一种大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系

1.本实用新型涉及一种不锈钢建筑结构，尤其是涉及一种大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系。


背景技术：

2.近年来，随着我国建筑设计行业的迅猛发展，以不锈钢为材料的建筑规模愈发大型化(大跨度、大悬挑)，建筑设计效果对不锈钢空间结构的要求愈发严苛。目前在国内外已建的不锈钢空间结构中，采用的结构方案主要包括不锈钢梁-柱方案、焊接球节点网架、空间网壳方案，这些常规结构方案对于跨度不大、体型较小、建筑效果要求不高的建筑较适用。
3.建筑设计方案的发展趋势，对于建筑的大跨度、大悬挑有越来越高的要求，并且要求结构布置简洁自然、结构造型符合建筑表现机理，为此需要寻求一种新的结构形式以满足建筑要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服现有技术存在的不锈钢大跨度、大悬挑结构梁高过大或采用双层网壳结构中斜腹杆多、焊接球节点体积大等缺陷而提供一种结构安全合理、轻盈通透的大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本实用新型提供一种大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系，包括叠加设置的不锈钢单层网壳和交叉不锈钢空间桁架，所述不锈钢单层网壳的部分结构兼做所述交叉不锈钢空间桁架的上弦。
7.进一步地，所述不锈钢单层网壳由多组三角形单元拼接而成，与所述交叉不锈钢空间桁架相交部分的三角形单元兼做所述交叉不锈钢空间桁架的上弦。
8.进一步地，所述三角形单元由多个不锈钢杆件组成，相邻不锈钢杆件间采用相贯焊连接。
9.进一步地，所述交叉不锈钢空间桁架为由多组倒置三角锥单元组成的骨架式空间结构。
10.进一步地，所述倒置三角锥单元由多个不锈钢杆件组成，相邻不锈钢杆件间采用相贯焊连接。
11.进一步地，所述交叉不锈钢空间桁架包括拱肋，该拱肋贴合所述不锈钢单层网壳布置，在不锈钢单层网壳上以每间隔两个网格的方式布置，且相互交叉。
12.进一步地，该空间结构体系的中部最大跨度在35m以上。
13.进一步地，该空间结构体系的两端最大悬挑跨度在35m以上。
14.进一步地，该空间结构体系为通过分块吊装焊接方式安装的空间结构体系。
15.进一步地，该空间结构体系采用奥氏体型s31608不锈钢构建。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
17.1、本实用新型采用不锈钢单层网壳+交叉空间桁架(拱肋)的结构体系，以交叉不锈钢空间桁架(拱肋)为主要传力构件，提高结构的整体性，将大跨、大悬挑部分的竖向荷载、水平荷载逐点传力至柱脚基础。
18.2、本实用新型的交叉不锈钢空间桁架通过多组倒置的三角锥单元组成，单层网壳通过多组三角形单元组成，与交叉不锈钢空间桁架相交部分的三角形单元兼做空间桁架的上弦部分，实现了结构的大跨度、大悬挑形式，与现有的双层网壳和空间网架相比，本实用新型大大减少了杆件数量，实现了轻盈通透的建筑效果。
19.3、本实用新型将交叉不锈钢空间桁架作为大跨度、大悬挑结构的主要骨架，与单层网壳相结合，突出了结构的受力机理，这与建筑所要表现的编织网格的效果一致，结构成就了建筑之美。
20.4、本实用新型结构体系因布置了交叉不锈钢空间桁架，空间整体刚度、稳定性远远好于单层网壳结构，大大较小了结构变形，特别是大悬挑端部的竖向挠度和根部的侧向变形。
21.5、相较于现有的不锈钢焊接球节点网架，本实用新型的不锈钢杆件与杆件连接采用相贯焊连接，无大体积、突兀的焊接球节点，杆件连接自然顺畅。
22.6、本实用新型结构无突兀的焊接球节点和稠密的斜腹杆，实现了轻盈通透的建筑效果，特别适用于对建筑通透性效果要求较高的场景。
附图说明
23.图1为现有的一种不锈钢焊接球节点网架；
24.图2为不锈钢相贯焊节点示意图；
25.图3为倒置三角锥单元及局部空间结构，其中，(3a)为倒置三角锥单元，(3b)为交叉不锈钢空间桁架的局部空间结构；
26.图4为本实用新型交叉不锈钢空间桁架的示意图；
27.图5为本实用新型不锈钢单层网壳的示意图；
