一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系的制作方法

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系。

背景技术：

随着我国空间结构技术的不断发展，大跨度空间结构被广泛应用于体育馆、会展中心、机场等公共场所，建筑造型也愈加丰富。大跨度屋盖结构采用钢结构时具有自重轻、承载性能好、节省材料的特点，同时钢结构屋盖对建筑造型适应性较好，结构布置灵活，容易满足建筑外观效果和使用功能要求。其中花瓣形屋盖结构具有造型优美、与自然环境相协调的特点，在大跨度屋盖结构中越来越受欢迎。但是，花瓣形屋盖结构复杂、形状不规则，对加工制作及施工安装精度要求高。因此有必要提出一种受力合理、传力路径简单、承载力高、刚度大、便于施工的屋盖结构体系。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，该体系构造简单、形状规则、便于加工制作和施工安装。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，包括多个在屋盖顶部通过压力环连成一体的花瓣结构，每个所述花瓣结构设有一主桁架和多个次桁架，所述主桁架和所述次桁架均为平面桁架，所述主桁架竖向设置，并且沿屋盖径向布置，多个所述次桁架沿所述主桁架的跨度方向间隔布置，每个所述次桁架结构对称地与所述主桁架固接，径向相邻的两个所述次桁架的悬挑端通过一径向连接梁连接，位于所述花瓣结构一侧的所有所述径向连接梁连接在一起并与所述主桁架在屋盖顶部和屋盖底部连接构成花瓣结构边界弧形梁；在径向相邻的两个所述次桁架之间设有下弦水平支撑；相邻的两个花瓣结构之间通过交叉斜撑连接，环向相邻的两个所述次桁架之间通过环向连接梁连接，在屋盖的周向上构成多个半径不等的、与所述压力环同心的环形结构，每个所述环形结构均是由多个所述环向连接梁和多个所述次桁架连接而成的。

所述花瓣结构是径向成对设置的，径向相对的两个所述花瓣结构的主桁架是由一个拱形桁架构成的。

所述次桁架采用三角形结构。

所述压力环采用平面桁架结构，所述压力环与所述主桁架在相交处的高度相等。

所述花瓣结构边界弧形梁与所述主桁架的上弦杆在屋盖顶部连接。

本发明具有的优点和积极效果是：采用花瓣结构，构造简单，安装、施工方便，能够缩短工期。具有良好的空间受力性能，在正常使用状态下结构变形小、稳定性高；采用主、次桁架，具有传力明确、承载能力高的优点。并且本发明具有广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的空间结构示意图；

图2为本发明的平面示意图；

图3为图2的1-1剖面图；

图4为本发明的一个结构单元示意图；

图5为本发明的径向相对的两个花瓣结构所采用的拱形桁架的平面图；

图6为本发明的次桁架平面图；

图7为本发明的压力环空间示意图；

图8为本发明的效果图。

图中：1、主桁架；2、次桁架；3、径向连接梁；4、交叉斜撑；5、环向连接梁；6、7、下弦水平支撑；8、压力环。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图8，一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，包括多个在屋盖顶部通过压力环8连成一体的花瓣结构，每个所述花瓣结构设有一主桁架1和多个次桁架2，所述主桁架1和所述次桁架2均为平面桁架，可显著减小用钢量，所述主桁架竖向设置，并且沿屋盖径向布置，多个所述次桁架2沿所述主桁架1的跨度方向间隔布置，每个所述次桁架2结构对称地与所述主桁架1固接，可提高结构整体刚度，径向相邻的两个所述次桁架2的悬挑端通过一径向连接梁3连接，位于所述花瓣结构一侧的所有所述径向连接梁3连接在一起并与所述主桁架1在屋盖顶部和屋盖底部连接构成花瓣结构边界弧形梁，可实现结构变形协调，在径向相邻的两个所述次桁架2之间设有下弦水平支撑6、7，用于增强所述次桁架2的稳定性，相邻的两个花瓣结构之间通过交叉斜撑4连接，使相邻的两个花瓣结构协同工作，增强结构空间整体性，环向相邻的两个所述次桁架2之间通过环向连接梁5连接，在屋盖的周向上构成多个半径不等的、与所述压力环同心的环形结构，每个所述环形结构均是由多个所述环向连接梁和多个所述次桁架连接而成的。

