一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构、构成方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，包括落地双拱立体桁架、正交平面弧形桁架、屋盖连接钢梁、大开口边界弧形拱梁、两侧单层网壳和小开口边界结构；所述落地双拱立体桁架由2榀斜立面弧形倒三角立体拱桁架组成；所述正交平面弧形桁架由多榀正交向平面弧形桁架组成；所述屋盖连接钢梁包括上弦钢梁和下弦钢梁；所述大开口边界弧形拱梁由2榀斜立面弧形拱梁组成；所述两侧单层网壳包括径向主斜杆、环向次杆；所述小开口边界结构包括落地弧形主拱、纵连接杆和斜连接杆。本发明专利技术基于落地双拱立体桁架和正交平面弧形桁架结合的整体受力体系，构件组成模块明确，传力清晰，具有双向大跨空间、弧形曲面和高承载特点。面和高承载特点。面和高承载特点。

【技术实现步骤摘要】
一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构、构成方法及应用


[0001]本专利技术属于结构工程
，尤其涉及一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构、构成方法及应用。大跨度指结构最大空间跨度不小于100米。

技术介绍

[0002]桁架结构体系是由多榀单向或双向桁架结构连接组成的大跨度楼屋盖结构体系，具有自重轻、跨度大和承载力高等优点，抗弯刚度和空间跨度是评定该类体系力学性能的重要因素。该结构体系广泛应用于体育场馆、展览馆等大跨空间功能的大型公共建筑以及涉及大跨度室内空间功能的建筑楼层中。
[0003]立体拱桁架结构是桁架结构体系中的一类特例，主要通过空间构造形式组成立体桁架结构，相比平面桁架结构具有更大的抗弯刚度，更适合作为大跨度空间的主体承载结构；而拱形形式，则可有效地将竖向荷载转换为桁架弦杆构件的轴力作用，并使得拱形桁架各个位置的应力分布均匀化；而拱桁架落地支承形式，则可有效实现弧形屋面造型和桁架结构的整体性。因而合理有效的立体拱桁架结构弧形设置、数量以及落地支承形式是整体结构体系承载性能的一个重要因素。
[0004]由于建筑两侧大开口入口边界造型和功能需要，立体拱桁架有时需要设置为斜立面形式，同时也可实现空间跨度的扩展，但随之而来的问题是侧向稳定性较弱；而拱桁架之间的连接相对来说属于次要跨度方向结构，采用正交平面弧形桁架结构进行刚性连接是一个较为合理有效的解决方案。因而合理有效的落地拱立体拱桁架与平面弧形桁架的连接布置，是保证整体桁架结构体系稳定承载的重要因素。
[0005]通过大开口边界弧形拱梁，既依附于立体拱桁架主体结构，同时也作为横向大跨空间扩展的桁架附属结构；通过在扩展区域采用单层网壳形式，以有效实现屋盖曲面的横向大跨空间扩展；同时单层网壳的稳定也是保证施工可行性、结构承载性能的一个重要因素。
[0006]此外，组合大跨度正交桁架屋盖结构体系存在节点连接构造复杂、部件构成复杂以及承载性能和刚度等问题，合理有效的双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构形式设计及构成方案也是保证其承载性能和正常使用的一个重要因素。
[0007]综上所述，研究一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构的形式及设计方法，以适用于底部双向大跨空间、屋面双向弧形曲面和大开口入口边界结构的四角落地支承组合建筑造型屋盖结构体系设计及承载是十分必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，可以实现底部双向大跨空间、屋面双向弧形曲面和大开口入口边界结构的四角落地支承组合建筑造型屋盖结构体系设计及承载。
