CN207829162U - 一种建筑结构的双层错位桁架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑结构的双层错位桁架，该双层错位桁架包括上层刚性架、下层刚性架、竖杆和四周收边架，上层刚性架由多个圆环构件组成，下层刚性架由位于中部的多个圆环构件以及多个环缺构件组成，圆环构件均按照横向和纵向规整阵列，相邻的圆环构件紧靠焊接，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件错位设置，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件之间通过竖杆连接，上层刚性架和下层刚性架的周边通过四周收边架连接，四周收边架环绕上层刚性架和下层刚性架,该双层错位桁架具有良好的平面内刚度、承载力、稳定性和透光度。

Description

一种建筑结构的双层错位桁架

技术领域

本实用新型涉及建筑用桁架，特别是涉及一种建筑结构的双层错位桁架。

背景技术

大跨度钢结构是相对于普通钢结构而言的，大跨度钢结构是指跨度大于或等于60米的屋盖结构，常见的结构形式有桁架、网架、网壳、悬索结构和索膜结构等空间结构。大跨度钢结构主要特点有：用钢量少、自重轻、材质均匀、受力计算可靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便、抗震性能强等。最常见的大跨度钢结构有网架、网壳、立体桁架三种。

网架是由多根杆件按照一定的网格尺寸布置通过节点球连结形成的空间结构。具有受力均匀、自重轻、刚度大、抗震性能好等优点。缺点是汇交于节点的杆件数量较多，制作安装比较复杂。

网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，是杆件为基础组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它具有杆系和壳体的性质。网壳包括单层网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳和预应力网壳结构等。

立体桁架为目前常用的大跨度钢结构的一种类型，常采用三角形、矩形截面形式，由于其侧向具有一定的刚度，可以减少或不设置侧向联系构件，使得屋面下空间简洁整齐。

随着我国机场航站楼、高铁站房、体育场馆和会展中心等大型公共建筑的大量兴建，对大跨度空间钢结构的设计提出了更高要求。已建成的传统大跨度屋盖的结构形式大量雷同，缺乏新意，限制了屋盖建筑造型的创新。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种建筑结构的双层错位桁架，该双层错位桁架具有良好的平面内刚度、承载力、稳定性和透光度。

本实用新型通过如下技术方案来实现：一种建筑结构的双层错位桁架，桁架包括上层刚性架、下层刚性架、竖杆和四周收边架，上层刚性架由结构相同的多个圆环构件紧靠并刚接组成，下层刚性架由位于中部的结构相同的多个圆环构件以及位于外缘区域的多个环缺构件紧靠并刚接组成，多个环缺构件包括位于转角处的为四分之一个圆环构件的四分之一环缺构件以及位于四分之一环缺构件之间的为半个圆环构件的半圆环构件，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件结构相同，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件均按照横向和纵向规整阵列，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件错位设置，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件之间通过竖杆连接，竖杆与圆环构件或环缺构件的连接处均为刚接，上层刚性架和下层刚性架的周边通过四周收边架连接，四周收边架环绕上层刚性架和下层刚性架。

进一步的，上层刚性架的圆环构件在水平面的投影与相对应的下层刚性架的圆环构件或环缺构件在水平面上的投影均有重合，形成四个重合区域，且四个重合区域的形状和面积均相同。

进一步的，双层错位桁架由Q235或Q345钢制成。

进一步的，用于制成竖杆所用的型钢的截面形状为矩形或圆形。

进一步的，四周收边架由矩形管、圆形钢管或H型钢焊接组成。

进一步的，双层错位桁架的高跨比不小于1/20。

进一步的，双层错位桁架的高跨比为1/18～1/10。进一步的，圆环构件的厚度与直径的比为1/12～1/15。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、圆环构件具有良好的套箍效应，由圆环构件焊接而成的上层刚性架和下层刚性架，在通过四周收边架形成固定边界时，上层刚性架和下层刚性架形成上下两层膜状，在外围均布压力或均布拉力荷载作用下，能将外力转化为自身的压力或拉力，对X、Y两个方向上的拉力或压力具有良好的刚度和承载力，该结构根据膜效应来受力，膜效应显著，上述的四周收边架必须是具有良好的刚度和承载力的。上层刚性架和下层刚性架通过竖向设置的竖杆连接成一体，共同受力，稳定性更好。

2、与现有的桁架相比，本实用新型的双层错位桁架不再设有太多的横杆和斜杆等连接部件，布置规则，外部的阳光更容易透过，有更好的透光性，与现有的钢架结构相比该结构更简洁。

