一种大跨度预应力拱桁架与索膜组合结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土木工程建筑结构领域，尤其涉及一种大跨度预应力拱桁架与索膜组合结构。
【背景技术】
[0002]拱形大跨度建筑，造型简洁明快、结构受力清晰，适用于大跨度的火车站、机场等大型公用建筑、以及大跨度厂房、干煤棚、封闭式条形储料场等工业建筑。
[0003]传统的拱形大跨度建筑的主结构主要有以下三种结构形式:螺栓球网架、焊接球网架、拱形钢桁架；屋面材料可采用金属屋面板或膜材。
[0004]螺栓球网架的防腐性能差，在防腐性能要求高的工业厂房、储煤建筑、封闭式工业料场中使用不符合《工业建筑防腐设计规范》的要求；焊接球网架结构有数万根杆件需要现场高空焊接，施工难度大且质量难以保证；若采用平行排列的拱形钢桁架，桁架之间设置主檩条，由于檩条为双向受弯构件，檩条跨度一般在8m以内，桁架间距小，经济性差。
[0005]大跨度拱形建筑结构，风荷载以风吸为主，风吸是风吸荷载的简称，即反向风荷载，是起控制作用的荷载工况，无论采用何种结构形式及屋面材料，由于结构自重轻，只能依靠加大结构高度和增大构件截面的方法抵抗反向风荷在的作用，造成结构的用钢量大，经济性差。
[0006]膜结构是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。膜结构存在自重轻、阻燃、制作简易、安装快捷、透光、抗风能力强、使用安全等优点。膜结构适用于拱形大跨度建筑，一般采用其支撑体系采用拱形钢桁架，膜结构与钢桁架相连。但由于膜结构自重轻，风吸荷载是结构的控制工况，在反向风荷载作用下，只能通过加大桁架高度和增加桁架构件截面的方法抵抗风吸荷载的作用。膜结构连接在桁架上弦，由于膜结构的张力很小，且无抗压刚度，因此与桁架不能产生有效支撑作用，因此桁架的平面外稳定性差，使用跨度受限。
【实用新型内容】
[0007]针对以上问题，本实用新型公开了一种大跨度预应力拱桁架一索膜结构。通过科学合理地引入自平衡的预应力构件，将预应力拱桁架和索膜结构相结合，使结构既能承受竖向荷载作用同时又能有效抵抗反向风荷载的作用，结构体系新颖，稳定性好，能有效降低用钢量，适用于大跨度拱形建筑。
[0008]具体解决方案为:一种大跨度预应力拱桁架与索膜组合结构，包括多榀平行布置的预应力拱桁架；在相邻两榀预应力拱桁架之间设置有折面型屋面索膜体系，索膜体系与桁架上弦连接；在组合结构的两侧端部设置有端部加强区。
[0009]进一步，预应力拱桁架包括由桁架上弦、桁架下弦、腹杆组成的桁架主体结构，桁架主体结构可以采用相贯焊接桁架，也可采用焊接球桁架；预应力拱桁架还包括由撑杆、斜撑杆、下弦索、斜拉索构成桁架结构，撑杆与桁架下弦铰接连接，下弦索与撑杆通过索撑节点连接，下弦索的端部与桁架下弦连接，通过张拉下弦索对结构施加预应力，使桁架产生向上的反拱，可有效抵抗竖向荷载产生的向下作用；斜拉索的一端与桁架下弦相连，另一端连接在下弦索、撑杆、斜拉索的交汇处的斜索连接节点上，通过给斜拉索施加预应力，使结构产生向下的作用，能有效抵抗反向风荷载作用。通过合理的引入预应力，能有效的提高拱桁架的承载力和平面内的稳定性。
[0010]进一步，所述预应力拱桁架的桁架主体结构形式可以为三角形桁架或四边形桁架。
[0011]进一步，所述索膜体系由折线布置的次索、与次索垂直布置的谷索形成折面型索网，次索和谷索之间通过索夹连接节点相连，形成折面型索网，索网以上铺设膜材作为屋面；次索连接在预应力拱桁架的上弦节点上，次索和谷索通过连接节点连接；谷索根部固定在基础上通过张拉谷索对索网施加预应力，谷索和次索张紧后形成具有足够的刚度，用以支撑屋面膜材；次索张紧后，次索对钢桁架的上弦产生斜向下的拉力，桁架两侧均匀受压，提高桁架平面外稳定性。
[0012]进一步，在相邻两榀预应力拱桁架之间设一道或两道谷索。
[0013]进一步，端部加强区为加密的预应力拱桁架，桁架弦杆之间设置连接斜撑，形成具有平面外刚度的加强带。用于抵抗拉索水平拉力。
[0014]进一步，所述端部加强区为具有平面外刚度的钢网架结构体系。
[0015]有益效果:折面型索膜体系对桁架产生向下的拉力，预应力钢桁架的下弦索对桁架产生向上的反拱力，两则作用相互抵消，提高结构的稳定性，提高结构在竖向荷载、风荷载作用下的承载力，同时可以减少结构用量。
[0016]通过张拉下弦索对结构施加预应力，使桁架产生向上的反拱，可有效抵抗竖向荷载产生的向下作用；通过给斜拉索施加预应力，使结构产生向下的作用，能有效抵抗反向风荷载作用。使主结构既能承受竖向荷载作用同时又能有效抵抗反向风荷载的作用。
[0017]通过对谷索施加预应力，使次索对钢桁架的上弦产生斜向下的拉力，由于次索在桁架两侧对称布置，因此桁架两侧均匀受拉，提高钢桁架的平面外稳定性。
[0018]由于屋面折线形布置，在反向风荷载作用下，风荷载主要由谷索承担，仅一部分传递到主桁架上，使结构具有较强抵抗风吸荷载的能力；竖向荷载、风压荷载、谷索预应力荷载均通过索膜传递给预应力拱桁架。预应力拱桁架承担竖向荷载能力强、承担反向荷载的能力弱，因此结构内力传递形式与主结构受力性能完美结合。
【附图说明】
[0019]图1为预应力拱桁架与索膜组合结构整体立体图；
[0020]图2为预应力拱桁架立面图；
[0021]图3为预应力拱桁架与索膜组合结构实施例1的局部立体放大图；
[0022]图4为预应力拱桁架与索膜组合结构实施例2的局部立体放大图；
[0023]图中，1-预应力拱桁架；11-桁架上弦；12-桁架下弦；13-撑杆；14-斜撑杆；15-下弦拉索；16_斜拉索；17_腹杆；18_索撑节点；19_斜索连接节点；2_索膜体系；21_次索；22_谷索；23_膜材；3-端部加强区。
【具体实施方式】
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