[发明专利]力对冲结构

说明书

本发明公开了一种力对冲结构，其为大开间的“框架结构”进行体系转换形成的“叠合桁架”，主要包括底层弦杆（1）、顶层弦杆（2）、中间共用弦杆（3）和腹杆（4）；当各层均受力的作用时，每两个单层桁架间的中间共用弦杆（3）处的压力和拉力会产生对冲效应，从而使结构内力明显减小，甚至为零。随着桁架层数的增加，除产生力的对冲效应之外，客观上还增加了桁架的高度、增大了高跨比，所以力对冲结构体系的承载力及刚度均大幅提高，其跨度亦大幅度增大，同时内力的减少亦可减少材料用量，从而整个体系做到了“高承载力、大空间、低造价”，适用于超高层及超大空间结构的建设。

技术领域

本发明属于结构工程领域，具体涉及了一种力对冲结构。

背景技术

传统的建筑一般为框架结构，主要构件包括柱子和梁，柱子以受压为主而梁以受弯为主。当建筑的高度增加时柱子的尺寸需要增大，若柱子间距过大时则梁的计算跨径会迅速增加，造成抗弯能力不足，此时常用的解决办法是增设柱子或者加大梁的截面尺寸，但是由此会导致结构造价升高，且过多的柱子和过大的梁会压缩建筑物内部空间。

以梁和柱为基本构件的传统框架结构多为平行四边形结构，存在易变形，稳定性差等问题，而随着建筑物高度和跨度的增加，对梁和柱的支撑能力要求也更高，此时仍采用平行四边形结构承受荷载其合理性欠优且代价较大。

建筑要承受地震、风荷载等竖向非线性分布荷载，使得建筑构件需要承担较大的剪力，而传统楼层框架为四边形结构，抗剪能力差，往往需要以较大的代价来提高其抗剪能力。

当前，大城市可利用开发的土地资源已十分有限，为了使土地资源利用率最大化，城市建筑正不断往纵向发展，未来城市建筑的规划和修建，高度必将越来越高。而随着经济和文化的发展，机场、高铁站、各类展览馆体育馆等的建设也日益增多，此类大空间结构的规模越来越大。综上可知，城市建筑的建设与发展势必对结构的实用性和安全性提出更高的要求，而传统的框架结构其安全性和经济性等都将迎来巨大考验，研发安全度更大、经济指标更优的结构体系有着极为重要的工程意义。

将传统的框架结构转换成桁架结构有着很大的优势。首先，桁架结构的杆件主要承受轴向拉力或压力，结构效率很高，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，对于空间结构的悬挑和跨越主题，桁架结构几乎是万能的。齐次，桁架结构一般具有三角形单元，由三角形稳定性原理可知，通过在传统的框架结构上下层之间增设腹杆后，梁的计算跨径和柱子的数量会得到大大减小，且梁、柱、腹杆等共同形成了连续、系列的三角形，因三角形具有良好抗变形能力及稳定性，提高了结构的整体刚度，从而不易发生变形。再次，将上下两榀桁架合成一体，在共用的弦杆处轴力会产生对冲效应，从而使结构内力明显减小，甚至为零，在应用时，传统框架结构的梁充当弦杆，由于力的对冲，故其轴力很小，因此截面尺寸可大大减小。最后，由于腹杆的存在，立面的抗剪能力亦得到增加，可提高结构的横向受力性能。

我国目前仍处于快速发展时期，超高层建筑、超大空间结构的应用前景十分广阔，采用受力性能更优的机构对传统框架结构进行改良，可在满足经济性要求的前提下使结构更具安全性，对未来建筑有着重要影响，也可产生巨大的社会和经济效益。

发明内容

本发明充分发挥了桁架结构的优势，提供一种力对冲结构，目的在于解决传统框架结构承载能力低、空间利用率小、刚度小、造价高昂等问题，可在减小材料用量的同时，实现结构静力和动力性能的全面提高，为超高层、超大空间结构的建设提供性价比高的方案。此外，本发明各构件可通过工厂预制成标准件，现场施工时安装方便，可降低施工措施费、缩短工程建设工期。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：