一种适用于柔性索网屋面的带弹簧的悬挂环形马道体系的制作方法

本实用新型涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种适用于柔性索网屋面的带弹簧的悬挂环形马道体系。

背景技术：

体育场采用钢桁架或者钢网架时，用来放置如场地照明设备、看台照明设备、扬声器、天线等屋面设备的马道可以直接连接于网架节点甚至网架杆件上。由于屋面结构刚度较大，马道可作为次结构设计计算，结构体系简单，明确。近年来，随着体育场(馆)跨度的增加，以及体育场(馆)内部采光和美观需求的提高，由索网组成的轻型屋面结构由于其简洁轻巧的建筑外观、跨越能力大而越来越受到青睐，广泛地应用于新建的大跨度体育场(馆)上。但是，索网结构的刚度较小，在风荷载等外力作用下，变形较大，因此对马道次结构的设计提出了更高的要求，体现在以下方面：

一、马道的稳定性：结合图10所示，对于悬挂在索结构以下的环形马道结构，其稳定性主要体现在两个方面：径向稳定(与屋面径向马道b平行方向的稳定性)和环向稳定(与屋面环向马道a平行方向的稳定性)。其中环向稳定由于马道呈环向，并不难以解决。对于径向稳定，由于大型体育场的马道上一般会布置重量较大的照明设备和音响设备，这些设备很可能会集中布置在马道的一侧，参照图11所示，活荷载f集中在单侧，马道沿径向倾斜。因此需要有足够的径向结构，确保马道不会在非均匀荷载下发生较大倾斜，影响人员安全和马道使用。为了保证悬挂式马道的径向稳定，本申请提供了一种带有门形吊框结构的悬挂环形马道体系。

二、马道的变形能力：当索网结构出现局部径向变形时，环形马道适应这个沿径向的变形能力又变得尤为重要。对于一个平面布置成圆形或者类似圆形的，由内侧主梁和外侧主梁构成平面桁架的马道结构来说，其整体径向变形的能力就等于内弦主梁和外弦主梁的环向变形能力，参照图12所示。当主结构出现外荷载导致的某个局部径向相对变形时，环形马道就需要通过自身内侧主梁和外侧主梁的环向变形能力来适应这个径向变形，其中，f拉表示为外侧主梁受拉，f压表示为内侧主梁受压。然而通过传统的体系与构造措施设计的马道结构节点很难实现这个目的。传统的马道体系设计常用的提供变形能力的节点形式为长圆孔销轴，通过销轴在长圆孔中的滑动来达到释放沿销轴耳板方向的位移约束。但是在实际运用中，将长圆孔设计得很大是不实际的，单个长圆孔销轴节点的变形量非常有限。当出现超过长圆孔销轴滑动量的变形能力时，马道开始与索网结构协调变形，在马道桁架结构上出现较大的挤压或弯曲(径向位移s)，造成局部马道内外侧主梁拉压力剧增，影响安全。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于柔性索网屋面的带弹簧的悬挂环形马道体系，该环形马道体系通过两根刚性吊杆与两根吊索确保马道的径向稳定性，保证马道不会在非均匀荷载下发生较大倾斜。同时提出了一种带弹簧的马道节点做法，通过在马道环向分段之间的节点增加弹簧，降低索网结构变形对马道受力的影响。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种适用于柔性索网屋面的带弹簧的悬挂环形马道体系，其包括：环形马道、吊框结构、刚性吊杆和吊索；所述环形马道在其分段处设置一个沿径向布置的吊框结构；所述吊框结构包括：门型吊框和设置于所述门型吊框底部的主横梁，所述主横梁的两侧分别铰接有一根刚性吊杆；所述门型吊框的上部两侧分别铰接有一根吊索；所述吊索的上端与其同侧的刚性吊杆之间铰接。

作为一种进一步的技术方案，在两个所述吊框结构之间形成一个马道分段结构。

作为一种进一步的技术方案，所述马道分段结构由两道马道主梁构成，所述马道主梁之间的平面布置与其垂直的马道次梁，所述马道主梁和马道次梁之间的平面布置有斜撑。

作为一种进一步的技术方案，所述马道次梁位置向外延伸一段悬挑梁，所述悬挑梁的端部与扶手上弦之间增加一根斜撑。

作为一种进一步的技术方案，所述主横梁的两侧分别设置有用于与刚性吊杆铰接的连接耳板；所述主横梁于上翼缘的上方设置有两组竖向销轴耳板，每组所述销轴耳板具有三块分别与主横梁方向垂直的带有销轴孔的耳板，三块耳板之间形成两道贯通的插槽，耳板的轴孔为正常标准销轴孔尺寸；所述马道主梁设置有第一竖向横板和第二竖向横板，所述第一竖向横板位于所述马道主梁的端面位置，所述第二竖向横板位于所述马道主梁的后下方位置，所述第一竖向横板连接有一块带有长圆销轴孔的竖向耳板，所述马道主梁通过竖向耳板从每组所述销轴耳板的两侧交叉插入至每道插槽中，每组所述销轴耳板与其对应插入的竖向耳板之间通过销轴连接；所述第二竖向横板通过水平布置的弹性部件与所述主横梁连接。

