[發(fā)明專利]一種具有荷載緩和作用的張弦桁架結(jié)構(gòu)及實(shí)施方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210075994.4
• 申請(qǐng)日: 2012-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN102587497A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)光;武志瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)民航大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/342
• 分類號(hào): E04B1/342;E04B7/14;E04B1/36;E04B1/98
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)的大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有荷載緩和作用的張弦桁架結(jié)構(gòu)及實(shí)施方法。

背景技術(shù)

張弦桁架結(jié)構(gòu)最早是由日本大學(xué)M.Saitoh教授在1986年提出，該結(jié)構(gòu)是一種區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型雜交屋蓋體系，其主要是由作為壓彎部件的上弦桁架桿件、下弦柔性拉索以及中間受壓撐桿組成的自平衡混合結(jié)構(gòu)，也是一種混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中比較成功的大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體。

張弦桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是體系簡(jiǎn)單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣，充分發(fā)揮了剛?cè)岵牧系膬?yōu)勢(shì)，并且制造、運(yùn)輸、施工簡(jiǎn)捷方便，因此已經(jīng)獲得了良好的應(yīng)用。近幾年來，以上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、廣州國(guó)際會(huì)展中心、哈爾濱國(guó)際會(huì)展中心、北京農(nóng)展館、國(guó)家體育館為代表的大跨度張弦桁架屋蓋結(jié)構(gòu)已成為我國(guó)標(biāo)志性建筑。

目前，本領(lǐng)域的研究人員普遍認(rèn)為張弦桁架結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理是通過對(duì)下弦柔性拉索施加預(yù)應(yīng)力而使上弦桁架桿件產(chǎn)生反撓度，使得結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度得以減少，而中間受壓撐桿對(duì)上弦桁架桿件提供的彈性支撐可以改善結(jié)構(gòu)的受力性能。一般由上弦桁架桿件構(gòu)成的上弦桁架采用拱梁或桁架拱，在荷載作用下拱的水平推力由下弦柔性拉索承受，以減輕拱對(duì)支座產(chǎn)生的水平推力并減少滑動(dòng)支座的水平位移。張弦桁架結(jié)構(gòu)可發(fā)揮高強(qiáng)索的強(qiáng)抗拉性能，改善整體結(jié)構(gòu)受力性能，使壓彎構(gòu)件和抗拉構(gòu)件取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)同工作，從而達(dá)到自平衡。

張弦桁架結(jié)構(gòu)包括平面張弦桁架結(jié)構(gòu)和空間張弦桁架結(jié)構(gòu)，空間張弦桁架結(jié)構(gòu)主要有單向張弦桁架結(jié)構(gòu)、雙向張弦桁架結(jié)構(gòu)、多向張弦桁架結(jié)構(gòu)、輻射式張弦桁架結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)方法、施工手段日臻成熟，研究人員也進(jìn)行了多方面的研究并取得了很多成果。

雖然張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種受力合理、剛度大、重量輕的大跨度空間結(jié)構(gòu)，但由于其在工程中的實(shí)際應(yīng)用只有十幾年的時(shí)間，并且尚未經(jīng)受強(qiáng)烈地震、臺(tái)風(fēng)等動(dòng)力災(zāi)變荷載的考驗(yàn)。在上述動(dòng)力災(zāi)變荷載作用下，下弦柔性拉索的內(nèi)力會(huì)急速變化，由于該拉索屬于脆性材料，破壞前無(wú)明顯征兆，如果突然斷裂將會(huì)引起相鄰拉索的應(yīng)力集中后連續(xù)斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致主結(jié)構(gòu)倒塌。因此，目前張弦桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常留有較大的安全系數(shù)，因此未能充分發(fā)揮材料的性能。

荷載緩和體系是上世紀(jì)80年代由英國(guó)研究人員提出的一種解決荷載變化過大的方法，其核心理念是在結(jié)構(gòu)中引入某種做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀變化很大時(shí)其內(nèi)力變化不大，可借鑒運(yùn)用到張弦桁架結(jié)構(gòu)中來。此概念最初由單建教授引入我國(guó)，郭彥林教授將其應(yīng)用到體育場(chǎng)罩棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，都是荷載緩和體系在理論研究中取得的成果。

然而，荷載緩和體系的應(yīng)用仍存在一定局限，具體表現(xiàn)為：用一定程度的變形緩和結(jié)構(gòu)受力，造成應(yīng)用面較窄，因此較適合于柔性結(jié)構(gòu)；利用恒定重物的豎向荷載緩和裝置應(yīng)用較多，利用彈簧的水平向荷載緩和裝置研究較少；弦支結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用更是少見。同時(shí)，如何提供一種高效、美觀、實(shí)用的荷載緩和裝置，就成為限制荷載緩和體系突破理論層面而進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種安全可靠、施工方便、美觀實(shí)用，在動(dòng)力災(zāi)變荷載作用下具有荷載緩和作用，避免局部拉索受力過大斷裂而引起張弦桁架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌，從而充分發(fā)揮材料性能的張弦桁架結(jié)構(gòu)及實(shí)施方法。