[0009]这种双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，包括落地双拱立体桁架、正交平面弧形桁架、屋盖连接钢梁、大开口边界弧形拱梁、两侧单层网壳和小开口边界结构；所述落地双拱立体桁架位于横向两侧，由2榀超大跨度的斜立面弧形倒三角立体拱桁架所组成，四角落地固定支承且沿纵向对称两侧布置；所述正交平面弧形桁架位于中部，由沿横向间隔一定距离布置的多榀正交向平面弧形桁架所组成，平面弧形桁架两侧连接2榀落地双拱立体桁架，共同构成核心支撑构架；所述屋盖连接钢梁位于中部，包括小间隔布置的屋盖连接上弦钢梁和大间隔布置的屋盖连接下弦钢梁，作为正交平面弧形桁架的侧向支撑构件，同时起到屋面承载作用；所述大开口边界弧形拱梁位于落地双拱立体桁架的外侧，由2榀超大跨度的斜立面弧形拱梁所组成，两端汇交于落地双拱立体桁架的四角落地固定端进行支承，构成大开口空间结构，作为横向大跨度空间范围的扩展和中部弧形建筑造型曲面的连续；所述两侧单层网壳位于落地双拱立体桁架和大开口边界弧形拱梁之间，由径向连接主斜杆和环向连接次杆刚接连接组成，构成单层网壳结构；所述小开口边界结构位于纵向两侧，由落地弧形主拱、纵连接杆和斜连接杆所组成，构成小开口空间结构。
[0010]作为优选：所述落地双拱立体桁架位于横向两侧，由沿纵向布置的2榀超大跨度斜立面弧形倒三角立体拱桁架通过端部落地进行固定支承，以中心定位点22为对称中心设置，构成落地双拱立体桁架主体结构；单榀弧形倒三角立体拱桁架由落地立体拱桁架的上弦拱1、落地立体拱桁架的下弦拱2、落地立体拱桁架的水平杆3、落地立体拱桁架的竖腹杆4、落地立体拱桁架的斜腹杆5所组成；在落地立体拱桁架的落地端6处，相连杆件汇交于一点，并固定支承于地面结构上。
[0011]作为优选：单榀弧形倒三角立体拱桁架的斜立面倾斜角一般为50
‑
80
°
，立体拱桁架的两落地端水平间距一般为100
‑
150m，立体拱桁架的中部最高处立面高度一般为20
‑
30m；立体桁架的高度根据跨度的1/25～1/20确定，一般为4
‑
6m；单榀弧形倒三角立体拱桁架在平面上呈外凸弧形形式；立体拱桁架作为本专利大跨屋盖结构的主体支承结构，立面倾斜角不可小于50
°
，否则容易出现屋盖结构的整体倾覆；立体拱桁架的落地端水平间距不小于100m设置，是为实现纵向大跨空间的建筑功能；立体拱桁架的中部最高处立面高度不小于20m设置，是为进一步横向扩展的大开口边界弧形拱梁具有大开口空间功能所作的限制，同时也是内部空间高度的要求。
[0012]作为优选：单榀弧形倒三角立体拱桁架的截面为圆钢管截面，直径一般为1000～1500mm，自立体桁架中部向两侧为变截面逐渐减小的形式，在落地端部2根落地立体拱桁架的上弦拱和1根落地立体拱桁架的下弦拱汇交于一点，节点处内部设置支座节点十字加劲板23、支座节点竖向转换加劲板24进行内隔板加强，并刚性固定支承于地面结构。
[0013]作为优选：所述正交平面弧形桁架位于落地双拱立体桁架的中部，由沿横向间隔一定距离布置的多榀平面弧形桁架组成，以中心定位点22为对称中心设置，两端刚性连接落地双拱立体桁架；单榀平面弧形桁架由正交平面弧形桁架的上弦梁7、正交平面弧形桁架的下弦梁8、正交平面弧形桁架的竖腹杆9、正交平面弧形桁架的斜腹杆10所组成。
[0014]作为优选：每榀平面弧形桁架在两侧端部分别通过正交平面弧形桁架的上弦连接端11、正交平面弧形桁架的下弦连接端12连接至立体拱桁架的上弦拱和下弦拱；平面弧形桁架的高度根据跨度的1/25～1/20、对应连接处立体拱桁架高度的较大者进行确定；平面弧形桁架的高度大于对应连接处立体拱桁架高度时，两端边坡收缩至连接处立体拱桁架的
高度进行连接；沿中部向纵向两侧布置的各榀平面弧形桁架的立面倾斜角逐渐增大；平面弧形桁架与立体拱桁架的连接方式为杆件相贯连接，连接节点处增设内隔板进行加强，实现刚性节点连接。
[0015]作为优选：单榀平面弧形桁架的最大跨度位于中部，跨度一般为60
‑
100m，截面为圆钢管截面或H型钢截面，圆钢管直径或H型截面高度一般为300
‑
600mm，桁架高度一般本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，其特征在于，包括落地双拱立体桁架、正交平面弧形桁架、屋盖连接钢梁、大开口边界弧形拱梁、两侧单层网壳和小开口边界结构；所述落地双拱立体桁架位于横向两侧，由2榀超大跨度的斜立面弧形倒三角立体拱桁架所组成，四角落地固定支承且沿纵向对称两侧布置；所述正交平面弧形桁架位于中部，由沿横向间隔一定距离布置的多榀正交向平面弧形桁架所组成，平面弧形桁架两侧连接2榀落地双拱立体桁架，共同构成核心支撑构架；所述屋盖连接钢梁位于中部，包括小间隔布置的屋盖连接上弦钢梁和大间隔布置的屋盖连接下弦钢梁，作为正交平面弧形桁架的侧向支撑构件，同时起到屋面承载作用；所述大开口边界弧形拱梁位于落地双拱立体桁架的外侧，由2榀超大跨度的斜立面弧形拱梁所组成，两端汇交于落地双拱立体桁架的四角落地固定端进行支承，构成大开口空间结构，作为横向大跨度空间范围的扩展和中部弧形建筑造型曲面的连续；所述两侧单层网壳位于落地双拱立体桁架和大开口边界弧形拱梁之间，由径向连接主斜杆和环向连接次杆刚接连接组成，构成单层网壳结构；所述小开口边界结构位于纵向两侧，由落地弧形主拱、纵连接杆和斜连接杆所组成，构成小开口空间结构。