CN109469257B - 一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖及施工方法，包含两组边跨桁架以及边跨桁架间的一组中跨桁架；边跨桁架和中跨桁架均包含上弦主杆和下弦主杆，连接在弦主杆和下弦主杆间的主直腹杆，分布在弦主杆和下弦主杆平面两侧的腰杆，以及两腰杆之间的水平直杆；边跨桁架和中跨桁架纵向长度一致，且通过水平连杆和斜连杆相互连接。本发明中桁架均采用了变截面设计，保证了建筑室内净高，且对上层建筑形态的适应性强；且边跨桁架中的水平剪刀撑的设置，使得屋盖的两边承力更加稳固。在桁架中各杆件的设置可加强空间桁架的整体性和稳定性。本发明均为杆件的节点连接，施工时根据桁架的设计进行预制拼装，或是分单元同步施工，有效的节约了施工时间。

Description

一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖及施工方法

技术领域

本发明属于桁架屋盖施工领域，特别涉及一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖及施工方法。

背景技术

现如今，大跨度的厂房、仓库和报告厅等建筑越来越多，均对建筑的净空有着更高的需求，进而对建筑上的屋盖形式以及受力性能也提出了更严格的要求。以往的桁架屋盖多采用等截面空间桁架，在空间利用上缺少形式变化，与之相对应的“倒三角”桁架施工技术则主要利用了桁架的上弦受压、下弦受拉的受力性能，但由于“倒三角”桁架的横截面面积基本保持不变，就造成了桁架的在局部尤其在跨中位置的受力不合理，且截面的不变对不均匀上部结构荷载变化的敏感性适应性差。在超大跨度、大跨度的屋盖结构中，往往将桁架的截面设置很大，进一步浪费了建筑使用空间，或在桁架内增加预应力索，施工步骤繁琐，由此造成了建筑空间和材料的双重浪费，因此，需要提供一种用于大跨度的建筑结构中，即可满足建筑使用净空要求、又使得结构本身受力合理的桁架屋盖形式及施工方法。

发明内容

本发明提出一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖及施工方法用以解决上述问题，具体实施方案如下：

一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，包含两组平行并联的边跨桁架以及两组边跨桁架中间平行并联的一组中跨桁架；所述边跨桁架和中跨桁架均包含同一竖直平面内上下不相交的上弦主杆和下弦主杆，一组连接平行间隔分布在上弦主杆和下弦主杆之间的主直腹杆，分布在上弦主杆和下弦主杆所在平面两侧、且相互平行对称设置的腰杆，以及一组平行间隔连接在两腰杆之间的水平直杆；所述边跨桁架中跨桁架纵向长度一致，且两边跨桁架间、边跨桁架与中跨桁架间以及两中跨桁架间均通过两侧腰杆连接有间隔分布的水平连杆，所述水平连杆间连接有斜连杆。

所述上弦主杆和下弦主杆为对称的弧形杆，且两侧端部之间竖直连接有桁架立柱，其中，桁架立柱间连接有通长的水平连系加强梁；所述主直腹杆自两边向中间高度依次递减；所述腰杆所在平面与上弦主杆和下弦主杆所在平面相互垂直，所述水平直杆与对应的主直腹杆垂直连接；所述上弦主杆、下弦主杆在桁架立柱与相邻主直腹杆间连接有剪刀撑；桁架立柱与腰杆端部的水平直杆对应垂直连接。

相邻主直腹杆之间连接有主斜腹杆，以空间桁架中部主直腹杆为中心，两侧的主斜腹杆对称设置，其中中部主直腹杆左侧的主斜腹杆倾向左侧，中部主直腹杆右侧的主斜腹杆倾向右侧；所述主斜腹杆的两端分别连接在相邻主直腹杆的上下端部之间。

所述上弦主杆和下弦主杆长向中部两侧分别连接有同向的上弦次杆和下弦次杆；所述上弦次杆和下弦次杆均为空间桁架中部对称设置。

所述上弦主杆、腰杆、下弦主杆和另一腰杆之间在同一竖直面上依次连接有一根立面斜杆、形成多边形支撑框架；所述多边形支撑框架分为两组，第一组围合在主直腹杆和水平直杆外围、形成有芯多边形支撑框架，第二组围合在空余位置、形成空芯多边形支撑框架；第一组和第二组在桁架长向上交替间隔平行分布。

