[实用新型]一种内置斜牵索的张弦桁架

说明书

技术领域

本实用新型属于大跨度张弦屋盖结构技术领域的张弦桁架，特别涉及一种体内设置斜牵索的张弦桁架。

背景技术

张弦桁架结构最早由日本大学M.Saitoh教授在1986年提出，该结构是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系，其主要是由作为压弯部件的上弦桁架杆件、下弦柔性拉索以及中间受压撑杆组成的自平衡混合结构，也是一种混合结构体系发展中比较成功的大跨度预应力空间结构体。

张弦桁架结构的特点是体系简单、受力明确、结构形式多样，充分发挥了刚柔材料的优势，并且制造、运输、施工简捷方便，因此已经获得了良好的应用。近几年来，以上海浦东国际机场候机楼、广州国际会展中心、哈尔滨国际会展中心、北京农展馆、国家体育馆为代表的大跨度张弦桁架屋盖结构已经成为我国标志性建筑。

目前，本领域的研究人员普遍认为张弦桁架结构的受力机理是通过对下弦柔性拉索施加预应力而使上弦桁架杆件产生反挠度，使得结构在荷载作用下的最终挠度得以减小，而中间受压撑杆构成的上弦桁架采用拱梁或桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由下弦柔性拉索承受，以减轻拱对支座产生的水平推力并减少滑动支座的水平位移。张弦桁架结构可发挥高强索的强抗拉性能，改善整体结构的受力性能，使压弯构件与抗拉构件取长补短，协同工作，从而达到自平衡。

现有技术中的这种张弦桁架结构虽然具有许多优点，但仍然存在着几个比较大的问题：(1)张弦桁架结构是一种风荷载敏感结构，对于现代的大跨度建筑，一般采用轻屋面系统的张弦桁架结构，在风荷载较大地区或台风区域，在风吸力作用下可能出现下弦拉索松弛或者受压而退出工作的情况，其自平衡体系亦不存在，安全度丧失，所以往往需要在屋面备重确保风吸力作用下结构不失去稳定性和安全度，因此现有的张弦桁架结构不适应于风吸力的作用；(2)现有技术中张弦桁架下弦索球由铸钢形成，需要特殊加工，难以制作成标准件；(3)现有技术中的张弦桁架下部只有索球，张拉时下弦节点应有装置控制索球左右移动，而又要确保索球产生向上的位移，施工辅助设备增多，施工难度较大。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种内置斜牵索的张弦桁架，包括上弦杆1、腹杆2、节点套管3和支座节点6，所述腹杆2首尾顺次相接，其上端与所述上弦杆1通过焊接相贯连接，其下端与所述节点套管3连接，所述支座节点6分别设置在所述张弦桁架的两端下方，所述张弦桁架还包含双向抗力预应力系统，所述双向抗力预应力系统包括下弦索4、上弦固定节点7和斜牵索5，其中，所述下弦索4顺次穿过每个节点套管3，其两端分别固定在所述支座节点6上；所述上弦杆1靠近两侧端部的位置上各设置一个所述上弦固定节点7；每个所述支座节点6通过所述斜牵索5与两个所述上弦固定节点7相连，组成等腰三角形。

进一步地，所述节点套管3内装有一个用于支撑所述下弦索4的定滑轮8，所述下弦索4穿过定滑轮8。

进一步地，所述节点套管3为球型结构。

进一步地，所述下弦索4与斜牵索5的预应力取值准则为：在荷载组合F＝F_预应力+F_恒荷载+(F_活荷载－F_风吸荷载)/2的作用下，所述张弦桁架结构的竖向变形接近零。

进一步地，所述上弦固定节点7为所述上弦杆1和腹杆2的交点，所述交点与相邻的支座节点6间的距离为所述张弦桁架五分之一至三分之一的跨度距离。

进一步地，所述上弦杆1为倒V字形，所述下弦索4为V字形。

进一步地，所述腹杆2关于所述张弦桁架的中心线对称。

本实用新型的有益效果：

1.风吸力荷载作用下的性能比较

现有技术中的张弦桁架结构需要在屋面进行备重，以确保负风压下结构不失去稳定和安全度，但采用屋面备重的方法既增大了用钢量，又在结构承受常规竖向活荷载时加重结构的负担；而本实用新型的张弦桁架配有斜牵索，斜牵索的主要作用就是在风吸力的作用下防止结构产生过大的反挠度，从而确保下弦拉索不松弛，另外在结构承受常规竖向活荷载时，斜牵索也能为张弦桁架提供弹性支撑，其工作机理如下：下弦索与斜牵索在预张拉后形成一个具有双向抗力的预应力系统，结构在常规竖向活荷载作用下，下弦索的内力增大，为腹杆提供弹性支承，斜牵索的内力减小，换句话说斜牵索的内力增量指向斜牵索的上端，此内力增量用于抵抗竖直向下的活荷载，斜牵索等于给张弦桁架提供了弹性支撑，在风吸力作用下，下弦索内力减小，即原先那部分下弦索对腹杆的上顶力减小，斜牵索的内力增大，对结构的反向变形有良好的牵制作用。

2.节点构造比较