超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳，包括扭网壳（１），在所述扭网壳（１）的周边按柱网间距要求设置有高度不相等的框架柱（２），在扭网壳（１）的每边中央设置有中央框架柱（３）；扭网壳（１）的悬挑部位均简支于框架柱（２）的顶部；在扭网壳（１）的每边中央框架柱（３）上装有预应力钢索（４）。本实用新型专利技术不仅具有良好的结构整体性，大幅度提高结构的抗侧刚度，消除了超大悬挑带来的隐患，而且进一步优化了结构用钢，使用钢量大幅度下降，达到“节能增效”的要求，尤其适用于跨度为１２０ｍ～１８０ｍ的超大跨度扭网壳屋盖，是一种安全、合理、先进、经济的新型结构体系。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新型钢扭网壳屋盖结构，特别是一种超大跨度 (120m^ 1 ^ 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。
技术介绍
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 150mX 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(27225 m2)，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(150 m X 150 m),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#60x3.5-#70x4.0,当腹杆长达9m IOm时，腹杆直径为刹80x5.0 ~ 203χ 6.0，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。
技术实现思路
本技术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。该扭网壳适用于跨度在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，本技术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。上述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构中，所述扭网壳每边 的框架柱高度从中央框架柱沿两端按线性升高；中央框架柱柱的高度最低，扭网壳角部的 框架柱高度最高。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构中，所述的预应力钢 索是固定在扭网壳每边中央框架柱的顶部支座节点上。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳中，所述扭网壳受力大的 部位为三层网壳，受力较小部位为双层网壳。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳中，所述扭网壳中间的 “十字形”部位及周边框架柱内边范围为三层网壳，其他部位均为双层网壳。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳中，所述的三层网壳占扭 网壳总面积的20 30%，双层网壳占扭网壳总面积的70 80%。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳中，所述扭网壳的悬挑长 度仅为屋盖檐口长度。前述的超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳中，所述的扭网壳为矩形 或方形平面，其跨度为120 180m的超大跨度。本技术的有益效果与现有技术相比，本技术提出的“超大跨度周边简支 承预应力双层与三层组合扭网壳”是一种新型的屋盖结构形式，尤其适用于跨度为120 180m的超大跨度扭网壳屋盖，是一种安全、合理、先进、经济的新型结构体系。本技术 采用周边按柱网间距要求，沿扭网壳周边设置高度不相等的框架柱，使扭网壳周边部位均 简支于周边的框架梁顶部，其悬挑长度仅为屋盖檐口长度(7. 5 m 15 m)，这样处理网壳 不存在超大悬挑问题，从而使此类超大跨度结构不会成为“双重超限”的不合理结构形式。 并在每块扭网壳的最低点(每边中点)支座用预应力钢索取代钢系杆建立预应力，由于预应 力作用将使扭网壳产生与荷载作用相反的变形，从而使网壳各杆件产生与荷载作用相反的内力，使网壳各杆件内力减小，达到降低用钢量的目的。本技术根据扭网壳内力分布规 律，在超大跨度时，将受力大的部位设计为三层，受力较小部位设计为双层。形成“超大跨度 周边简支预应力双层与三层组合扭网壳结构”，本结构体系不仅具有良好的结构整体性，大 幅度提高结构的抗侧刚度，消除了超大悬挑带来的隐患，而且进一步优化了结构用钢，使用 钢量大幅度下降，达到“节能增效”的要求，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。本技术与常规预应力组合扭网壳比较具有三大创新点其一，周边按柱网要 求设置周边框架柱，既防止扭网壳大悬挑“超限”的出现，又提高了整个屋盖结构的整体性 和抗侧刚度，同时，也改善了组合扭网壳受力特性，在确保结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大跨度周边简支预应力双层与三层组合扭网壳，包括扭网壳（１），其特征在于：在所述扭网壳（１）的周边按柱网间距要求设置有高度不相等的框架柱（２），在扭网壳（１）的每边中央设置有中央框架柱（３）；扭网壳（１）的悬挑部位均简支于框架柱（２）的顶部；在扭网壳（１）的每边中央框架柱（３）上装有预应力钢索（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克俭，周绪红，冯更帅，王宏，戴立先，张华刚，申波，卢亚琴，贺振科，周白，
申请(专利权)人：贵州大学，兰州大学，中建钢构有限公司，
类型：实用新型
国别省市：52[]