28.图6为本实用新型结构体系的示意图；
29.图7为大悬挑端部的竖向变形图；
30.图8为结构安装分块示意图；
31.图9为sap2000软件中不锈钢本构曲线(奥氏体型s31608不锈钢)；
32.图10为整体极限承载力计算的荷载-位移曲线。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和
示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
38.结合建筑展翼腾飞形态、编织网格状的表现效果，采用不锈钢单层网壳+交叉空间桁架(拱肋)的结构体系，
39.参考图4-图6所示，本实用新型提供一种大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系10，包括叠加设置的不锈钢单层网壳102和交叉不锈钢空间桁架101，不锈钢单层网壳102的部分结构兼做交叉不锈钢空间桁架101的上弦。
40.具体地，如图4所示，交叉不锈钢空间桁架101包括拱肋111，该拱肋111贴合不锈钢单层网壳102布置，在不锈钢单层网壳102上以每间隔两个网格的方式布置，且相互交叉，由中部向两侧悬挑端延伸，形成编织网格状的立面效果。
41.如图3和图4所示，交叉不锈钢空间桁架101为由多组倒置三角锥单元组成的骨架式空间结构。倒置三角锥单元由多个不锈钢杆件组成，相邻不锈钢杆件间采用相贯焊连接。其中的相贯焊连接方式的节点如图2所示。
42.如图5所示，不锈钢单层网壳102由多组三角形单元拼接而成，与交叉不锈钢空间桁架101相交部分的三角形单元兼做交叉不锈钢空间桁架的上弦。三角形单元由多个不锈钢杆件组成，相邻不锈钢杆件间采用相贯焊连接。
43.该空间结构体系通过不锈钢单层网壳+交叉空间桁架的结构，可使中部最大跨度达35m以上，两端最大悬挑跨度达35m以上。在某具体实施例中，该不锈钢结构为42m跨度、39m悬挑的体系。
44.在某一具体实施方式中，该空间结构体系采用奥氏体型s31608不锈钢构建。
45.上述结构相较于如图1所示的不锈钢焊接球节点网架，无大体积、突兀的焊接球节点，杆件连接自然顺畅。结构体系因布置了交叉不锈钢空间桁架，空间整体刚度、稳定性远远好于单层网壳结构，大大较小了结构变形，特别是大悬挑端部的竖向挠度和根部的侧向变形，如图7所示。
46.上述大跨度大悬挑不锈钢空间结构体系体型大、质量大，需采取分块吊装焊接来安装，具体地，根据结构的受力特点，从支座处向大跨中部或大悬挑端部辐射分块和安装。在某具体实施例中，参考图8所示，将该不锈钢空间结构体系分为14块，安装顺序为：
47.第一步：分块1和分块1’拼接；
48.第二步：分块2和分块2’拼接；
49.第三步：分块3两端分别与分块1、分块2拼接；
50.第四步：分块3’两端分别与分块1’、分块2’拼接，并与分块3拼接；
51.第五步：分块4、分块4’分别与分块1、分块1’拼接，并完成相互拼接；
52.第六步：分块5、分块5’分别与分块2、分块2’拼接，并完成相互拼接；
53.第七步：分块6、分块6’分别与分块4、分块4’拼接，并完成相互拼接；
54.第八步：分块7、分块7’分别与分块5、分块5’拼接，并完成相互拼接。
55.实施例
56.本实施例将上述体系结构应用在某高速公路的收费站棚中，该建筑正下方有高速公路及收费站出入口穿过，落地结构柱脚需尽量减少以避免密柱对公路车流通行的影响。建筑为中间落地拱门+两端展翅腾飞的造型，高17.4m～23.5m，结构中部最大跨度40m，两端最大悬挑跨度39.5m。立面三角形网格边长1.5m，每间隔两个网格设置一道拱肋，拱肋沿建筑表皮布置，并相互交叉，由中部向两侧悬挑端延伸，形成编织网格状的立面效果。
57.结构材料采用不锈钢，设计分析采用sap2000软件(v20)对结构进行整体极限承载力计算分析。根据结构的模态分析，取出第一阶主体屈曲的模态，通过一致模态法施加1/300跨度的初始缺陷，采用不锈钢弹塑性材料模型，不锈钢本构曲线如图9所示，进行双非线性极限承载力分析，得到荷载-位移曲线见图10。
58.整个建筑建成后，立面无突兀的球形节点，建筑视觉轻盈通透而又不失结构的力量感，达到了结构成就建筑之美的目的。
59.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。