作为一种进一步的技术方案，所述两组竖向销轴耳板对称分布在所述主横梁的两端。

作为一种进一步的技术方案，每组所述销轴耳板的销轴孔的中心位于所述主横梁中线的正上方。

作为一种进一步的技术方案，所述弹性部件为弹簧结构，所述弹簧结构的一端与所述第二竖向横板连接，所述弹簧结构的另一端与所述主横梁连接。

作为一种进一步的技术方案，所述弹簧结构的中心与所述主横梁的高度中心保持一致。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

一、马道的门式吊框可以很好地保证马道在不对称荷载下的稳定性。

二、带弹簧的长圆孔销轴节点，极大地提高了马道整体适应屋面主索结构较大局部变形的能力。

三、与传统马道结构的连接节点设计相比，本实用新型采用合理的结构布置和节点构造，具有节点受力性能更清晰，环形马道整体受力，结构整体稳定性更好等优点。

四、本实用新型的马道结构连接节点的变形性能可通过调整弹簧的水平刚度控制，具有变形性能更可控，变形能力更大等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的吊框结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的吊框结构立面图；

图3为本实用新型实施例提供的马道分段结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的马道分段结构的立面图；

图5为本实用新型实施例提供的马道分段结构的平面图；

图6为本实用新型实施例提供的连接节点的爆炸图；

图7为本实用新型实施例提供的连接节点装配的立体图；

图8为图7所示的连接节点的侧视图；

图9为图7所示的连接节点的俯视图；

图10为本实用新型实施例提供的结构径向和环向方向的示意图；

图11为本实用新型实施例提供的背景技术中不对称荷载的示意图；

图12为本实用新型实施例提供的背景技术中结构位移与结构受力关系的示意图。

图标：1-主横梁；2-马道主梁；3-竖向耳板；4-弹簧；5-销轴；6-第一竖向横板；7-销轴耳板；8-第二竖向横板；9-竖向板加劲肋；10-扶手上弦；11-刚性吊杆；12-吊索；13-门型吊框；15-耳板；16-马道主梁连接节点；18-马道次梁；19-斜撑；21-马道扶手斜撑；22-扶手立杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实施例提供一种适用于柔性索网屋面的带弹簧的悬挂环形马道体系。

结合图1至图9所示，该马道体系包括：环形马道、吊框结构、刚性吊杆11和吊索12；环形马道在其分段处设置一个沿径向布置的吊框结构(环形马道在实际工程运用中一般会通过分段来拟合平面的圆形)；吊框结构包括：门型吊框13和设置于门型吊框13底部的主横梁1，主横梁1的两侧分别铰接有一根刚性吊杆11(优选地，该刚性吊杆11为刚性圆管，分别布置于吊框下部主梁的左右两侧，吊杆的另一端为与主索结构节点相连的耳板15，刚性圆管两端采用销轴节点释放弯矩)；门型吊框13的上部两侧分别铰接有一根吊索12；吊索12的上端与其同侧的刚性吊杆11之间铰接。当马道结构受到沿径向不均匀布置的荷载时，这两根刚性圆管和两根吊索12以及吊框可以保证马道结构沿径向的稳定。当图2所示结构左侧有竖向向下的荷载，而右侧无荷载时，马道左侧刚性圆管受拉，左侧吊索12会退出工作，右侧刚性圆管受压，右侧吊索12受拉。当图2所示结构右侧有竖向向下的荷载，而左侧无荷载时，马道右侧刚性圆管受拉，右侧吊索12会退出工作，左侧刚性圆管受压，左侧吊索12受拉。通过这种方式，无论何时，都会最少有两根刚性圆管和一根吊索12受力，保证吊框沿水平方向的稳定。

可以理解的是，作为一种进一步的技术方案，在两个吊框结构之间形成一个马道分段结构(内外两道主马道梁的两端均与吊框结构的主横梁1相连)。

具体地，马道分段结构由两道马道主梁2构成，马道主梁2之间的平面布置与其垂直的马道次梁18，马道主梁2和马道次梁18之间的平面布置有斜撑19，保证每一个马道分段结构的平面稳定。每个马道分段结构均布置于两个吊框之间，内外两道主马道梁的两端均与吊框下部的主横梁1相连。马道的扶手(扶手立杆12)与马道主梁2形成桁架共同受力，马道次梁18位置向外延伸一段悬挑梁，悬挑梁的端部与扶手上弦10之间增加一根马道扶手斜撑21，形成三角形，保证扶手上弦10在扶手平面外的稳定。

对于每个马道分段结构来说，由于其两侧的两道门形吊框结构与屋面主索网结构的变形运动近乎一致，因此，当屋面主结构出现较大的局部变形时，局部变形位置下方的马道分段两侧门形吊框可能出现的运动方式有：

(1)、两侧的门形吊框出现上下变形差；

(2)、两侧的门形吊框出现沿环向(即沿马道分段结构主梁方向)的变形差；

(3)、两侧的门形吊框出现沿径向(即与马道分段结构主梁方向垂直方向)的变形差；

(4)、前述三种运动方式的两两组合；

(5)、前述三种运动方式同时出现。

传统的长圆孔销轴连接节点的变形能力有限，无法适应屋面较大的变形。

考虑到这个问题，本申请将每个马道分段结构与吊框的连接方式由传统的长圆孔销轴连接节点改为一种带弹簧的长圆孔销轴连接节点(马道主梁连接节点16)。这种节点可以极大地提高马道的环向变形能力，保证马道结构不与屋面主结构协同受力，并为马道结构提供变形后返回初始几何位置的回复力。

具体地，主横梁的两侧分别设置有用于与刚性吊杆铰接的连接耳板；

该主横梁1于上翼缘的上方设置有两组竖向销轴耳板7，每组销轴耳板7具有三块分别与主横梁1方向垂直的带有销轴孔的耳板，三块耳板之间形成两道贯通的插槽。该主横梁1与马道方向垂直。优选地，两组竖向销轴耳板7对称分布在主横梁1的两端，耳板的轴孔开孔为正常标准销轴孔尺寸。每组销轴耳板7的销轴孔的中心位于主横梁1中线的正上方。这样可以保证在主横梁1两侧的马道上出现不平衡或不对称荷载的时候，主横梁1所受到的合力依然作用于梁的中心，减少或避免对主横梁1产生由于不对称荷载导致的扭转。

该马道主梁2需要与主横梁1上的两组竖向销轴耳板7相连。该马道主梁2的截面可以为工字型、箱形或圆管形。对应地，该马道主梁2设置有第一竖向横板6和第二竖向横板8，第一竖向横板6位于马道主梁2的端面位置(马道主梁2在靠近节点位置处由第一竖向横板6断开，通过这块第一竖向横板6进行转换)，第一竖向横板6连接有一块带有长圆销轴孔的竖向耳板3，马道主梁2通过竖向耳板3从每组销轴耳板7的两侧交叉插入至每道插槽中，每组销轴耳板7与其对应插入的竖向耳板3之间通过销轴5连接，形成一个可使马道梁沿其长度方向滑动的长圆孔销轴节点。

该马道主梁2的第二竖向横板8位于马道主梁2的后下方位置(前述断开马道梁的竖向板后方可设置横板延伸至马道梁下方)，第二竖向横板8通过水平布置的弹性部件与主横梁1连接(主横梁1位于每组销轴耳板7的下方设置有连接挡板，连接挡板与弹簧4结构的端部连接)，该马道主梁2的第二竖向横板8的后侧设置有竖向板加劲肋9。优选地，弹性部件为弹簧4结构，弹簧4结构的一端与第二竖向横板8连接，弹簧4结构的另一端与主横梁1连接。根据实际主体结构可能出现的局部变形量可通过建模计算得到某一弹簧4刚度下的弹簧4变形量，再根据这个弹簧4变形量以及实际节点尺寸可允许的滑动量，通过反复试算迭代得到最合适的弹簧4刚度。

与传统马道结构体系相比，本实用新型具有以下特点和有益效果：

1)、马道的门式吊框可以很好地保证马道在不对称荷载下的稳定性。

2)、带弹簧的长圆孔销轴节点，极大地提高了马道整体适应屋面主索结构较大局部变形的能力。

3)、与传统马道结构的连接节点设计相比，本实用新型采用合理的结构布置和节点构造，具有节点受力性能更清晰，环形马道整体受力，结构整体稳定性更好等优点。

4)、本实施例提供的马道结构连接节点的变形性能可通过调整弹簧的水平刚度控制，具有变形性能更可控，变形能力更大等优点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。