3、本实用新型在施工过程中，可将整个桁架进行规划分割成由若干个双层错位桁架组成，各个双层错位桁架可在现场进行拼接，对于拆分开的部件更方便运输。在现场进行拼接，并同步对焊接接口进行无损探伤检验，安装过程更安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型的双层错位桁架的俯视结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视结构示意图；

图3是本实用新型的上层刚性架的结构示意图；

图4是本实用新型的双层错位桁架拆除上层刚性架后的俯视结构示意图；

图5是使用截面形状为圆形的圆环构件时，图4中B-B处的剖视示意图；

图6是使用截面形状为矩形的圆环构件时，图4中B-B处的剖视示意图；

图7是本实用新型的一种四周收边架的结构示意图；

图8是本实用新型的另一种四周收边架的结构示意图，显示增设有斜杆。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示的一种建筑结构的双层错位桁架，包括上层刚性架2、下层刚性架1、竖杆5和四周收边架3，上层刚性架2和下层刚性架1为大小相同的长方形平面架，上层刚性架2位于下层刚性架1的上方，上层刚性架由结构相同的多个圆环构件4紧靠并刚接组成，下层刚性架由位于中部的结构相同的多个圆环构件4以及位于外缘区域的多个环缺构件紧靠并刚接组成，多个环缺构件包括位于转角处的为四分之一个圆环构件的四分之一环缺构件42以及位于四分之一环缺构件之间的为半个圆环构件的半圆环构件41，上层刚性架2的圆环构件和下层刚性架1的圆环构件结构相同，上层刚性架2的圆环构件和下层刚性架1的多个圆环构件均按照横向和纵向规整阵列，上层刚性架2的圆环构件和下层刚性架1的圆环构件或环缺构件错位设置，上层刚性架2的圆环构件在水平面的投影与相对应的下层刚性架1的圆环构件或环缺构件在水平面上的投影均有重合，形成四个重合区域，且四个重合区域的形状和面积均相同，从俯视方向看，形似若干个中国传统古钱币形状，其突破了传统钢结构屋面呆板的构件布置方式。竖杆5的上端和下端分别与上层刚性架2和下层刚性架1的构件的连接点对应连接，竖杆与圆环构件或环缺构件的连接处均为刚接，从而将上层刚性架2和下层刚性架1相互连接，竖杆5起传递剪力和弯矩的作用。

上层刚性架2和下层刚性架1的周边通过四周收边架3连接，四周收边架3环绕上层刚性架2和下层刚性架1。四周收边架3对双层错位桁架的四周进行良好的约束，使得上层刚性架2和下层刚性架1的圆环形构4的套箍效应得到发挥，四周收边架3应有较好的平面内、平面外刚度，因此采用箱型钢、H型钢等两向抗弯刚度接近的构件制作，本实施例选用了H型钢。

如图5所示，用于制成圆环构件的型钢的截面形状为圆形，如图6所示，用于制成圆环构件的型钢的截面形状为矩形。矩形截面的圆环构件的特征为抗弯刚度好，稳定性好，桁架的高跨比可在容许范围内取小值，但钢材焊接量偏大；圆形截面的圆环构件的特征为受力情况弱于矩形截面的圆环构件，但加工便捷。因此矩形截面的圆环构件和圆形截面的圆环构件各有优缺点，可以根据实际设计选用。

四周收边架采用了常规的平面桁架结构，其结构多样，如图7所示为一种四周收边架的结构示意图，四周收边架3由上边框31、下边框32和竖向的连接杆33组成，上边框31环绕上层刚性架2的沿边，下边框32环绕下层刚性架1的沿边，连接杆33将上边框31和下边框32连接。如图8所示为另一种四周收边架的结构示意图，四周收边架3增设了斜杆34，斜杆34交错焊接于相邻两连接杆之间，使得四周收边架3的结构更牢固。

用于制成竖杆所用的型钢的截面形状可以为矩形或圆形等闭口的形状，最好为矩形。上述用于制成竖杆所用的型钢的截面形状的大小与用于制成圆环构件和环缺构件所用的型钢的截面形状的大小相应，这样能保证节点处的刚接。用于制成四周收边架所用的型钢的截面应与上述型钢的截面的形式相匹配，可以为矩形管、圆形钢管或H型钢等，不得使用角钢、槽钢等只有一个或没有对称主轴的截面的型钢，这样也是为了保证节点处的刚接。

