方向，每根主钢柱32均固定连接有两根互相背离的上斜柱322、外撑杆323及下斜柱324，相邻两根主钢柱32上的两根上斜柱322、外撑杆323及下斜柱324共同相交与一处并固定连接。
参照图2和图3，内外环间拉索连接结构系统2包括多个互相连接的扇形单元21，所有的扇形单元21共同组成三维立体环形，每个扇形单元21包括两根连接主梁212、多组八字撑213和一条承重索211。
参照图2和图3，连接主梁212的一端固定连接有两根逐渐远离的内端引梁2121，每根连接主梁212上的两根内端引梁2121分别与相邻的叉形锚固件121的连接部131固定连接，连接主梁212远离叉形锚固件121的一端与外环圈梁31固定连接。
参照图2和图3，每组八字撑213沿两根连接主梁212的长度方向等距分布，八字撑213的底端一体成型有连接耳，连接主梁212在对应八字撑213的位置也一体成型有连接耳，螺栓同时穿设八字撑213的连接耳和连接主梁212的连接耳将八字撑213分别与两根连接主梁212铰接。八字撑213两根杆相交的顶端共同固定连接有中空的索夹2131。
参照图2和图3，承重索211依次穿过每组八字撑213的索夹2131；承重索211两端均固定连接有连接耳，叉形锚固件121的中部一体成型有连接耳，主钢柱32的顶部一体成型有连接耳；螺栓同时穿设承重索211端部的连接耳和叉形锚固件121上的连接耳将承重索211与叉形锚固件121进行铰接，螺栓同时穿设承重索211端部的连接耳和主钢柱32顶部的连接耳将承重索211与主钢柱32进行铰接。
本申请实施例一种双环拉索大跨度钢结构的实施原理为：所有的主钢珠与外环圈梁31连为一体，倾斜的主钢柱32对承重索211施加斜向上的提拉作用力，承重索211通过各组八字撑213对连接主梁212施加向上的提拉作用力，进而使内外环间拉索连接结构系统2以及内环钢结构系统1受到向上的提拉作用力而保持稳定。
内环钢结构系统1和外环钢结构系统3通过承重索211张拉形成自平衡体系，双环拉索大跨度钢结构整体结构形式为轴对称，中心部分无竖向剪力，刚度较强，能更有效控制结构变形从而便于上部施工，且结构通过承重索211张拉时，内外环间拉索连接结构系统2内的主梁会自动抬起，避免了下部因拆除临时支撑柱造成的二次变形，不会产生有害内力，能够提高大跨度钢结构的整体刚度性能，有效控制大跨度钢结构的结构变形。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双环拉索大跨度钢结构，其特征在于：
包括由中心向周向依次布设的内环钢结构系统(1)、内外环间拉索连接结构系统(2)和外环钢结构系统(3)；
所述内外环间拉索连接结构系统(2)的内环端与内环钢结构系统(1)连接，内外环间拉索连接结构系统(2)的外环端与外环钢结构系统(3)连接；
内环钢结构系统(1)和内外环间拉索连接结构系统(2)均悬空设置，外环钢结构系统(3)能够与地面抵接用以支撑内环钢结构系统(1)和内外环间拉索连接结构系统(2)；
内外环间拉索连接结构系统(2)包括多个互相连接的扇形单元(21)，所有的扇形单元(21)共同组成三维立体环形，每个扇形单元(21)包括至少一条两端分别与内环钢结构系统(1)和外环钢结构系统(3)相连接的承重索(211)；
所述内环钢结构系统(1)包括中心漏斗结构(11)、内环梁下弦(12)、内环梁上弦(14)、若干腹杆(13)及上弦连接梁(15)；
内环梁下弦(12)和内环梁上弦(14)均呈环形，腹杆(13)的两端分别与内环梁下弦(12)、内环梁上弦(14)相连接；
中心漏斗结构(11)位于内环梁上弦(14)的中心，上弦连接梁(15)的两端分别与中心漏斗结构(11)、内环梁上弦(14)相连接；
内环梁下弦(12)背离中心漏斗结构(11)的外周侧设有若干个用以与内外环间拉索连接结构系统(2)相连接的叉形锚固件(121)；
所述内外环间拉索连接结构系统(2)的每个扇形单元(21)还包括两根连接主梁(212)和多组八字撑(213)；
连接主梁(212)的一端连接有两根内端引梁(2121)，每根连接主梁(212)上的两根内端引梁(2121)分别与相邻的叉形锚固件(121)连接，连接主梁(212)远离叉形锚固件(121)的一端与外环钢结构系统(3)连接；
每组八字撑(213)沿两根连接主梁(212)等距分布，八字撑(213)的底端分别与两根连接主梁(212)铰接，八字撑(213)的顶端设有索夹(2131)；
承重索(211)依次穿过每组八字撑(213)的索夹(2131)，承重索(211)的两端分别与叉形锚固件(121)、外环钢结构系统(3)连接；
所述外环钢结构系统(3)包括外环圈梁(31)和多根主钢柱(32)；外环圈梁(31)呈环形，每根主钢柱(32)沿外环圈梁(31)周向均布且均与外环圈梁(31)连接，主钢柱(32)与地面连接；外环圈梁(31)与每根连接主梁(212)连接。
2.根据权利要求1所述的一种双环拉索大跨度钢结构，其特征在于：所述中心漏斗结构(11)包括漏斗环圈(111)、漏斗立杆(114)、若干根漏斗上弦杆(112)及漏斗下弦杆(113)；
所有漏斗上弦杆(112)的一端均相连接于一处，所有漏斗上弦杆(112)共同呈放射发散状，所有漏斗上弦杆(112)的剩余一端均与漏斗环圈(111)连接；
所有漏斗下弦杆(113)的一端均相连接于一处，所有漏斗下弦杆(113)共同呈放射发散状，所有漏斗下弦杆(113)的剩余一端均与漏斗环圈(111)连接，漏斗立杆(114)的一端与所有的漏斗下弦杆(113)均连接；
漏斗上弦杆(112)与漏斗下弦杆(113)未处于同一平面。
3.根据权利要求2所述的一种双环拉索大跨度钢结构，其特征在于：所述漏斗立杆(114)远离漏斗下弦杆(113)的端部连接有内环锚固节点结构件(5)，内环锚固节点结构件(5)与每一个腹杆(13)均连接有内环底索(4)。
4.根据权利要求1所述的一种双环拉索大跨度钢结构，其特征在于：相邻的所述上弦连接梁(15)之间共同连接有内圈次梁(151)。
5.根据权利要求1所述的一种双环拉索大跨度钢结构，其特征在于：所述腹杆(13)包括连接部(131)和支撑部(132)，连接部(131)的两端分别与内环梁下弦(12)、内环梁上弦(14)相连接，支撑部(132)与上弦连接梁(15)的侧面相连接。
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2022
- 2022-04-08 CN CN202210364700.3A patent/CN114703970B/zh active Active
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| 滑动环索连接节点在弦支穹顶结构中的应用;崔晓强, 郭彦林, 叶可明;同济大学学报(自然科学版)(10);全文 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114703970A (zh) | 2022-07-05 |
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