CN116623797A - 一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 - Google Patents
一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116623797A CN116623797A CN202310522523.1A CN202310522523A CN116623797A CN 116623797 A CN116623797 A CN 116623797A CN 202310522523 A CN202310522523 A CN 202310522523A CN 116623797 A CN116623797 A CN 116623797A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- constraint
- dome
- girder
- radial
- ultra
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 50
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- E04B1/32—Arched structures; Vaulted structures; Folded structures
- E04B1/3211—Structures with a vertical rotation axis or the like, e.g. semi-spherical structures
-
- 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- 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
- E04B7/10—Shell structures, e.g. of hyperbolic-parabolic shape; Grid-like formations acting as shell structures; Folded structures
- E04B7/105—Grid-like structures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Rod-Shaped Construction Members (AREA)
Abstract
本发明涉及一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，包括主受力柱、穹拱屋面结构以及约束拉梁，所述约束拉梁连接在所述穹拱屋面结构的下端，所述主受力柱均匀支撑在所述约束拉梁的下端，所述约束拉梁与主受力柱的连接处设置有径向滑动支座，所述约束拉梁的外端设置有预紧力组件，所述约束拉梁下端连接在所述径向滑动支座上。本发明公布了一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，整体结构受力均匀，材料利用率极高，大大减小了结构自重，且节省了材料用量，还增加了结构的布置跨度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种超大跨预应力约束穹拱结构系统。
背景技术
在当前现有技术中，200～400m大跨结构屋面结构，一般用以下几种结构形式：
第一种是网架网壳结构，这种可以形成较大的跨度，而且自重也非常轻，但结构自身占用的高度也非常大，因此在使用上也有一定的局限；
第二种是悬索结构，这种结构由于能充分利用拉力和压力的平衡，形成以轴力为主的结构，因此可以实现超大的跨度，但由于结构自身的形态通常与一般的建筑形态并不相符，因此该结构通常较多用于桥梁结构而非建筑结构中；
第三种是拱式结构。拱式结构占用空间小，自重也较小，但由于为平面受力形式，导致其推力需要设置拉杆平衡或在基础处采取措施对推力予以平衡，其跨度越大，推力就越难平衡，因此实际工程中形成的跨度并不大。