所述多边形支撑框架所在断面包含上弦主杆、下弦主杆、上弦次杆和下弦次杆，多边形支撑上立面斜杆连接在上弦次杆和下弦次杆上。

所述中跨桁架在两端部的第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆；所述边跨桁架在所有第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆组成的水平剪刀撑，其中水平斜杆或水平剪刀撑的交叉点穿接主直腹杆和水平直杆交接处；所述边跨桁架在两多边形支撑框架上相邻的立面斜杆上下端部间连接有次斜腹杆，所述相邻次斜腹杆关于共同连接的立面斜杆对称分布。

所述腰杆两端分别外延、且两个腰杆的端头之间连接有端部封管；所述端部封管位于桁架立柱所在端面的外侧，端部封管与水平直杆在同一平面并平行于水平直杆，相邻端部封管在同一水平线上并相互连接；端部封管与上弦主杆、下弦主杆和腰杆端部所在平面之间设置有多边形框架。

所述多边形框架是六边形平面框架，关于桁架立柱对称布置；多边形框架通过腰杆与端部封管端部及桁架立柱上的水平直杆端部连接；多边形框架上与腰杆连接处的上部连接点与桁架立柱上端端部通过连杆相连，多边形框架上与腰杆连接处的下部连接点与桁架立柱下端端部通过连杆相连。

所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖的施工方法，具体步骤为：

步骤一、搭设空间桁架胎架，安装两端桁架立柱；

步骤二、根据空间桁架位置，定位安装上弦主杆和下弦主杆，然后在上弦主杆和下弦主杆中部安装连接上弦次杆和下弦次杆；

步骤三、矫正调整已安装杆件位置，并在上弦主杆和下弦主杆上标记主直腹杆的位置，然后依次安装主直腹杆和主斜腹杆；

步骤四、架设腰杆并安装水平直杆与主直腹杆相连，并对腰杆位置进行精确定位和测量；

步骤五、在上弦主杆、下弦主杆和腰杆间安装立面斜杆、并安装边跨桁架和中跨桁架对应的水平斜杆和剪刀撑，在边跨桁架安装上次斜腹杆；

步骤六、在桁架主体端部外侧安装端部封管并定位相互连接，在端部封管与上弦主杆和下弦主杆间设置多边形框架，并用连杆连接固定；

步骤七、由以步骤一至步骤六，分别完成边跨桁架和中跨桁架的主体制作，然后分别将边跨桁架和中跨桁架按设计排列布置；

步骤八、在两边跨桁架间、边跨桁架与中跨桁架间以及中跨桁架间两侧腰杆间连接水平连杆和斜连杆，至此，完成桁架屋盖的制作。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其中边跨桁架和中跨桁架均采用了变截面设计，桁架两端的截面面积大，中间截面面积小，从而保证了在建筑整体高度不变的情况下有效利用室内净高，且对上层建筑形态的适应性强，对不均匀的屋面荷载变化不敏感；且边跨桁架中的水平剪刀撑的设置，使得屋盖的两边承力更加稳固。在桁架中上弦次杆、下弦次杆和腰杆的设置，可分担上弦主杆和下弦主杆的上部承力，有效的加强空间桁架的承载能力；主直腹杆、次斜腹杆和立面斜杆等杆件的设置，以及边跨桁架和中跨桁架间水平连杆和斜连杆的设置，均可加强空间桁架的整体性，加之两端多边形框架的设置和桁架间端部封管的连接，可以增强端部传力的稳定性。本发明均为杆件的节点连接，施工时可根据桁架的设计进行预制拼装，或是分单元同步施工，从而有效的节约了施工时间，提高了施工效率。

附图说明

图1是一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖示意图；

图2是中跨桁架示意图；

图3是边跨桁架示意图；

图4是加强件连接节点示意图；

图5是多边形框架连接示意图。

附图标记：1-边跨桁架；2-中跨桁架；3-水平连杆；4-斜连杆；5-桁架立柱；6-下弦主杆；7-上弦主杆；8-腰杆；9-主直腹杆；10-主斜腹杆；11-立面斜杆；12-水平直杆；13-水平斜杆；14-次斜腹杆；15-加强杆件；16-下水平杆；17-上水平杆；18-悬挑斜杆；19-端部封管；20-上弦次杆；21-下弦次杆。

