[发明专利]一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系及设计方法

说明书

本发明公开了一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系及设计方法，包括挑篷，挑篷的中后段下方连接有前支柱，所述挑篷的后端连接有中空的竖向尾柱，尾柱内部设置有预应力拉索，所述预应力拉索一端连接所述挑篷的后端，另一端锚固固定，所述尾柱自身具有可竖向减振的弹簧阻尼支座或者所述尾柱顶与所述挑篷的后端之间设置有可竖向减振的弹簧阻尼支座，所述弹簧阻尼支座开设有通孔，使所述预应力拉索从所述弹簧阻尼支座的通孔穿过并能够相对所述弹簧阻尼支座滑动。本发明通过合理利用建筑材料来抵抗倾覆，既能保证常态工况下建筑结构受拉的安全要求，也能保证非常态工况下建筑结构受压的安全要求，同时不影响观众视野。

技术领域

本发明具体涉及一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系及设计方法。

背景技术

土木工程领域，大跨空间钢结构航站楼、会展中心、火车站、体充场馆等中有较多大悬臂结构。图1、2所示的为一种大悬臂悬挑结构，这种悬臂结构的中后端通过前柱、尾柱两根支柱来抵抗悬臂倾覆，其中前柱为主受压支柱。

在常规设计中，根据《钢结构设计标准》GB50017对于此种尾部柱一般有两种设计方法：一种是柱上下端铰接释放弯矩，尾柱仅受轴拉力或轴压力，即设计为摇摆柱，但该柱不具有抗侧能力，结构的整体抗侧能力需要其它构件承担，此时减小柱子的轴力成为关键，可采取的方法有减轻屋面荷载或者加密柱子布置进而减轻每根柱所分担的轴力等；

另一种方法是柱上下端刚接，尾柱除承受轴力外还需要承受由水平力(风和地震)产生的弯矩或由刚接节点平衡导致的弯矩，即设计为压弯或拉弯构件，该柱具有一定的抗侧能力，但当柱高度较高时，柱显得长且细，其提供的抗侧能力有限，此时减小柱子承担的弯矩是优化截面形式(圆形、矩形、异形等)或大小的有效手段，采取的策略就是分而治之，通过提高抗侧力体系如剪力墙或支撑的刚度减小柱的刚度，从而减小柱的刚度占比，达到减小柱所分担水平剪力的目的。

上述两种方法既有自己的优势也有自身的局限性，但都会面临着非常态下例如强台风作用下造成的如下问题。

一是柱容许长细比构造方面：按《钢结构设计标准》GB50017，受压构件的容许长细比是150，受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时容许长细比是250，纯受拉构件的容许长细比是400，因此仅从构造方面讲，柱子受压后，在相同高度下，柱截面要增加1.6～2.6倍；

二是构件强度、稳定性方面：按《钢结构设计标准》GB50017，轴心受压稳定性计算公式如下：N/ΨAf≤1.0，其中稳定性系数Ψ是一个小于1.0的系数，与构件的长细比、钢材屈服强度、截面类型等有关，依据上诉公式可知，柱子受压后，在相同高度下，柱截面需要增大以满足稳定性要求。

在上述常规的两种设计方法中，为了保证结构的安全，一般通过增大结构截面、采用高强材料等方法来提高结构的刚度和强度，为了达到使尾柱更为纤细的目标，往往需要增加柱的数量、减轻屋面荷载、增加其它抗侧力构件等,一般最终会影响建筑效果、增加工程造价，不够经济合理。

因此，鉴于针对大悬臂结构中尾部柱的常规设计方法中一些局限性，本发明针对此提出一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系及设计方法。

发明内容

本发明目的之一是一种大悬臂挑篷柱内预应力拉索减振结构体系，通过合理利用建筑材料来抵抗倾覆，减小悬挑尾柱受压时的轴力，使尾柱更为纤细，既能保证常态工况下建筑结构受拉的安全要求，也能保证非常态工况下建筑结构受压的安全要求。

本发明结构体系的技术方案如下：