本发明提供了一种新式空间结构，结构构件占用的空间小，自重轻，无过于突出建筑空间的结构形体，能够适用200～500m跨度范围的超大跨球弧形预应力约束穹拱结构系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，整体结构受力均匀，材料利用率极高，大大减小了结构自重，且节省了材料用量，还增加了结构的布置跨度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，包括主受力柱、穹拱屋面结构以及约束拉梁，所述约束拉梁连接在所述穹拱屋面结构的下端，所述主受力柱均匀支撑在所述约束拉梁的下端，所述约束拉梁与主受力柱的连接处设置有径向滑动支座，所述约束拉梁的外端设置有预紧力组件，所述约束拉梁下端连接在所述径向滑动支座上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述穹拱屋面结构设置有圆形钢梁以及径向弧形拱梁，所述径向弧形拱梁以所述穹拱屋面结构的顶端为中心呈放射状均匀设置，所述圆形钢梁以所述穹拱屋面结构的顶端为中心由小到大依次向外排布，且所述径向弧形拱梁与所述圆形钢梁连接在一起，且所述约束拉梁连接在所述径向弧形拱梁的外端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述穹拱屋面结构剖面的圆弧角设置在50°～70°之间。
作为本发明一种优选的技术方案，所述圆形钢梁分布间隔在20～25m之间。
作为本发明一种优选的技术方案，所述径向弧形拱梁的外端间隔距离设置在3～6m之间，且所述约束拉梁将所有的所述径向弧形拱梁的外端连接在一起。
作为本发明一种优选的技术方案，所述预紧力组件设置有预应力钢绞线以及水平向槽型支座，所述水平向槽型支座与所述径向弧形拱梁的腹板对齐设置，且所述水平向槽型支座设置有横向卡槽，多个所述预紧力钢绞线对应固定在所述横向卡槽内，且所述水平向槽型支座与所述约束拉梁焊接为一体。
作为本发明一种优选的技术方案，所述约束拉梁内部设置有钢梁加劲板，所述钢梁加劲板与所述径向弧形拱梁的腹板以及水平向槽型支座对齐设置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用穹拱屋面结构的球形弧面的受力特征，使整个屋面的径向圆弧拱梁和圆形环梁基本承受轴向力作用，充分减少屋面材料的使用量；设置约束拉梁固定连接在径向弧形拱梁的外端，将穹拱屋面结构内径向弧形拱梁的推力转化为约束拉梁的拉力，对钢结构加预应力钢索而言，可以充分利用钢索的超高强抗拉性能，充分减少了约束拉梁的钢材使用量。
2、本发明通过在约束拉梁的外端设置预紧力组件，且在约束拉梁的下端设置有径向滑动支座，使得球弧形穹拱屋面结构水平推力仅作用于约束拉梁，而不作用于下部主受力柱上，让下部主受力柱仅承受竖向力作用，大大减少了主受力柱的材料使用量。
3、本发明中所有构件在重力作用下基本仅仅承受轴向力的作用，因此可以在形成超大跨度的同时确保使用建筑材料少，自重轻，占用建筑空间小，具有受力和使用性能优越，施工简单，整体造价低廉等优点。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例一的正视结构示意图。
图3为本发明实施例一预紧力组件的结构示意图。
图4为本发明实施例二的结构示意图。
图5为本发明实施例二的正视结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、主受力柱，2、穹拱屋面结构，21、圆形钢梁，22、径向弧形拱梁，3、约束拉梁，4、径向滑动支座，5、预紧力组件，51、预应力钢绞线，52、水平向槽型支座，53、横向卡槽，6、钢梁加劲板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的具体实施过程如下：一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，包括主受力柱1、穹拱屋面结构2以及约束拉梁3，将约束拉梁3连接在穹拱屋面结构2的下端，利用约束拉梁3提前受拉承受穹拱屋面结构2向外的水平推力，使得整个屋顶结构内部各构件受力均为轴向受力，且所受应力均匀，结构稳定性高；再将主受力柱1均匀支撑在约束拉梁3的下端，形成基础结构，然后在约束拉梁3与主受力柱1的连接处设置有径向滑动支座4，在约束拉梁3的外端设置有预紧力组件5，将约束拉梁3的下端连接在径向滑动支座4上，使得约束拉梁3和下部的主受力柱1支撑之间可通过径向滑动支座4沿径向适量滑动，既可使水平推力几乎完全由约束拉梁3承受，又确保了主受力柱1能有效支撑约束拉梁3及其上部屋面，同时又对连接处进一步限制固定，加强结构的稳固性。通过采用这一结构，既能实现超大跨度的建筑结构，又能减轻结构自重，减少结构材料的使用，使用性能优越。
下面将通过具体的实施例一和实施例二对本发明的结构作进一步的详细说明。
实施例一：
如图1～3所示，所述穹拱屋面结构2设置有圆形钢梁21以及径向弧形拱梁22，将径向弧形拱梁22以穹拱屋面结构2的顶端为中心呈放射状均匀设置，圆形钢梁21同样以穹拱屋面结构2的顶端为中心由小到大依次向外排布，再将径向弧形拱梁22与圆形钢梁21连接在一起，使得若干个径向圆弧拱梁22与圆形环梁21在球弧形空间面内相互支撑，既能避免长细比过大而失稳的不利因素，又能承受住更多的外力，且在安装屋顶面板后，屋顶面板的自重、活荷载以及风荷载均由圆形钢梁21和径向弧形拱梁22共同承受；最后再将约束拉梁3连接在径向弧形拱梁22的外端，将径向弧形拱梁22的推力转化为约束拉梁3的拉力，对钢结构加预应力钢索而言，可以充分利用钢索的超高强抗拉性能，充分减少了约束拉梁3的钢材使用量。