具体实施方式

参见图1至图3所示，一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，包含两组平行并联的边跨桁架1以及两组边跨桁架1中间平行并联的一组中跨桁架2；所述边跨桁架1和中跨桁架2均包含同一竖直平面内上下不相交的上弦主杆7和下弦主杆6，一组连接平行间隔分布在上弦主杆7和下弦主杆6之间的主直腹杆9，分布在上弦主杆7和下弦主杆6所在平面两侧、且相互平行对称设置的腰杆8，以及一组平行间隔连接在两腰杆8之间的水平直杆12；所述边跨桁架1中跨桁架2纵向长度一致，且两边跨桁架1间、边跨桁架1与中跨桁架2间以及两中跨桁架2间均通过两侧腰杆8连接有间隔分布的水平连杆3，所述水平连杆3间连接有斜连杆4。

本实施例中，一组边跨桁架1包含两个并联的边跨桁架1，边跨桁架1间并联有十二个中跨桁架2；桁架中上弦主杆7和下弦主杆6为对称的弧形钢管，且两侧端部之间竖直连接有桁架立柱5，桁架立柱5为方形钢柱，相邻桁架立柱5间连接有水平连系加强梁；所述主直腹杆9自两边向中间高度依次递减；所述腰杆8所在平面与上弦主杆7和下弦主杆6所在平面相互垂直，所述水平直杆12与对应的主直腹杆9垂直连接；所述上弦主杆7、下弦主杆6在桁架立柱5与相邻主直腹杆9间连接有剪刀撑；桁架立柱5与腰杆8端部的水平直杆12对应垂直连接。

本实施例中，相邻主直腹杆9之间连接有主斜腹杆10，以空间桁架中部主直腹杆9为中心，两侧的主斜腹杆10对称设置，其中中部主直腹杆9左侧的主斜腹杆10倾向左侧，中部主直腹杆9右侧的主斜腹杆10倾向右侧；所述主斜腹杆10的两端分别连接在相邻主直腹杆9的上下端部之间。

本实施例中，所述上弦主杆7和下弦主杆6长向中部两侧分别连接有同向的上弦次杆20和下弦次杆21；所述上弦次杆20和下弦次杆21均为空间桁架中部对称设置。

本实施例中，所述上弦主杆7、腰杆8、下弦主杆6和另一腰杆8之间在同一竖直面上依次连接有一根立面斜杆11、形成多边形支撑框架；所述多边形支撑框架分为两组，第一组围合在主直腹杆9和水平直杆12外围、形成有芯多边形支撑框架，第二组围合在空余位置、形成空芯多边形支撑框架；第一组和第二组在桁架长向上交替间隔平行分布。

本实施例中，所述多边形支撑框架所在断面包含上弦主杆7、下弦主杆6、上弦次杆20和下弦次杆21，多边形支撑框架上立面斜杆11连接在上弦次杆20和下弦次杆21上。

本实施例中，所述中跨桁架2在两端部的第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆13；所述边跨桁架1在所有第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆13组成的水平剪刀撑，其中水平斜杆13或水平剪刀撑的交叉点穿接主直腹杆9和水平直杆12交接处；所述边跨桁架1在两多边形支撑框架上相邻的立面斜杆11上下端部间连接有次斜腹杆14，所述相邻次斜腹杆14关于共同连接的立面斜杆11对称分布。

参见图4所示，第一组多边形支撑框架在主直腹杆9上设置有一组加强杆件15，所述加强杆件15为圆形钢管，对称分布在主直腹杆9两侧；在第一组多边形支撑框架竖向面内只有上弦次杆20处，加强杆件15一端连接在主直腹杆9中上部，一端连接在上弦次杆20端部；在第一组多边形支撑框架竖向面内只有下弦杆处21，加强杆件15一端连接在主直腹杆9中下部，一端连接在下弦次杆21端部；其中图4位于上弦次杆20末端处截面，为第一组多边形支撑框架竖向面内上弦次杆20和下弦次杆21共有处，分别共同设置加强杆件15。

参见图5所示，所述腰杆8两端分别外延、且两个腰杆8的端头之间连接有端部封管19；所述端部封管19位于桁架立柱5所在端面的外侧，端部封管19与水平直杆12在同一平面并平行于水平直杆12，相邻端部封管19在同一水平线上并相互连接；端部封管19与上弦主杆7、下弦主杆6和腰杆8端部所在平面之间设置有多边形框架。

本实施例中，所述多边形框架是六边形平面框架，关于桁架立柱5对称布置；多边形框架通过腰杆8与端部封管19端部及桁架立柱5上的水平直杆12端部连接；多边形框架上与腰杆8连接处的上部连接点与桁架立柱5上端端部通过连杆相连，多边形框架上与腰杆8连接处的下部连接点与桁架立柱5下端端部通过连杆相连。

