[发明专利]超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型钢扭网壳屋盖结构，特别是一种超大跨度（120m≦L≦180m）周边简支预应力双层与三层组合扭网壳屋盖，属于建筑钢结构的技术领域。

背景技术

上世纪90年代中期相继出现了多座预应力组合扭网壳结构的屋盖，如广东省清远市体育馆，它的平面为六边形，由六块双层扭网壳分别支承在六根柱顶上，此处亦为扭网壳的最低点，其柱边到柱边的跨度为68.418m，最大悬挑12.615m，六边形屋盖对角线跨度为93.645m，整个屋盖形成负高斯曲率，即沿相邻两柱边切开，网壳向上拱起与钢索形成拉杆拱，收紧钢索建立预应力时，将使网壳向上拱起。结构在“成形态”（预应力阶段）使网壳产生与荷载作用相反的变形和相反的内力，而屋盖建成后使用阶段的变形与内力是两个阶段的变形和内力的叠加，使网壳大部分杆件内力减小（“减力杆”），小部分杆件内力增加（“增力杆”）；组合网壳采用预应力可减小网壳挠度和降低网壳杆件内力，从而降低用钢量。双曲扭网壳另一优点是它的交叉桁架均为直线式平行弦桁架平移形成双曲面，无需弯杆就形成双曲面。矩形平面的预应力双层组合扭网壳屋盖，如广东省高要市体育馆屋盖。它由四块双层扭网壳分别支承在南北两柱跨度为60m，东西两柱跨度为72m的四根钢筋混凝土柱顶上。其预应力钢索设在网壳四个支座上，是网壳的最低点。根据组合扭网壳的内力大小分布规律，也可以将每块扭网壳单、双层组合布置，如1997年建成的广东新兴县体育馆矩形平面屋盖，南北两立柱间距为60m，东西两立柱间距为68m。广西桂平市体育馆，屋盖平面亦为矩形，扭网壳也是单双层组合，南北方向跨度为66m，东西方向跨度为72m。这些已建成的预应力组合扭网壳有如下特点：其一，支承扭网壳屋盖的柱很少，其支承柱的数量亦是扭网壳的数量，形成多点支承；其二，由于支承柱少，每块扭网壳角部有一个很大的悬挑跨度（广东省清远市体育馆的悬挑跨度为12.615m，广东高要市体育馆的悬挑跨度为22.67m，广东新兴县体育馆的悬挑跨度为24.42m；其三，屋盖的跨度在60～75m之间，若作超大跨度时，存在难度，从它的三个特点分析，当跨度为120～180m（达到前者的2～3倍）时，如150m×150m两向跨度达到150m，如果由四块扭网壳组合而成，四边的中点设四根立柱（如图2所示），将会产生如下不利影响：其一，屋盖覆盖面积大（27225ｍ^２），支承柱少，导致每根柱承受的竖向压力巨大（1500t以上），这样的大型建筑，只有四柱支承，其抗侧刚度极差；其二、跨度超限（超过120m）的同时，屋盖四角的悬挑跨度也超限（超过40m），其屋盖四角的悬挑跨度为63.6m，形成双重超限结构形式。结构的合理性受到置疑的同时，其整体刚度和稳定性也受到影响。这是结构设计中应该尽量避免的；其三，由于跨度超大（150ｍ×150ｍ），网壳厚度大，一般h=8000～9000mm，网壳中斜腹杆长度达8835～9750mm，而其承受的拉、压力都很小，大部分杆件由“长细比”构造控制，当跨度为60m～90m左右时，腹杆直径仅为，当腹杆长达9m～10m时，腹杆直径为，是普通跨度网壳腹杆单位重量的五倍，而超大跨度扭网壳腹杆总长度往往大于普通跨度扭网壳上、下弦杆总长度1.5倍以上，所以，常规的超大跨度网格结构一般做成三层，目的是减小腹杆长度、使腹杆用钢量下降。但由双层均改为三层后，整个网壳的节点数量增加1/3，网壳腹杆长度虽然减小，但杆件（包括中弦杆）数量增加十分显著。同时也增加了施工难度，常规的三层扭网壳并没有达到降低用钢量的目的。随着经济建设的快速发展，超大跨度的体育、展览、实验等公共建筑愈来愈多，如何在确保结构安全、可靠、适用的前提下，能降低用钢量、减少工程造价，至今仍是一个难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构。该扭网壳结构适用于跨度在120m～180m的超大跨度扭网壳屋盖，能在确保结构安全、可靠、适用的前提下，达到降低用钢量、减少工程造价的目的，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案：超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构。包括扭网壳，在所述扭网壳的周边按柱网间距要求设置有高度不相等的框架柱，在扭网壳的每边中央设置有中央框架柱；扭网壳的悬挑部位均简支于框架柱的顶部；在扭网壳的每边中央框架柱上支座装有预应力钢索。