具体地，将穹拱屋面结构2剖面的圆弧角设置在50°～70°之间，既能实现大跨结构，又能保证屋面流水顺畅。
具体地，圆形钢梁21布置在约束拉梁3与穹拱屋面结构2的中心之间，并将圆形钢梁21沿径向方向每隔20～25m均匀布置，使得各圆形钢梁21内力主要呈现轴向受压，并在接近屋顶中心时逐渐变小，中心圆环轴力为零。
具体地，径向弧形拱梁22的里端不需通过圆心，未通过屋顶圆心的径向弧形拱梁22搭接在屋顶附近的圆形钢梁21上，径向弧形拱梁22的外端连接在约束拉梁3上，且连接点之间的距离设置在3～6m之间，其内力也主要呈现轴向受压，从周边向屋顶中心轴力逐渐变小，此外，径向弧形拱梁22由于其距离圆心越近时其间距越密，为控制径向弧形拱梁22间距合理，在靠近圆心附近处分批隔一对称截断径向弧形拱梁22，并搭接在所截断位置的圆形钢梁21上，通过这一结构，使得径向弧形拱梁22的下端支撑在外围的约束拉梁3上，上端支撑在靠近屋面中心附近的上支撑圆形钢梁21上，在此处与圆形钢梁21相互支撑并保持受力平衡。
具体地，预紧力组件5设置有预应力钢绞线51以及水平向槽型支座52，将水平向槽型支座52对齐设置在弧形拱梁22的腹板位置处，又在水平向槽型支座52上设置有横向卡槽53，并将多个预紧力钢绞线51对应固定在横向卡槽53内，且水平向槽型支座与所述约束拉梁焊接为一体，使得预应力钢绞线51的预拉力通过水平向槽型支座52传给约束拉梁3，平衡径向弧形拱梁22传来的水平推力；此外，预应力钢绞线51可沿约束拉梁3分段逐步实施预拉力，充分利用预应力钢索的超高强抗拉强度减小约束拉梁的总钢材用量。
具体地，约束拉梁3承受所有屋面自重和其他作用在屋面上的荷载产生的水平推力和竖向力，为了能更直接的承受径向弧形拱梁22传来的水平推力，在约束拉梁3的内部设置有钢梁加劲板6，并且将钢梁加劲板6与径向弧形拱梁22的腹板位置以及水平向槽型支座52对齐进行焊接固定，进一步加强结构稳定性。
其中，本实施例中的屋面可采用轻型屋面，穹拱屋面结构2内的圆形钢梁21以及径向弧形拱梁22可采用高强钢筋混凝土梁、钢梁或型钢梁，约束拉梁3则宜采用钢拉梁加预应力约束钢拉索组合结构，下部支撑的主受力柱1宜采用钢筋混凝土柱或圆形钢骨混凝土柱，使得整体结构自重较小，空间利用率高且有较高舒适度，施工更方便。
实施例二：
如图4～5所示，相比于实施例一，本实施例根据实际建筑需求，可灵活取消了穹拱屋面结构2的中心区域，形成露天的圆环状球弧形穹拱屋面结构，并且丝毫不影响整体结构的稳定性，更有利于结构后期改造出多种不同的建筑造型。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，包括主受力柱、穹拱屋面结构以及约束拉梁，所述约束拉梁连接在所述穹拱屋面结构的下端，所述主受力柱均匀支撑在所述约束拉梁的下端，所述约束拉梁与主受力柱的连接处设置有径向滑动支座，所述约束拉梁的外端设置有预紧力组件，所述约束拉梁下端连接在所述径向滑动支座上。
2.根据权利要求1所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述穹拱屋面结构设置有圆形钢梁以及径向弧形拱梁，所述径向弧形拱梁以所述穹拱屋面结构的顶端为中心呈放射状均匀设置，所述圆形钢梁以所述穹拱屋面结构的顶端为中心由小到大依次向外排布，且所述径向弧形拱梁与所述圆形钢梁连接在一起，且所述约束拉梁连接在所述径向弧形拱梁的外端。
3.根据权利要求1所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述穹拱屋面结构剖面的圆弧角设置在50°～70°之间。
4.根据权利要求2所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述圆形钢梁分布间隔在20～25m之间。
5.根据权利要求2所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述径向弧形拱梁的外端间隔距离设置在3～6m之间，且所述约束拉梁将所有的所述径向弧形拱梁的外端连接在一起。
6.根据权利要求2所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述预紧力组件设置有预应力钢绞线以及水平向槽型支座，所述水平向槽型支座与所述径向弧形拱梁的腹板对齐设置，且所述水平向槽型支座设置有横向卡槽，多个所述预紧力钢绞线对应固定在所述横向卡槽内，且所述水平向槽型支座与所述约束拉梁焊接为一体。
