CN115596137A - 钢木悬索屋架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢木悬索屋架结构，包括钢木桁架(1)、第一钢拉索(21)、第二钢拉索(22)、第三钢拉索(23)、斜撑(3)和木横梁(4)；一对斜撑对称连在钢木桁架中部，一对第一钢拉索拉结在钢木桁架的两侧屋檐处和一对斜撑下端间，一对第二钢拉索拉结在钢木桁架的屋脊和一对斜撑下端间，第三钢拉索拉结在一对斜撑下端间，构成一榀钢木屋架单元；若干榀钢木屋架单元通过木横梁整体拉结构成钢木悬索组合屋架结构，木横梁垂直连接在钢木屋架单元的屋脊处。本发明能有效提高钢木悬索组合屋架结构连接节点处的连接稳定性和安装施工简易性。

Description

钢木悬索屋架结构

技术领域

本发明涉及一种屋架结构，尤其涉及一种钢木悬索屋架结构。

背景技术

钢木屋架通常应用于大空间、大跨度的建筑结构中，且钢木连接节点较复杂。现有技术的方木弦杆桁架一般采用胶接、钢卯榫连接、钢钉嵌实等方式连接在一起，对现场工人的施工水平要求高，现场拼装操作难度大，难以控制成品质量。同时，现有技术的钢木节点使用木垫块穿钢钉固定时，固定效果不稳定，且钢木屋架在吊装和拼接的过程中连接处易出现扰动，导致整体屋架稳定性难以维持。因此，需要提供一种施工简易性和节点稳定性高的钢木悬索组合屋架结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢木悬索屋架结构，能有效提高钢木悬索组合屋架结构连接节点处的连接稳定性和安装施工简易性。

本发明是这样实现的：

一种钢木悬索屋架结构，包括钢木桁架、第一钢拉索、第二钢拉索、第三钢拉索、斜撑和木横梁；钢木桁架呈倒V形结构，斜撑的上端连接在钢木桁架的中部，一对斜撑关于钢木桁架的中轴线对称布置；一对第一钢拉索的一端分别拉结在钢木桁架的两侧屋檐处，一对第一钢拉索的另一端分别拉结在一对斜撑的下端；一对第二钢拉索的一端分别拉结在钢木桁架的屋脊处，一对第二钢拉索的另一端分别拉结在一对斜撑的下端；第三钢拉索的两端分别拉结在一对斜撑的下端，钢木桁架、一对第一钢拉索、一对第二钢拉索、第三钢拉索和一对斜撑构成一榀钢木屋架单元；若干榀钢木屋架单元通过木横梁整体拉结构成钢木悬索组合屋架结构，木横梁垂直连接在钢木屋架单元的屋脊处。

所述的钢木桁架包括木构件和钢质连接件，一对木构件的一端分别通过钢质连接件对称连接，形成坡面屋架结构；一对第一钢拉索的一端分别拉结在木构件上，一对第二钢拉索的一端分别拉结在钢质连接件上，一对斜撑分别连接在一对木构件上。

所述的木构件的另一端底部设有连接柱，连接柱的上端连接在木构件与第一钢拉索的连接节点处，连接柱的下端固定在屋面下方的混凝土构件上。

所述的一对第一钢拉索为一端高、另一端低的倾斜状设置，第一钢拉索与斜撑的连接端为高端，第一钢拉索与钢木桁架的连接端为低端。

所述的第一钢拉索为第一双拉索结构，第一双拉索结构由两根对称分布在斜撑和钢木桁架两侧的拉索构成。

所述的第二钢拉索为第二双拉索结构，第二双拉索结构由两根对称分布在斜撑和钢木桁架两侧的拉索构成。

所述的钢木悬索组合屋架结构的顶部间隔设有若干根钢檩条，钢檩条上安装有望板及瓦片，使望板及瓦片铺设在整个钢木悬索组合屋架结构上；钢檩条与木横梁平行设置。

所述的若干榀钢木屋架单元之间整体拉结有拉梁，一对拉梁分别位于钢木悬索组合屋架结构的两侧屋檐处，拉梁与钢木悬索组合屋架结构通长。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明由于设有第一钢拉索、第二钢拉索、第三钢拉索和斜撑3，形成钢木悬索组合屋架结构，优化了钢木屋架的连接节点和固化拉结方式，结构简单，可有效提高下弦节点与木构件连接的稳定性和安装施工简易性，保证了施工安全，提高了操作效率。

