一種大跨度預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及土木工程建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種大跨度預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]拱形大跨度建筑，造型簡潔明快、結(jié)構(gòu)受力清晰，適用于大跨度的火車站、機場等大型公用建筑、以及大跨度廠房、干煤棚、封閉式條形儲料場等工業(yè)建筑。
[0003]傳統(tǒng)的拱形大跨度建筑的主結(jié)構(gòu)主要有以下三種結(jié)構(gòu)形式:螺栓球網(wǎng)架、焊接球網(wǎng)架、拱形鋼桁架；屋面材料可采用金屬屋面板或膜材。
[0004]螺栓球網(wǎng)架的防腐性能差，在防腐性能要求高的工業(yè)廠房、儲煤建筑、封閉式工業(yè)料場中使用不符合《工業(yè)建筑防腐設(shè)計規(guī)范》的要求；焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有數(shù)萬根桿件需要現(xiàn)場高空焊接，施工難度大且質(zhì)量難以保證；若采用平行排列的拱形鋼桁架，桁架之間設(shè)置主檁條，由于檁條為雙向受彎構(gòu)件，檁條跨度一般在8m以內(nèi)，桁架間距小，經(jīng)濟性差。
[0005]大跨度拱形建筑結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載以風(fēng)吸為主，風(fēng)吸是風(fēng)吸荷載的簡稱，即反向風(fēng)荷載，是起控制作用的荷載工況，無論采用何種結(jié)構(gòu)形式及屋面材料，由于結(jié)構(gòu)自重輕，只能依靠加大結(jié)構(gòu)高度和增大構(gòu)件截面的方法抵抗反向風(fēng)荷在的作用，造成結(jié)構(gòu)的用鋼量大，經(jīng)濟性差。
[0006]膜結(jié)構(gòu)是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結(jié)合形成具有一定剛度的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)存在自重輕、阻燃、制作簡易、安裝快捷、透光、抗風(fēng)能力強、使用安全等優(yōu)點。膜結(jié)構(gòu)適用于拱形大跨度建筑，一般采用其支撐體系采用拱形鋼桁架，膜結(jié)構(gòu)與鋼桁架相連。但由于膜結(jié)構(gòu)自重輕，風(fēng)吸荷載是結(jié)構(gòu)的控制工況，在反向風(fēng)荷載作用下，只能通過加大桁架高度和增加桁架構(gòu)件截面的方法抵抗風(fēng)吸荷載的作用。膜結(jié)構(gòu)連接在桁架上弦，由于膜結(jié)構(gòu)的張力很小，且無抗壓剛度，因此與桁架不能產(chǎn)生有效支撐作用，因此桁架的平面外穩(wěn)定性差，使用跨度受限。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]針對以上問題，本實用新型公開了一種大跨度預(yù)應(yīng)力拱桁架一索膜結(jié)構(gòu)。通過科學(xué)合理地引入自平衡的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，將預(yù)應(yīng)力拱桁架和索膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)既能承受豎向荷載作用同時又能有效抵抗反向風(fēng)荷載的作用，結(jié)構(gòu)體系新穎，穩(wěn)定性好，能有效降低用鋼量，適用于大跨度拱形建筑。
[0008]具體解決方案為:一種大跨度預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)，包括多榀平行布置的預(yù)應(yīng)力拱桁架；在相鄰兩榀預(yù)應(yīng)力拱桁架之間設(shè)置有折面型屋面索膜體系，索膜體系與桁架上弦連接；在組合結(jié)構(gòu)的兩側(cè)端部設(shè)置有端部加強區(qū)。
[0009]進一步，預(yù)應(yīng)力拱桁架包括由桁架上弦、桁架下弦、腹桿組成的桁架主體結(jié)構(gòu)，桁架主體結(jié)構(gòu)可以采用相貫焊接桁架，也可采用焊接球桁架；預(yù)應(yīng)力拱桁架還包括由撐桿、斜撐桿、下弦索、斜拉索構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)，撐桿與桁架下弦鉸接連接，下弦索與撐桿通過索撐節(jié)點連接，下弦索的端部與桁架下弦連接，通過張拉下弦索對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，使桁架產(chǎn)生向上的反拱，可有效抵抗豎向荷載產(chǎn)生的向下作用；斜拉索的一端與桁架下弦相連，另一端連接在下弦索、撐桿、斜拉索的交匯處的斜索連接節(jié)點上，通過給斜拉索施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向下的作用，能有效抵抗反向風(fēng)荷載作用。通過合理的引入預(yù)應(yīng)力，能有效的提高拱桁架的承載力和平面內(nèi)的穩(wěn)定性。
[0010]進一步，所述預(yù)應(yīng)力拱桁架的桁架主體結(jié)構(gòu)形式可以為三角形桁架或四邊形桁架。
[0011]進一步，所述索膜體系由折線布置的次索、與次索垂直布置的谷索形成折面型索網(wǎng)，次索和谷索之間通過索夾連接節(jié)點相連，形成折面型索網(wǎng)，索網(wǎng)以上鋪設(shè)膜材作為屋面；次索連接在預(yù)應(yīng)力拱桁架的上弦節(jié)點上，次索和谷索通過連接節(jié)點連接；谷索根部固定在基礎(chǔ)上通過張拉谷索對索網(wǎng)施加預(yù)應(yīng)力，谷索和次索張緊后形成具有足夠的剛度，用以支撐屋面膜材；次索張緊后，次索對鋼桁架的上弦產(chǎn)生斜向下的拉力，桁架兩側(cè)均勻受壓，提高桁架平面外穩(wěn)定性。
[0012]進一步，在相鄰兩榀預(yù)應(yīng)力拱桁架之間設(shè)一道或兩道谷索。
[0013]進一步，端部加強區(qū)為加密的預(yù)應(yīng)力拱桁架，桁架弦桿之間設(shè)置連接斜撐，形成具有平面外剛度的加強帶。用于抵抗拉索水平拉力。
[0014]進一步，所述端部加強區(qū)為具有平面外剛度的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。
[0015]有益效果:折面型索膜體系對桁架產(chǎn)生向下的拉力，預(yù)應(yīng)力鋼桁架的下弦索對桁架產(chǎn)生向上的反拱力，兩則作用相互抵消，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載作用下的承載力，同時可以減少結(jié)構(gòu)用量。
[0016]通過張拉下弦索對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，使桁架產(chǎn)生向上的反拱，可有效抵抗豎向荷載產(chǎn)生的向下作用；通過給斜拉索施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向下的作用，能有效抵抗反向風(fēng)荷載作用。使主結(jié)構(gòu)既能承受豎向荷載作用同時又能有效抵抗反向風(fēng)荷載的作用。
[0017]通過對谷索施加預(yù)應(yīng)力，使次索對鋼桁架的上弦產(chǎn)生斜向下的拉力，由于次索在桁架兩側(cè)對稱布置，因此桁架兩側(cè)均勻受拉，提高鋼桁架的平面外穩(wěn)定性。
[0018]由于屋面折線形布置，在反向風(fēng)荷載作用下，風(fēng)荷載主要由谷索承擔(dān)，僅一部分傳遞到主桁架上，使結(jié)構(gòu)具有較強抵抗風(fēng)吸荷載的能力；豎向荷載、風(fēng)壓荷載、谷索預(yù)應(yīng)力荷載均通過索膜傳遞給預(yù)應(yīng)力拱桁架。預(yù)應(yīng)力拱桁架承擔(dān)豎向荷載能力強、承擔(dān)反向荷載的能力弱，因此結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞形式與主結(jié)構(gòu)受力性能完美結(jié)合。
【附圖說明】
[0019]圖1為預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)整體立體圖；
[0020]圖2為預(yù)應(yīng)力拱桁架立面圖；
[0021]圖3為預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)實施例1的局部立體放大圖；
[0022]圖4為預(yù)應(yīng)力拱桁架與索膜組合結(jié)構(gòu)實施例2的局部立體放大圖；
[0023]圖中，1-預(yù)應(yīng)力拱桁架；11-桁架上弦；12-桁架下弦；13-撐桿；14-斜撐桿；15-下弦拉索；16_斜拉索；17_腹桿；18_索撐節(jié)點；19_斜索連接節(jié)點；2_索膜體系；21_次索；22_谷索；23_膜材；3-端部加強區(qū)。
【具體實施方式】
[002