[发明专利]一种用于大跨度空间结构的气撑梁

说明书

本发明公开了一种用于大跨度空间结构的气撑梁。它由气囊上弧外板、气囊上弧内板、气囊下弧外板、气囊下弧内板、气囊箍板、垫板、螺栓、支撑柱与纺锤形气囊组成。纺锤形气囊内充入一定压力的气体后，可以提高气囊上弧外梁和气囊上弧内梁的抗弯能力，气囊气压可以根据气撑梁所受外部荷载调节。本发明继承了气囊结构质量轻，钢结构施工便捷、刚度大的优点，形成一种质轻、高强、建造方便、纺锤形气囊可以更换、气囊气压可根据外部荷载调节的结构体系。

所属技术领域

本发明涉及一种空间梁结构体系，具体地说是一种用于大跨度空间结构的气撑梁，应用范围包括火车站、汽车站、厂房、博物馆等要求大跨度空间结构的场所。

背景技术

在空间结构领域，随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，对于造型美观、受力合理的大跨度、超大跨度建筑的需求越来越突出；特别是，我国人口数量大，汽车站、火车站、地铁站、博物馆、纪念馆等高密度人口区域对大跨度空间结构的需求是紧迫的。

用料少、刚度大、质量轻、跨越能力强也是工程师们探索新型空间结构体系所追求的目标。近年来，预应力张弦结构、巨型网格结构、充气式膜结构、悬索结构等高效、节能的结构体系层出不穷，同时对新型结构体系的研究也成为结构工程师的重点研究方向，为结构工程领域增添新的活力。因此，对高效、节能新型结构体系的探讨和研发是促使空间结构不断向前进步的风向标。

工字钢、槽型钢是生活中比较常见的钢结构梁，但是在跨度较大的结构中，自身自重应力会产生较大弯矩从而实现最大跨越距离有限，有些工程通过增加立柱支撑的方式实现较大跨度，但是较多的钢材使用会带来不低的工程造价，同时支撑结构也会影响空间使用。桁架梁结构具有轻盈、跨度大、用钢量省、受力体系简单、施工方便、建设速度快等优点，但是结构空间大，侧向刚度小的缺点也是不能忽视的。现在人们借鉴传统梁结构的优点，开发出了较多的轻型梁结构。如专利号CN108350702A的具有形状记忆丝绳索的气撑式张弦结构，直接在上弦杆件下加上气囊，并用柔性索固定，虽然气囊起到了抗压的作用，但是却忽略了气囊与柔性索不能保证在风荷载中稳定，从而大大降低了结构的承载能力。专利号CN106314347A的一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，虽然使用上下弦杆件来固定气囊，但是杆件与气囊之间采用粘接，考虑到织物气囊与钢结构的使用寿命差别较大，不可更换的气囊一旦使用寿命到期，整个结构就要报废，势必造成很大浪费。而且较短的使用寿命无法满足一般固定建筑物设计要求。专利号CN104648624A的一种用于大型海洋平台的气囊梁式桁架只是对一般桁架梁加入了气囊梁，无法改变传统桁架梁的缺点。总体来说，现有发明基本存在如下几点不足：1)、所能实现的跨度有限，为了实现更大跨度需要增加立柱。2)、结构冗余，占用太多空间，不利于后续空间的使用。3)、无法解决织物气囊生命周期短的缺点。4)、不能有效抵抗风荷载。

针对上述不足，本发明提出了一种用于大跨度空间结构的气撑梁，通过气囊上弧外板(1)、气囊上弧内板(2)、气囊下弧内板(3)、气囊下弧外板(4)、气囊箍板(6)的加入使气撑梁具有一定抵抗风荷载的能力。纺锤形气囊(5)的加入使得整个结构质轻、高强，从而实现更大跨度。纺锤形气囊(5)通过充入气体固定在气囊上弧内板(2)气囊下弧内板(3)、气囊箍板(6)之中，这样便可在气囊生命周期结束后放气取出原气囊，放入未充气的新气囊并充气固定。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大跨度空间结构的气囊支撑式梁。实现以较少的材料形成可以满足大跨度要求、结构强度要求的结构体系。同时使用多个气撑梁即可完成大跨度无立柱建筑。

为了达到上述目的，本发明提供的一种用于大跨度空间结构的气撑梁，可看做是由气囊代替传统钢架结构的撑杆。

上述的气撑梁，由气囊上弧外板(1)、气囊上弧内板(2)、气囊下弧内板(3)、气囊下弧外板(4)、气囊(5)、气囊箍板(6)、垫板(7)、支撑柱(8)、螺栓(9)组成。