本实用新型的双层错位桁架可采用Q235或Q345钢制成，但如果从经济方面考虑，也可不必采用高强度钢材。双层错位桁架的高跨比不小于1/20，最好控制在1/18～1/10之间。圆环构件4的厚度与直径的比应控制在1/12～1/15之间。本实施例的双层错位桁架的各部件的连接方式为焊接。

上层刚性架和下层刚性架的构件之间能否有效刚接，是该桁架是否成立的关键。对于用圆形钢管制成的构件，各个构件的直径应接近，各构件的直径相差不应大于10％，构件之间的焊接采用全熔透相贯焊，圆形钢管内部需要加增强其连接刚度的肋板。对于用矩形管制成的构件，各个构件的尺寸应相互匹配，即构件之间的翼缘与翼缘、翼缘与腹板应该对齐，构件的翼缘、腹板之间的焊接采用全熔透相贯焊，矩形管内部需要加增强其连接刚度的肋板，肋板的焊接可采用角焊缝，但焊缝高度不得小于相连杆件之间较薄壁厚的1.2倍。

本实用新型的双层错位桁架突破传统桁架、网架、网壳、悬索结构和索膜结构等钢结构屋盖构件布置形式，利用圆环构件良好的套箍作用，形成面内刚度很好的平面膜结构，双层平面膜结构通过竖杆形成双层错位桁架，受力合理，满足大跨度结构要求，同时具有良好的透光度，可应用于对造型有特殊要求的体育场、航站楼、高铁站房、图书馆、博物馆、会展中心、入口雨棚、室内大开间阳光房等室内外大跨度结构。

该建筑结构的双层错位桁架可按照以下步骤进行施工：

步骤一，在施工现场搭设用于将双层错位桁架支撑在相应焊接位置的支架；

步骤二，将需要搭建的整个桁架进行规划，沿长度方向上分割成由若干个双层错位桁架组成，即分成多个安装单元，方便运输和安装；

步骤三，在工厂加工出每个双层错位桁架的上层刚性架2、下层刚性架1、竖杆5和四周收边架3，并将各个部件运抵现场；

步骤四，将各个部件拼接成一个个双层错位桁架，并对焊接接口进行无损探伤检验，确保焊接接口质量安全可靠；

步骤五，用起重设备将一个个双层错位桁架吊至支架上面，在支架上将双层错位桁架相互焊接，形成整个桁架，安装时需要对桁架结构各吊点反力、竖向位移、稳定性和风载下桁架结构的水平推力等进行验算，必要时应采取临时加固措施；

步骤六，将支架和起重设备拆除，在拆除前先对相应各阶段工况进行结构验算，用于规划拆除顺序的，以选择合理的拆除顺序。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述桁架包括上层刚性架、下层刚性架、竖杆和四周收边架，所述上层刚性架由结构相同的多个圆环构件紧靠并刚接组成，下层刚性架由位于中部的结构相同的多个圆环构件以及位于外缘区域的多个环缺构件紧靠并刚接组成，多个环缺构件包括位于转角处的为四分之一个圆环构件的四分之一环缺构件以及位于四分之一环缺构件之间的为半个圆环构件的半圆环构件，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件结构相同，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件均按照横向和纵向规整阵列，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件错位设置，上层刚性架的圆环构件和下层刚性架的圆环构件或环缺构件之间通过所述竖杆连接，所述竖杆与所述圆环构件或环缺构件的连接处均为刚接，所述上层刚性架和下层刚性架的周边通过所述四周收边架连接，所述四周收边架环绕所述的上层刚性架和下层刚性架。

2.根据权利要求1所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：上层刚性架的圆环构件在水平面的投影与相对应的下层刚性架的圆环构件或环缺构件在水平面上的投影均有重合，形成四个重合区域，且四个重合区域的形状和面积均相同。

3.根据权利要求2所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述双层错位桁架由Q235或Q345钢制成。

4.根据权利要求1所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：用于制成所述竖杆所用的型钢的截面形状为矩形或圆形。

5.根据权利要求1所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述四周收边架由矩形管、圆形钢管或H型钢焊接组成。

6.根据权利要求4所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述双层错位桁架的高跨比不小于1/20。

7.根据权利要求6所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述双层错位桁架的高跨比为1/18～1/10。

8.根据权利要求7所述的建筑结构的双层错位桁架，其特征在于：所述圆环构件的厚度与直径的比为1/12～1/15。