本实施例中，多边形框架包含上下相互平行的上水平杆17和下水平杆16，以及上水平杆17和下水平杆16之间的四个悬挑斜杆18，四个悬挑斜杆18分为两组并且端部呈V形连接，V形连接点向外，内夹角角度小于180°；V形连接点与端部封管19位于同一平面，通过腰杆8与端部封管19端部及桁架立柱5上的水平直杆12端部连接；悬挑斜杆18与上水平杆17连接点通过连杆与桁架立柱5上端端部相连，悬挑斜杆18与下水平杆16连接点通过连杆与桁架立柱5下端端部相连；多边形框架中上水平杆17和下水平杆16的两端及中部分别与端部封管19的两端及中部对应相连；下水平杆16中部与上水平杆17两端部、中部连接有腹杆，下水平杆16端部与上水平杆17端部对应连接有腹杆。

本实施例中，在空间桁架两端最外侧主直腹杆9与上弦主梁和下弦主梁间安装有铸钢件，在下弦次梁端头处同样设置有铸钢件；其中铸钢件为节点连接件，其设置在多接口节点处，可预制多接口接头，便于预制安装。

结合图1至图5，进一步说明一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖的施工方法，具体步骤为：

步骤一、搭设空间桁架胎架，安装两端桁架立柱5；

步骤二、根据空间桁架位置，定位安装上弦主杆7和下弦主杆6，然后在上弦主杆7和下弦主杆6中部安装连接上弦次杆20和下弦次杆21；

步骤三、矫正调整已安装杆件位置，并在上弦主杆7和下弦主杆6上标记主直腹杆9的位置，然后依次安装主直腹杆9和主斜腹杆10；

步骤四、架设腰杆8并安装水平直杆12与主直腹杆9相连，并对腰杆8位置进行精确定位和测量；

步骤五、在上弦主杆7、下弦主杆6和腰杆8间安装立面斜杆11、并安装边跨桁架1和中跨桁架2对应的水平斜杆13和剪刀撑，在边跨桁架1安装上次斜腹杆14；

步骤六、在桁架主体端部外侧安装端部封管19并定位相互连接，在端部封管19与上弦主杆7和下弦主杆6间设置多边形框架，并用连杆连接固定；

步骤七、由以步骤一至步骤六，分别完成边跨桁架1和中跨桁架2的主体制作，然后分别将边跨桁架1和中跨桁架2按设计平行排列布置；

步骤八、在两边跨桁架1间、边跨桁架1与中跨桁架2间以及中跨桁架2间两侧腰杆8间连接水平连杆3和斜连杆4，并将端部封杆连接以及安装桁架立柱5间水平连系加强梁，至此，完成桁架屋盖的制作。

上述为整体桁架屋盖的施工方法，此外，对于空间桁架的安装还可以采用分单元式安装，即将空间桁架对称分割成不同的桁架分单元，分别同时施工桁架分单元，最后再进行分单元间连接并安装通长的杆件，此方式可以提高施工效率。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：包含两组平行并联的边跨桁架（1）以及两组边跨桁架（1）中间平行并联的一组中跨桁架（2）；所述边跨桁架（1）和中跨桁架（2）均包含同一竖直平面内上下不相交的上弦主杆（7）和下弦主杆（6），一组连接平行间隔分布在上弦主杆（7）和下弦主杆（6）之间的主直腹杆（9），分布在上弦主杆（7）和下弦主杆（6）所在平面两侧、且相互平行对称设置的腰杆（8），以及一组平行间隔连接在两腰杆（8）之间的水平直杆（12）；所述边跨桁架（1）中跨桁架（2）纵向长度一致，且两边跨桁架（1）间、边跨桁架（1）与中跨桁架（2）间以及两中跨桁架（2）间均通过两侧腰杆（8）连接有间隔分布的水平连杆（3），所述水平连杆（3）间连接有斜连杆（4）；所述上弦主杆（7）和下弦主杆（6）为对称的弧形杆，且两侧端部之间竖直连接有桁架立柱（5），桁架立柱（5）间连接有通长的水平连系加强梁；所述主直腹杆（9）自两边向中间高度依次递减；所述腰杆（8）所在平面与上弦主杆（7）和下弦主杆（6）所在平面相互垂直，所述水平直杆（12）与对应的主直腹杆（9）垂直连接；所述上弦主杆（7）、下弦主杆（6）在桁架立柱（5）与相邻主直腹杆（9）间连接有剪刀撑；桁架立柱（5）与腰杆（8）端部的水平直杆（12）对应垂直连接；相邻主直腹杆（9）之间连接有主斜腹杆（10），以空间桁架中部主直腹杆（9）为中心，两侧的主斜腹杆（10）对称设置，其中中部主直腹杆（9）左侧的主斜腹杆（10）倾向左侧，中部主直腹杆（9）右侧的主斜腹杆（10）倾向右侧；所述主斜腹杆（10）的两端分别连接在相邻主直腹杆（9）的上下端部之间；