7.根据权利要求6所述的一种超大跨预应力约束穹拱结构系统，其特征在于，所述约束拉梁内部设置有钢梁加劲板，所述钢梁加劲板与所述径向弧形拱梁的腹板以及水平向槽型支座对齐设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310522523.1A CN116623797A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310522523.1A CN116623797A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116623797A true CN116623797A (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=87596546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310522523.1A Pending CN116623797A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116623797A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117211409A (zh) * | 2023-11-08 | 2023-12-12 | 北京城建集团有限责任公司 | 一种与铝网壳连接的钢环梁上牛腿安装施工方法 |
-
2023
- 2023-05-10 CN CN202310522523.1A patent/CN116623797A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117211409A (zh) * | 2023-11-08 | 2023-12-12 | 北京城建集团有限责任公司 | 一种与铝网壳连接的钢环梁上牛腿安装施工方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110258802B (zh) | 一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构 | |
| CN101446065B (zh) | 组合式索塔 | |
| CN100585082C (zh) | 基于三种钢管桁架节段的装配式桥梁建造工艺 | |
| CN111075023A (zh) | 车辐式单、双层混合索网结构 | |
| CN105863145A (zh) | 张弦结构、张弦梁和建筑 | |
| CN101942884B (zh) | 一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖及制作方法 | |
| CN116623797A (zh) | 一种超大跨预应力约束穹拱结构系统 | |
| CN113719139A (zh) | 一种体育场馆不规则空间网架吊装施工方法 | |
| CN102330470B (zh) | 一种单层预应力框架结构 | |
| CN201433490Y (zh) | 一种长方形平面超大跨度预应力空间管桁架屋盖 | |
| CN111119338A (zh) | 一种葵花型多撑杆索穹顶及其安装方法 | |
| CN112982787A (zh) | 一种钢筋混凝土与预应力拉索耦合的大跨度梁 | |
| CN111155696A (zh) | 一种肋环型多撑杆弦支穹顶 | |
| CN101942883B (zh) | 一种长方形平面超大跨度预应力空间管桁架屋盖及制作方法 | |
| CN217106220U (zh) | 一种大型空间钢桁架梁的提升装置 | |
| CN212561900U (zh) | 一种葵花型多撑杆索穹顶 | |
| CN111321836A (zh) | 大跨度预应力拱形屋盖结构 | |
| CN203200904U (zh) | 辐射式预应力斜拉索桁吊挂结构 | |
| CN102140775A (zh) | 连续索张弦主梁斜拉桥 | |
| CN112127282B (zh) | 特大桥主墩钢结构 | |
| CN212248686U (zh) | 大跨度预应力拱形屋盖结构 | |
| CN212742152U (zh) | 一种高度受限条件下的大跨度桥梁结构 | |
| CN108104349B (zh) | 一种斜压杆桁架张弦梁组合结构和实施方法 | |
| CN206859032U (zh) | 大跨径悬索桥结构 | |
| CN219604131U (zh) | 一种船锚型索塔缆索支承体系桥梁 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |