CN214090346U - 一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，包括挑篷，挑篷的中后段下方连接有前支柱，所述挑篷的后端连接有中空的竖向尾柱，所述尾柱内部设置有预应力拉索，所述预应力拉索一端连接所述挑篷的后端，另一端锚固固定，所述尾柱自身具有可竖向减振的弹簧阻尼支座或者所述尾柱顶与所述挑篷的后端之间设置有可竖向减振的弹簧阻尼支座，所述弹簧阻尼支座开设有通孔，使所述预应力拉索从所述弹簧阻尼支座的通孔穿过并能够相对所述弹簧阻尼支座滑动。本实用新型通过合理利用建筑材料来抵抗倾覆，既能保证常态工况下建筑结构受拉的安全要求，也能保证非常态工况下建筑结构受压的安全要求，同时不影响观众视野。

Description

一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系

技术领域

本实用新型具体涉及一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系。

背景技术

挑篷结构是当代体育场建筑中重要的组成部分，除了满足建筑的基本功能需求，其也是构成建筑形态的关键要求。项目应用实践过程中，挑篷结构也是建筑师、业主及民众的关注点之一。

体育场的挑篷结构，一般希望挑篷悬挑的范围尽量大，看台前的支撑点尽量少，视野尽量广，视觉通透无遮挡。挑篷结构的力学模型可简化为悬臂梁模型，传力路径明确，力学原理简明，该类结构的设计重点、难点主要体现在根部的弯矩问题以及悬臂前端的挠度问题。

应用于体育场设计中支撑点少的大悬挑，需要引入一些建筑构件改变荷载传递路径来优化挑篷的受力性能。目前常见和处理方式有：

方式一，如图1所示，挑篷a与看台c结构脱开，挑篷a结构独立承担倾覆弯矩，支撑挑篷a的支柱b根部需要足够大才能形成抗倾覆的力臂，占用较多建筑空间，整体建筑显的较为厚实笨重。

方式二，如图2所示，挑篷a与看台c结构结合设计,看台顶设置刚性柱d用于承受来自挑篷的压力，挑篷a后端连接用于承受拉力的稳定索e，这种方式一般都需要有看台c前方设置抗风索f以防止结构向上反向倾覆，而抗风索f会在一定程度上影响观众的视野。

方式三，如图3所示，同样是挑篷a与看台c结构结合设计，看台c顶设置刚性柱d用于承受来自挑篷a的压力。不同的是挑篷a结构引入了高耸的桅杆g，在桅杆g上布置稳定索f1和平衡索f2等来有效抵抗倾覆，这种结构不影响观众视野，但增加了施工难度，且影响了整体的建筑形态。

以上三种方式应用于各种体育场的挑篷结构中，虽有其各自的优点，但也有明显的缺点或不足。

实用新型内容

本实用新型提供了一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，通过合理利用建筑材料来抵抗倾覆，既能保证常态工况下建筑结构受拉的安全要求，也能保证非常态工况下建筑结构受压的安全要求，同时不影响观众视野。

本实用新型的技术方案如下：

一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，包括挑篷，所述挑篷的中后段下方连接有前支柱，所述挑篷的后端连接有中空的竖向尾柱，所述尾柱内部设置有预应力拉索，所述预应力拉索一端连接所述挑篷的后端，另一端锚固固定，所述尾柱自身具有可竖向减振的弹簧阻尼支座或者所述尾柱顶与所述挑篷的后端之间设置有可竖向减振的弹簧阻尼支座，所述弹簧阻尼支座开设有通孔，使所述预应力拉索从所述弹簧阻尼支座的通孔穿过并能够相对所述弹簧阻尼支座滑动。