2、本发明由于通过木横梁整体和拉梁整体拉结若干榀钢木屋架单元构成钢木悬索组合屋架结构，易于施工，在使用过程中钢木悬索组合屋架结构的整体受力能力强，钢木悬索组合屋架结构的内部安全系数增大，整体性增强，抗扭矩能力得到改善，且施工难度降低。

附图说明

图1是本发明钢木悬索屋架结构中钢木屋架单元的主视图；

图2是本发明钢木悬索屋架结构中钢木悬索组合屋架结构的结构示意图；

图3是本发明钢木悬索屋架结构的施工示意图。

图中，钢木桁架1，木构件11，钢质连接件12，连接柱13，第一钢拉索21，第二钢拉索22，第三钢拉索23，斜撑3，木横梁4，钢檩条5，望板及瓦片6，拉梁7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和附图2，一种钢木悬索屋架结构，包括钢木桁架1、第一钢拉索21、第二钢拉索22、第三钢拉索23、斜撑3和木横梁4；钢木桁架1呈倒V形结构，斜撑3的上端连接在钢木桁架1的中部，一对斜撑3关于钢木桁架1的中轴线对称布置；一对第一钢拉索21的一端分别拉结在钢木桁架1的两侧屋檐处，一对第一钢拉索21的另一端分别拉结在一对斜撑3的下端；一对第二钢拉索22的一端分别拉结在钢木桁架1的屋脊处，一对第二钢拉索22的另一端分别拉结在一对斜撑3的下端；第三钢拉索23的两端分别拉结在一对斜撑3的下端，钢木桁架1、一对第一钢拉索2、一对第二钢拉索22、第三钢拉索23和一对斜撑3构成一榀钢木屋架单元；若干榀钢木屋架单元通过木横梁4整体拉结构成钢木悬索组合屋架结构，木横梁4垂直连接在钢木屋架单元的屋脊处。

通过第一钢拉索21、第二钢拉索22和第三钢拉索23在斜撑3和钢木桁架1之间形成钢木悬索拉结，优化了钢木屋架的连接节点形式和固化拉结形式，同时通过木横梁4在屋脊处形成整体拉结，提高连接稳定性的同时降低施工难度。

请参见附图1，所述的钢木桁架1包括木构件11和钢质连接件12，一对木构件11的一端分别通过钢质连接件12对称连接，形成坡面屋架结构；一对第一钢拉索21的一端分别拉结在木构件11上，一对第二钢拉索22的一端分别拉结在钢质连接件12上，一对斜撑3分别连接在一对木构件11上。

钢木桁架1采用木构件和钢构件连接，形成新型的钢木屋架节点形式，充分利用了木结构的抗弯和抗压性能，有效保证了钢木桁架1的结构强度，在吊装和拼接过程中，木构件和钢构件的钢木节点不易受到扰动，提高钢木屋架的整体稳固性。

请参见附图1和附图2，所述的木构件11的另一端底部设有连接柱13，连接柱13的上端连接在木构件11与第一钢拉索21的连接节点处，连接柱13的下端固定在屋面下方的混凝土构件上。

连接柱13便于钢木屋架单元在下方混凝土构件上的可靠安装，从而保证了整个钢木悬索组合屋架结构的整体稳定性。

请参见附图1，所述的一对第一钢拉索21为一端高、另一端低的倾斜状设置，第一钢拉索21与斜撑3的连接端为高端，第一钢拉索21与钢木桁架1的连接端为低端。

第一钢拉索21的长度、标高、规格等参数均可根据专业软件分析得到，以保证钢木屋架单元的结构稳定性。

所述的第一钢拉索21为第一双拉索结构，第一双拉索结构由两根对称分布在斜撑3和钢木桁架1两侧的拉索构成，保证第一钢拉索21的拉结节点处的稳定可靠。

所述的第二钢拉索22为第二双拉索结构，第二双拉索结构由两根对称分布在斜撑3和钢木桁架1两侧的拉索构成，保证第二钢拉索22的拉结节点处的稳定可靠。

请参见附图3，所述的钢木悬索组合屋架结构的顶部间隔设有若干根钢檩条5，钢檩条5上安装有望板及瓦片6，使望板及瓦片6铺设在整个钢木悬索组合屋架结构上，钢檩条5与木横梁4平行设置，形成建筑装饰屋面，也可根据实际装饰需求选择其他形式的装饰构件铺设在钢木悬索组合屋架结构上。优选的，钢檩条5可设置在斜撑3的上方。

请参见附图2，所述的若干榀钢木屋架单元之间整体拉结有拉梁7，一对拉梁7分别位于钢木悬索组合屋架结构的两侧屋檐处，拉梁7与钢木悬索组合屋架结构通长。

通过两根拉梁7在两侧屋檐处的整体拉结，进一步提高了钢木悬索组合屋架结构的整体性和稳定性。

采用SAP2000(集成化的通用结构分析和设计软件)对单榀钢木屋架单元的细部进行计算和分析，使用内力分析软件模拟受力过程，由于钢木屋架整体刚度偏弱，整个钢木悬索组合屋架结构的自振周期较大。前三阶自振周期分别为0.5894s，0.5175s和0.4488s。第一扭转周期与第一平动周期的比值为0.76。模型受力分析前，采用控制变量的办法确定施加作用点的类型和位置。

木构件11的截面尺寸为200*300mm，材料为TCT28，木构件11的上端标高、木横梁4的标高和第二钢拉索22的顶部标高均为11.977m，木构件11的下端标高为9.166m，单品钢木屋架单元的跨度为9350mm。

钢质连接件12的材质为Q355B型钢构件，钢质连接件12的截面尺寸为200*300*12*12mm，通过钢质连接件12连接两根木构件11。

连接柱13采用截面尺寸为200*200*16*16的钢柱，材质为Q355B。连接柱13的底部标高为8.350m，连接柱13距离木构件11端部的距离为794mm。

第一钢拉索21、第二钢拉索22和第三钢拉索23均采用高钒钢，强度不低于1670MPa，第一钢拉索21和第二钢拉索22的直径均为12mm，第三钢拉索23的直径为16mm。第一钢拉索21的底部标高和连接柱13的顶部标高均为9.602m，第一钢拉索21的顶部标高、第二钢拉索22的底部标高和斜撑3的底部标高均为10.450m。

第一钢拉索21、第二钢拉索22和第三钢拉索23与木构件11、钢制连接件12和斜撑3的连接处均通过锚具经螺栓固定，采用现有技术的钢拉索安装工序安装固定，此处不再赘述；锚具采用牌号为40Cr的合金结构钢支撑，连接处螺栓采用8.8级C级普通螺栓。

斜撑3采用长方形钢管，截面尺寸为60*30*4mm，材质为Q355B，斜撑3的顶部标高为11.075m，斜撑3的下端距离屋脊的水平距离为1300mm，斜撑3的下端距离连接柱13的水平距离为3025mm。

木横梁4的截面尺寸为200*250mm，材料为TCT28。

在小震作用下，钢木悬索组合屋架结构的层间位移角(X向1/1693，Y向1/4685)满足规范要求(按混凝土框架控制1/550)。位移比计算中，X向为1.30，超过规范要求1.20，小于1.5，Y向为1.08小于规范要求。在设计过程中，对建筑结构的框架柱提高抗震等级，框架柱全高进行箍筋加密，以保证建筑结构的抗扭能力，同时，在钢木悬索组合屋架结构的屋脊及两侧屋檐处分别设置木横梁4和拉梁7，加大截面，加强钢木悬索组合屋架结构的整体性。

在中震和大震作用下，结构最大位移分别为42.0mm(X方向)和11.7mm(Y方向)，结构的层间位移角分别为1/268(X方向)和1/610(Y方向)。X方向出现整体出现塑形变形，混凝土构件初步进入塑性，但钢木悬索组合屋架结构仍保持弹性阶段。

本发明中所提及小震、中震、大震定义如下：小震指该地区50年内超过概率约为63％的地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震。中震指该地区50年内超过概率约为10％的地震烈度，又称为基本烈度或设防烈度。大震指该地区50年内超越概率约为2％-3％的地震烈度，又称为罕遇地震。

在对建筑结构的施工过程中，尤其是对历史建筑的改造过程中，对于原有的三角形木桁架和抬梁式木桁架进行拆除，确保拆除过程避免对原结构承重构件的损伤，同时保持建筑中的历史痕迹。将原三角形木桁架和抬梁式木桁架演变为本发明的钢木桁架1，根据建筑设计要求，在钢木桁架1的下部采用悬索，即通过斜撑3拉结第一钢拉索21、第二钢拉索22和第三钢拉索23，形成钢木悬索组合屋架结构。钢木悬索组合屋架结构体系新颖，空间支撑系统简洁有序，充分利用木结构的抗弯和抗压性能和钢拉锁的抗拉性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢木悬索屋架结构，其特征是：包括钢木桁架(1)、第一钢拉索(21)、第二钢拉索(22)、第三钢拉索(23)、斜撑(3)和木横梁(4)；钢木桁架(1)呈倒V形结构，斜撑(3)的上端连接在钢木桁架(1)的中部，一对斜撑(3)关于钢木桁架(1)的中轴线对称布置；一对第一钢拉索(21)的一端分别拉结在钢木桁架(1)的两侧屋檐处，一对第一钢拉索(21)的另一端分别拉结在一对斜撑(3)的下端；一对第二钢拉索(22)的一端分别拉结在钢木桁架(1)的屋脊处，一对第二钢拉索(22)的另一端分别拉结在一对斜撑(3)的下端；第三钢拉索(23)的两端分别拉结在一对斜撑(3)的下端，钢木桁架(1)、一对第一钢拉索(2)、一对第二钢拉索(22)、第三钢拉索(23)和一对斜撑(3)构成一榀钢木屋架单元；若干榀钢木屋架单元通过木横梁(4)整体拉结构成钢木悬索组合屋架结构，木横梁(4)垂直连接在钢木屋架单元的屋脊处。

2.根据权利要求1所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的钢木桁架(1)包括木构件(11)和钢质连接件(12)，一对木构件(11)的一端分别通过钢质连接件(12)对称连接，形成坡面屋架结构；一对第一钢拉索(21)的一端分别拉结在木构件(11)上，一对第二钢拉索(22)的一端分别拉结在钢质连接件(12)上，一对斜撑(3)分别连接在一对木构件(11)上。

3.根据权利要求2所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的木构件(11)的另一端底部设有连接柱(13)，连接柱(13)的上端连接在木构件(11)与第一钢拉索(21)的连接节点处，连接柱(13)的下端固定在屋面下方的混凝土构件上。

4.根据权利要求1或2所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的一对第一钢拉索(21)为一端高、另一端低的倾斜状设置，第一钢拉索(21)与斜撑(3)的连接端为高端，第一钢拉索(21)与钢木桁架(1)的连接端为低端。

5.根据权利要求4所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的第一钢拉索(21)为第一双拉索结构，第一双拉索结构由两根对称分布在斜撑(3)和钢木桁架(1)两侧的拉索构成。

6.根据权利要求1所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的第二钢拉索(22)为第二双拉索结构，第二双拉索结构由两根对称分布在斜撑(3)和钢木桁架(1)两侧的拉索构成。

7.根据权利要求1所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的钢木悬索组合屋架结构的顶部间隔设有若干根钢檩条(5)，钢檩条(5)上安装有望板及瓦片(6)，使望板及瓦片(6)铺设在整个钢木悬索组合屋架结构上；钢檩条(5)与木横梁(4)平行设置。

8.根据权利要求1所述的钢木悬索屋架结构，其特征是：所述的若干榀钢木屋架单元之间整体拉结有拉梁(7)，一对拉梁(7)分别位于钢木悬索组合屋架结构的两侧屋檐处，拉梁(7)与钢木悬索组合屋架结构通长。

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