在本实施例中，所述花瓣结构是径向成对设置的，径向相对的两个所述花瓣结构的主桁架1是由一个拱形桁架构成的，施工方便，承载力大、刚度大。所述次桁架2采用三角形结构，结构稳定，便于造型，重量轻。所述压力环8采用平面桁架结构，所述压力环8与所述主桁架1在相交处的高度相等，可增加结构整体性，使变形协调统一。所述花瓣结构边界弧形梁与所述主桁架1的上弦杆在屋盖顶部连接，便于形成平滑表面。

本发明的优势在于：

1)荷载传力路径明确，荷载通过屋面结构传递给主、次桁架和花瓣结构间的交叉斜撑以及环向连接梁；其中主、次桁架承担绝大部分屋面荷载，为主要承力结构，花瓣结构间的交叉斜撑和环向连接梁承受小部分屋面荷载并将荷载传递给环向次桁架。

2)结构外形如花瓣，造型美观，与大自然交相呼应；采用主、次桁架，结构布置灵活，在满足受力合理的同时满足建筑美观要求，钢结构桁架屋盖刚度大、承载力高，提升了装配化程度，施工简便，能够缩短工期。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，其特征在于，包括多个在屋盖顶部通过压力环连成一体的花瓣结构；

每个所述花瓣结构设有一主桁架和多个次桁架，所述主桁架和所述次桁架均为平面桁架，所述主桁架竖向设置，并且沿屋盖径向布置，多个所述次桁架沿所述主桁架的跨度方向间隔布置，每个所述次桁架结构对称地与所述主桁架固接，径向相邻的两个所述次桁架的悬挑端通过一径向连接梁连接，位于所述花瓣结构一侧的所有所述径向连接梁连接在一起并与所述主桁架在屋盖顶部和屋盖底部连接构成花瓣结构边界弧形梁；在径向相邻的两个所述次桁架之间设有下弦水平支撑；

相邻的两个花瓣结构之间通过交叉斜撑连接，环向相邻的两个所述次桁架之间通过环向连接梁连接，在屋盖的周向上构成多个半径不等的、与所述压力环同心的环形结构，每个所述环形结构均是由多个所述环向连接梁和多个所述次桁架连接而成的。

2.根据权利要求1所述的大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，其特征在于，所述花瓣结构是径向成对设置的，径向相对的两个所述花瓣结构的主桁架是由一个拱形桁架构成的。

3.根据权利要求1所述的大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，其特征在于，所述次桁架采用三角形结构。

4.根据权利要求1所述的大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，其特征在于，所述压力环采用平面桁架结构，所述压力环与所述主桁架在相交处的高度相等。

5.根据权利要求1所述的大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，其特征在于，所述花瓣结构边界弧形梁与所述主桁架的上弦杆在屋盖顶部连接。

技术总结
本发明公开了一种大跨度钢结构花瓣形空间桁架屋盖结构体系，包括多个在屋盖顶部通过压力环连成一体的花瓣结构，每个花瓣结构设有一主桁架和多个次桁架，主桁架和次桁架均为平面桁架，主桁架竖向设置，并且沿屋盖径向布置，多个次桁架沿主桁架的跨度方向间隔布置，每个次桁架结构对称地与主桁架固接，径向相邻的两个次桁架的悬挑端通过一径向连接梁连接，位于花瓣结构一侧的所有径向连接梁连接在一起并与主桁架在屋盖顶部和屋盖底部连接构成花瓣结构边界弧形梁；相邻的两个花瓣结构之间通过交叉斜撑连接，环向相邻的两个次桁架之间通过环向连接梁连接。本发明构造简单、形状规则、便于加工制作和施工安装。

技术研发人员：于敬海;何梦杰;王彬;李敬明;李路川;张芃芃;闫翔宇;王丹妮
受保护的技术使用者：天津大学建筑设计研究院
技术研发日：2019.09.12
技术公布日：2019.11.22