所述上弦主杆（7）、腰杆（8）、下弦主杆（6）和另一腰杆（8）之间在同一竖直面上依次连接有一根立面斜杆（11）、形成多边形支撑框架；所述多边形支撑框架分为两组，第一组围合在主直腹杆（9）和水平直杆（12）外围、形成有芯多边形支撑框架，第二组围合在空余位置、形成空芯多边形支撑框架；第一组和第二组在桁架长向上交替间隔平行分布；

所述腰杆（8）两端分别外延、且两个腰杆（8）的端头之间连接有端部封管（19）。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：所述上弦主杆（7）和下弦主杆（6）长向中部两侧分别连接有同向的上弦次杆（20）和下弦次杆（21）；所述上弦次杆（20）和下弦次杆（21）均为空间桁架中部对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：所述多边形支撑框架所在断面包含上弦主杆（7）、下弦主杆（6）、上弦次杆（20）和下弦次杆（21），多边形支撑框架上立面斜杆（11）连接在上弦次杆（20）和下弦次杆（21）上。

4.根据权利要求3所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：所述中跨桁架（2）在两端部的第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆（13）；所述边跨桁架（1）在所有第二组空芯多边形支撑框架之间连接有水平斜杆（13）组成的水平剪刀撑，其中水平斜杆（13）或水平剪刀撑的交叉点穿接主直腹杆（9）和水平直杆（12）交接处；所述边跨桁架（1）在两多边形支撑框架上相邻的立面斜杆（11）上下端部间连接有次斜腹杆（14），所述相邻次斜腹杆（14）关于共同连接的立面斜杆（11）对称分布。

5.根据权利要求4所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：所述端部封管（19）位于桁架立柱（5）所在端面的外侧，端部封管（19）与水平直杆（12）在同一平面并平行于水平直杆（12），相邻端部封管（19）在同一水平线上并相互连接；端部封管（19）与上弦主杆（7）、下弦主杆（6）和腰杆（8）端部所在平面之间设置有多边形框架。

6.根据权利要求5所述的一种大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖，其特征在于：所述多边形框架是六边形平面框架，关于桁架立柱（5）对称布置；多边形框架通过腰杆（8）与端部封管（19）端部及桁架立柱（5）上的水平直杆（12）端部连接；多边形框架上与腰杆（8）连接处的上部连接点与桁架立柱（5）上端端部通过连杆相连，多边形框架上与腰杆（8）连接处的下部连接点与桁架立柱（5）下端端部通过连杆相连。

7.一种根据权利要求1至6任意一项所述的大跨度渐变多边形截面并联式桁架屋盖的施工方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、搭设空间桁架胎架，安装两端桁架立柱（5）；

步骤二、根据空间桁架位置，定位安装上弦主杆（7）和下弦主杆（6），然后在上弦主杆（7）和下弦主杆（6）中部安装连接上弦次杆（20）和下弦次杆（21）；

步骤三、矫正调整已安装杆件位置，并在上弦主杆（7）和下弦主杆（6）上标记主直腹杆（9）的位置，然后依次安装主直腹杆（9）和主斜腹杆（10）；

步骤四、架设腰杆（8）并安装水平直杆（12）与主直腹杆（9）相连，并对腰杆（8）位置进行精确定位和测量；

步骤五、在上弦主杆（7）、下弦主杆（6）和腰杆（8）间安装立面斜杆（11）、并安装边跨桁架（1）和中跨桁架（2）对应的水平斜杆（13）和剪刀撑，在边跨桁架（1）安装上次斜腹杆（14）；

步骤六、在桁架主体端部外侧安装端部封管并定位相互连接，在端部封管与上弦主杆（7）和下弦主杆（6）间设置多边形框架，并用连杆连接固定；

步骤七、由以步骤一至步骤六，分别完成边跨桁架（1）和中跨桁架（2）的主体制作，然后分别将边跨桁架（1）和中跨桁架（2）按设计排列布置；

步骤八、在两边跨桁架（1）间、边跨桁架（1）与中跨桁架（2）间以及中跨桁架（2）间两侧腰杆（8）间连接水平连杆（3）和斜连杆（4），至此，完成桁架屋盖的制作。

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