[实用新型]一种新型落地索拱结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型落地索拱结构，属于建筑结构领域中的大跨预应力平面钢结构体系。

背景技术

传统的落地钢拱结构存在以下缺点：由于其强度、刚度以及稳定性必须满足相关规范要求，其横截面相对较大，不仅导致用钢量偏高，无法获得较为理想的经济效益，更为重要的是外观显得臃肿笨重，妨碍了轻巧通透等建筑效果的表达。

发明内容

本实用新型的目的在于克服传统钢拱结构由于横截面偏大导致钢材用量较大以及建筑效果较差的缺点，提出一种新型落地索拱结构。

本实用新型采用的技术方案：

新型落地索拱结构包括上部钢拱、下部钢索和中部腹杆。上部钢拱和下部钢索的整体形状为圆弧形或其他向上形成波峰的曲线，上部钢拱的矢跨比为0.2～0.5，上部钢拱和下部钢索之间设有若干组中部腹杆，每组腹杆由1～6根杆件组成，其中每根杆件一端分别连于上部钢拱，另一端与本组中其他杆件汇交连接于下部钢索上一点，下部钢索的两端与上部钢拱的两端或最外侧中部腹杆的汇交点相连。

所述的上部钢拱为实腹式或格构式钢构件；下部钢索为钢丝索、钢绞线或钢棒；中部腹杆为圆钢管或其他截面形状的钢管，中部腹杆承受拉力和压力，与上部钢拱和下部钢索的连接为铰接。

与传统的钢拱结构相比，本实用新型的优点是：

1)受力性能优越，经济效益较好。在矢跨比为0.2～0.5的范围内，落地钢拱结构主要承受弯矩和压力，且以弯矩为主，若仅由钢拱本身来承担内力，势必造成钢拱截面较大的缺点。而对于本实用新型的落地索拱结构，下部拉索各段可以施加不同的预应力，将上部钢拱相对较大的正弯矩(截面下部受拉弯矩)转化为上部钢拱的压力和下部钢索的拉力，从而大大降低了上部钢拱的弯矩，而由此对上部钢拱压力增大的幅度并不大，因此可以减小上部钢拱的截面，而下部钢索和中部腹杆的用钢量相对较小，这样便大大降低了整体结构的用钢量。

2)各部分构件的优势性能得以充分发挥。上部钢拱主要承受弯矩和压力，而实腹式H型、矩形钢管或格构式钢构件具有较好的抗压弯能力；中部腹杆承受的拉力和压力相对较小，因此截面较小的圆钢管便可以满足要求；下部拉索承受的拉力较大，充分发挥了高强钢索抗拉效率高的特点。

3)建筑效果较好。由于上部钢拱截面相对较小，而且中部腹杆和下部钢索的截面可以很小，因此整体结构可以达到轻巧、明快、简洁、通透的建筑效果；截面较小的索、杆进一步增加了建筑的结构美和力度美。

附图说明

图1是新型落地索拱结构示意图一(实施方式一)。

图2是新型落地索拱结构示意图二(实施方式二)。

图中1.上部钢拱，2.下部钢索，3.中部腹杆。

具体实施方式

实施方式一

实施方式一如图1所示，上部钢拱1和下部钢索2的整体形状均为圆弧形，上部钢拱1和下部钢索2之间共设有11组中部腹杆3，每组腹杆由2根杆件组成，2根杆件的一端分别连于上部钢拱，另一端与下部钢索汇交于一点。下部钢索2的两端与上部钢拱1相连。此实施例中，上部钢拱1为实腹式焊接矩形钢管；中部腹杆3为圆钢管；下部钢索2为钢丝索。中部腹杆3与上部钢拱1和下部钢索2的连接均为铰接。

假设此实施例荷载条件为：恒载0.45kN/m²，全跨及半跨活载0.5kN/m²，基本雪压0.3kN/m²，基本风压0.45，根据相关工程经验及文献，风振系数取1.6，体型系数按荷载规范取值，B类场地，所在场地地震烈度8度(0.20g)。结构跨度65m，矢高21m，矢跨比为0.323，跨中索杆交点与上部钢拱1的距离为3m，每榀索拱负荷宽度(榀距)为10m，在强度、刚度、平面内稳定性满足相关规范条件下，通过对各段下部拉索2施加不同的预应力(最下部的两端钢索施加约250kN，其余索段不需加预应力)，本落地索拱结构的最优截面为：上部钢拱1为600×300×8×12，下部拉索2为直径50mm的钢索，中部腹杆3为圆钢管114×4，总用钢量为12220kg，若采用传统的钢拱结构方案，在保证截面高宽比不变的条件下，钢拱截面至少为840×420×10×14，用钢量为17970kg，落地索拱结构方案比传统的钢拱方案节省钢材32％。

实施方式二

实施方式二如图2所示，与实施方式一基本相同，相同部分使用了相同的编号，区别在于：中部腹杆3总共9组，其中最下部(支座附近)两组的腹杆由2根杆件组成，其余组的腹杆由3根杆件组成；下部钢索的两端和最外侧腹杆的交汇点相连，而不是连于上部钢拱1。根据具体工程设计需要，中部腹杆3可分为2～100组，每组的杆件数可为1～6根。