2.根据权利要求1所述的双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，其特征在于，所述落地双拱立体桁架位于横向两侧，由沿纵向布置的2榀超大跨度斜立面弧形倒三角立体拱桁架通过端部落地进行固定支承，构成落地双拱立体桁架主体结构；单榀弧形倒三角立体拱桁架由落地立体拱桁架的上弦拱(1)、落地立体拱桁架的下弦拱(2)、落地立体拱桁架的水平杆(3)、落地立体拱桁架的竖腹杆(4)、落地立体拱桁架的斜腹杆(5)所组成；在落地立体拱桁架的落地端(6)处，相连杆件汇交于一点，并固定支承于地面结构上。3.根据权利要求1所述的双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，其特征在于，单榀弧形倒三角立体拱桁架的斜立面倾斜角为50
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80
°
，立体拱桁架的两落地端水平间距为100
‑
150m，立体拱桁架的中部最高处立面高度为20
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30m；立体桁架的高度根据跨度的1/25～1/20确定；单榀弧形倒三角立体拱桁架在平面上呈外凸弧形形式；单榀弧形倒三角立体拱桁架的截面为圆钢管截面，直径为1000～1500mm，自立体桁架中部向两侧为变截面逐渐减小的形式，在落地端部2根落地立体拱桁架的上弦拱和1根落地立体拱桁架的下弦拱汇交于一点，并刚性固定支承于地面结构。4.根据权利要求1所述的双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结构，其特征在于，所述正交平面弧形桁架位于落地双拱立体桁架的中部，由沿横向间隔一定距离布置的多榀平面弧形桁架组成，两端刚性连接落地双拱立体桁架，共同构成核心支撑构架；单榀平面弧形桁架由正交平面弧形桁架的上弦梁7、正交平面弧形桁架的下弦梁(8)、正交平面弧形桁架的竖腹杆(9)、正交平面弧形桁架的斜腹杆(10)所组成；每榀平面弧形桁架在两侧端部分别通过正交平面弧形桁架的上弦连接端(11)、正交平面弧形桁架的下弦连接端(12)连接至立体拱桁架的上弦拱和下弦拱；平面弧形桁架的高度根据跨度的1/25～1/20、对应连接处立体拱桁架高度的较大者进行确定；单榀平面弧形桁架的最大跨度为60
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100m，截面为圆钢管截面或H型钢截面，圆钢管直径或H型截面高度为300
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600mm，桁架高度为3
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6m。5.根据权利要求1所述的双拱立体桁架四角落地支承的组合大跨度正交桁架屋盖结
构，其特征在于，所述屋盖连接钢梁位于平面弧形桁架之间设置，由小间隔布置的屋盖连接上弦钢梁(13)、大间隔布置的屋盖连接下弦钢梁(14)所组成；屋盖连接钢梁两端为铰接相贯连接；在正交平面弧形桁架上弦层，屋盖连接钢梁按每轴网跨度布置一根；在平面弧形桁架下弦层，屋盖连接钢梁按每2
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3个轴网跨度布置一根；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震，赵阳，丁智，季泽华，杨学林，瞿浩川，程俊婷，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：