一種大跨度預應力拱桁架與索膜組合結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土木工程建筑結構領域，尤其涉及一種大跨度預應力拱桁架與索膜組合結構。
【背景技術】
[0002]拱形大跨度建筑，造型簡潔明快、結構受力清晰，適用于大跨度的火車站、機場等大型公用建筑、以及大跨度廠房、干煤棚、封閉式條形儲料場等工業建筑。
[0003]傳統的拱形大跨度建筑的主結構主要有以下三種結構形式:螺栓球網架、焊接球網架、拱形鋼桁架；屋面材料可采用金屬屋面板或膜材。
[0004]螺栓球網架的防腐性能差，在防腐性能要求高的工業廠房、儲煤建筑、封閉式工業料場中使用不符合《工業建筑防腐設計規范》的要求；焊接球網架結構有數萬根桿件需要現場高空焊接，施工難度大且質量難以保證；若采用平行排列的拱形鋼桁架，桁架之間設置主檁條，由于檁條為雙向受彎構件，檁條跨度一般在8m以內，桁架間距小，經濟性差。
[0005]大跨度拱形建筑結構，風荷載以風吸為主，風吸是風吸荷載的簡稱，即反向風荷載，是起控制作用的荷載工況，無論采用何種結構形式及屋面材料，由于結構自重輕，只能依靠加大結構高度和增大構件截面的方法抵抗反向風荷在的作用，造成結構的用鋼量大，經濟性差。
[0006]膜結構是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩定曲面，能承受一定外荷載的空間結構形式。膜結構存在自重輕、阻燃、制作簡易、安裝快捷、透光、抗風能力強、使用安全等優點。膜結構適用于拱形大跨度建筑，一般采用其支撐體系采用拱形鋼桁架，膜結構與鋼桁架相連。但由于膜結構自重輕，風吸荷載是結構的控制工況，在反向風荷載作用下，只能通過加大桁架高度和增加桁架構件截面的方法抵抗風吸荷載的作用。膜結構連接在桁架上弦，由于膜結構的張力很小，且無抗壓剛度，因此與桁架不能產生有效支撐作用，因此桁架的平面外穩定性差，使用跨度受限。
【實用新型內容】
[0007]針對以上問題，本實用新型公開了一種大跨度預應力拱桁架一索膜結構。通過科學合理地引入自平衡的預應力構件，將預應力拱桁架和索膜結構相結合，使結構既能承受豎向荷載作用同時又能有效抵抗反向風荷載的作用，結構體系新穎，穩定性好，能有效降低用鋼量，適用于大跨度拱形建筑。
[0008]具體解決方案為:一種大跨度預應力拱桁架與索膜組合結構，包括多榀平行布置的預應力拱桁架；在相鄰兩榀預應力拱桁架之間設置有折面型屋面索膜體系，索膜體系與桁架上弦連接；在組合結構的兩側端部設置有端部加強區。
[0009]進一步，預應力拱桁架包括由桁架上弦、桁架下弦、腹桿組成的桁架主體結構，桁架主體結構可以采用相貫焊接桁架，也可采用焊接球桁架；預應力拱桁架還包括由撐桿、斜撐桿、下弦索、斜拉索構成桁架結構，撐桿與桁架下弦鉸接連接，下弦索與撐桿通過索撐節點連接，下弦索的端部與桁架下弦連接，通過張拉下弦索對結構施加預應力，使桁架產生向上的反拱，可有效抵抗豎向荷載產生的向下作用；斜拉索的一端與桁架下弦相連，另一端連接在下弦索、撐桿、斜拉索的交匯處的斜索連接節點上，通過給斜拉索施加預應力，使結構產生向下的作用，能有效抵抗反向風荷載作用。通過合理的引入預應力，能有效的提高拱桁架的承載力和平面內的穩定性。
[0010]進一步，所述預應力拱桁架的桁架主體結構形式可以為三角形桁架或四邊形桁架。
[0011]進一步，所述索膜體系由折線布置的次索、與次索垂直布置的谷索形成折面型索網，次索和谷索之間通過索夾連接節點相連，形成折面型索網，索網以上鋪設膜材作為屋面；次索連接在預應力拱桁架的上弦節點上，次索和谷索通過連接節點連接；谷索根部固定在基礎上通過張拉谷索對索網施加預應力，谷索和次索張緊后形成具有足夠的剛度，用以支撐屋面膜材；次索張緊后，次索對鋼桁架的上弦產生斜向下的拉力，桁架兩側均勻受壓，提高桁架平面外穩定性。
[0012]進一步，在相鄰兩榀預應力拱桁架之間設一道或兩道谷索。
[0013]進一步，端部加強區為加密的預應力拱桁架，桁架弦桿之間設置連接斜撐，形成具有平面外剛度的加強帶。用于抵抗拉索水平拉力。
[0014]進一步，所述端部加強區為具有平面外剛度的鋼網架結構體系。
[0015]有益效果:折面型索膜體系對桁架產生向下的拉力，預應力鋼桁架的下弦索對桁架產生向上的反拱力，兩則作用相互抵消，提高結構的穩定性，提高結構在豎向荷載、風荷載作用下的承載力，同時可以減少結構用量。
[0016]通過張拉下弦索對結構施加預應力，使桁架產生向上的反拱，可有效抵抗豎向荷載產生的向下作用；通過給斜拉索施加預應力，使結構產生向下的作用，能有效抵抗反向風荷載作用。使主結構既能承受豎向荷載作用同時又能有效抵抗反向風荷載的作用。
[0017]通過對谷索施加預應力，使次索對鋼桁架的上弦產生斜向下的拉力，由于次索在桁架兩側對稱布置，因此桁架兩側均勻受拉，提高鋼桁架的平面外穩定性。
[0018]由于屋面折線形布置，在反向風荷載作用下，風荷載主要由谷索承擔，僅一部分傳遞到主桁架上，使結構具有較強抵抗風吸荷載的能力；豎向荷載、風壓荷載、谷索預應力荷載均通過索膜傳遞給預應力拱桁架。預應力拱桁架承擔豎向荷載能力強、承擔反向荷載的能力弱，因此結構內力傳遞形式與主結構受力性能完美結合。
【附圖說明】
[0019]圖1為預應力拱桁架與索膜組合結構整體立體圖；
[0020]圖2為預應力拱桁架立面圖；
[0021]圖3為預應力拱桁架與索膜組合結構實施例1的局部立體放大圖；
[0022]圖4為預應力拱桁架與索膜組合結構實施例2的局部立體放大圖；
[0023]圖中，1-預應力拱桁架；11-桁架上弦；12-桁架下弦；13-撐桿；14-斜撐桿；15-下弦拉索；16_斜拉索；17_腹桿；18_索撐節點；19_斜索連接節點；2_索膜體系；21_次索；22_谷索；23_膜材；3-端部加強區。
【具體實施方式】
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