本发明在常态工况下通过前支柱、尾柱内的预应力拉索形成力臂以抵抗挑篷前端向下倾覆，通过预应力拉索的索力调整控制挑篷前端的挠度，保证挠度保持在设计范围内。非常态工况下，挑篷前端有向上倾覆的趋势时，由尾柱支撑挑篷后端，使挑篷后端受压抵抗倾覆，无需在挑篷前端连接抗风索，保证挑篷结构内的视野。尾柱的中上部可以分段，两段之间设置弹簧阻尼支座，使尾柱自身具有竖向减振的作用；根据建筑构造的形式不同，还可以是尾柱顶与挑篷后端之间设置弹簧阻尼支座，同样可以使尾柱支撑达到竖向减振的作用，进而在非常态工况下，由支座调控尾柱所受的压力，同等条件下，较细的尾柱就可以达到设计要求，合理利用建筑材料，节约建筑空间。

本实用新型还具有以下优选设计：

本发明所述弹簧阻尼支座包括上支座板和下支座板，所述上支座板连接有上连接板，所述下支座板连接有下连接板，所述上支座板和下支座板之间通过均匀分布的若干竖向弹簧器和竖向阻尼装置连接，所述竖向阻尼装置包括连接在所述上支座板下方的竖向插板、连接在所述下支座板上方与竖向插板匹配的竖向插槽，所述竖向插板插入所述竖向插槽内并且在所述竖向插槽内填入黏弹性材料或粘滞性液体构成阻尼装置。

本实用新型的所述前支柱下端连接看台。

本实用新型的所述挑篷呈倒三角形状，三角形最长边为挑篷的上弦，三角形次长边为挑篷的下弦。

本实用新型的所述前支柱是V型结构，具有两个连接挑篷下方的支撑点。

本实用新型的所述尾柱为钢管柱。

与现有技术相比，本实用新型具有以下显著效果：

本实用新型悬挑结构体系的尾柱、预应力拉索和弹簧阻尼支座一体化结合，将拉索隐藏于尾柱内部，设计构思新颖，结构紧凑，节约了建筑空间，外观简洁明了，拉索没有暴露于空气中，可提高拉索的耐久性，减少维护成本，无需在挑篷前端设置稳定索，保障悬挑结构的视野开阔。

本实用新型充分利用尾柱内预应力拉索的高强抗拉性能来抵抗挑篷前端向下倾覆的趋势；与现有技术现比，尾柱常态工况下不受轴力，尾柱主要用于非常态工况下抵抗挑篷前端向上倾覆的趋势，受压力较小，可以减小尾柱下部截面，使用纤细的尾柱就可以达到同样的设计要求。

本实用新型在竖向地震或强风吸等非常态工况下，可以利用弹簧阻尼支座的往复运动实现消能减震，可通过选择不同弹簧刚度、阻尼参数的弹簧阻尼支座，调节对尾柱的压力作用，可以将尾柱设计的更为纤细。

本实用新型通过预应力拉索对挑篷施加预拉力，可较为精细的控制挑篷前端的挠度，无需增加挑篷桁架高度或提高悬臂上杆件截面来提高刚度控制前端挠度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1为现有技术中一种挑篷结构的原理图；

图2为现有技术中第二种挑篷结构的原理图；

图3为现有技术中第三种挑篷结构的原理图；

图4本实用新型的大悬臂挑篷结构体系的原理图；

图5为图4中支座节点A处的放大图，其中支座为竖向剖视图；

图6为弹簧阻尼支座的水平剖面图；

图7为本实用新型结构体系常态工况下的受力机理示意图；

图8为本实用新型结构体系非常态工况下的受力机理示意图。

具体实施方式

如图4至图8所示的一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，包括挑篷a，挑篷a的中后段下方连接有前支柱4，挑篷a的后端连接有中空的竖向尾柱1，尾柱1内部设置有预应力拉索2，预应力拉索2一端连接挑篷a的后端，另一端锚固固定，尾柱1的中上部分两段，两段之间设置可竖向减振的弹簧阻尼支座，所述弹簧阻尼支座开设有通孔37，使预应力拉索2从弹簧阻尼支座的通孔37穿过并能够相对所述弹簧阻尼支座滑动。

本实施例中是尾柱1自身具有弹簧阻尼支座使尾柱自身具有竖向减振的作用；根据建筑构造的形式不同，还可以是尾柱顶与挑篷后端之间设置弹簧阻尼支座，同样可以使尾柱支撑达到竖向减振的作用。

作为优选实施例：

本发明所述弹簧阻尼支座包括上支座板32和下支座板35，上支座板32连接有上连接板31，下支座板35连接有下连接板36，上支座板32和下支座板35之间通过均匀分布的若干竖向弹簧器和竖向阻尼装置连接，所述竖向阻尼装置包括连接在上支座板32下方的竖向插板33、连接在下支座板35上方与竖向插板33匹配的竖向插槽34，竖向插板34插入竖向插槽34内并且在竖向插槽34内填入黏弹性材料或粘滞性液体构成阻尼装置。

前支柱4下端连接看台c。

挑篷a呈倒三角形状，三角形最长边为挑篷a的上弦a1，三角形次长边为挑篷a的下弦a2。

前支柱4是V型结构，具有两个连接挑篷a下方的支撑点。

尾柱1为钢管柱。

如图7所示，结构体系在常态工况下，

悬挑受正常恒荷载+活荷载，在垂直向下的作用力下，拉索方向的传力路径为：挑篷上弦受拉→预应力拉索→下部结构(基础)，此时尾柱及支座不受力；前支柱方向的传力路径为：挑篷下弦受压→前支柱→看台→下部结构(基础)；整个结构体系一拉一压，有效抵抗倾覆。

如图8所示，结构体系在非常态工况下，例如超越了结构自重的强台风荷载，本实施例中模型简化为对悬挑垂直向上的作用力，此种工况，预应力拉索出现松弛不受力，尾柱方向的传力路径为挑篷上弦受压→支座受压→尾柱→下部结构(基础)；前支柱方向的传力路径为：挑篷下弦受拉→前支柱→看台→下部结构(基础)；整个结构体系一拉一压，有效抵抗倾覆。

本实用新型悬挑结构体系的尾柱、预应力拉索和弹簧阻尼支座一体化结合，将拉索隐藏于尾柱内部，结构紧凑，节约了建筑空间，外观简洁明了，拉索没有暴露于空气中，可提高拉索的耐久性，减少维护成本，无需在挑篷前端设置稳定索，保障悬挑结构的视野开阔。

本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此。凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，包括挑篷，所述挑篷的中后段下方连接有前支柱，其特征在于，所述挑篷的后端连接有中空的竖向尾柱，所述尾柱内部设置有预应力拉索，所述预应力拉索一端连接所述挑篷的后端，另一端锚固固定，所述尾柱自身具有可竖向减振的弹簧阻尼支座或者所述尾柱顶与所述挑篷的后端之间设置有可竖向减振的弹簧阻尼支座，所述弹簧阻尼支座开设有通孔，使所述预应力拉索从所述弹簧阻尼支座的通孔穿过并能够相对所述弹簧阻尼支座滑动。

2.根据权利要求1所述的大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，其特征在于，所述弹簧阻尼支座包括上支座板和下支座板，所述上支座板连接有上连接板，所述下支座板连接有下连接板，所述上支座板和下支座板之间通过均匀分布的若干竖向弹簧器和竖向阻尼装置连接，所述竖向阻尼装置包括连接在所述上支座板下方的竖向插板、连接在所述下支座板上方与竖向插板匹配的竖向插槽，所述竖向插板插入所述竖向插槽内并且在所述竖向插槽内填入黏弹性材料或粘滞性液体构成阻尼装置。

3.根据权利要求1所述的大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，其特征在于，所述前支柱下端连接看台。

4.根据权利要求3所述的大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，其特征在于，所述挑篷呈倒三角形状，三角形最长边为挑篷的上弦，三角形次长边为挑篷的下弦。

5.根据权利要求4所述的大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，其特征在于，所述前支柱是V型结构，具有两个连接挑篷下方的支撑点。

6.根据权利要求1所述的大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，其特征在于，所述尾柱为钢管柱。

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