本发明涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种张弦梁结构及其施工方法。
背景技术：
目前土木工程领域，张弦梁结构的应用越来越多。张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索和撑杆所形成的混合结构体系，其结构组成为自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。张弦梁结构体系简单，受力明确，结构形式多样，充分发挥了刚柔两种材料的优势。
其中，图1提供了一种现有的直梁型张弦梁结构，其包括上弦10、撑杆12、下弦拉索13以及支座14；所述上弦10的两端分别连接在两个所述支座14上，两个所述撑杆12的上端与所述上弦10连接，两个所述撑杆12的下端与所述下弦拉索13连接，所述下弦拉索13的两端分别与所述上弦10的两端相连。
然而，对于常规的大跨度张弦梁结构，当撑杆12的数量较少时，撑杆12间距比较大，此时，往往需要上弦10具有较大的截面，以满足上弦10的刚度、强度以及稳定性等要求。倘若上弦截面的高度h0较大，则容易导致张弦梁结构整体的高度以及高跨比偏大，对建筑效果与使用性能产生制约。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种张弦梁结构及其施工方法，以解决现有的张弦梁结构的整体高度以及高跨比偏大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种张弦梁结构，包括:次级张弦梁、上弦连接单元、主张弦梁撑杆和主张弦梁下弦拉索；
至少两个所述次级张弦梁通过至少一个所述上弦连接单元连接并构成一主张弦梁上弦；至少一个所述主张弦梁撑杆的上端与所述上弦连接单元连接，所述主张弦梁撑杆的下端与所述主张弦梁下弦拉索连接，所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接。
可选的，每个所述次级张弦梁包括次级张弦梁上弦、次级张弦梁撑杆和次级张弦梁下弦拉索；所述次级张弦梁撑杆的上端与所述次级张弦梁上弦连接，所述次级张弦梁撑杆的下端与所述次级张弦梁下弦拉索连接，所述次级张弦梁下弦拉索的两端分别与所述次级张弦梁上弦的两端连接。
可选的，在每个所述次级张弦梁中，所述次级张弦梁撑杆为一个。
可选的，在每个所述次级张弦梁中，所述次级张弦梁撑杆为多个。
可选的，多个所述次级张弦梁撑杆在所述次级张弦梁上弦的长度方向上均匀分布。
可选的，所述次级张弦梁撑杆与所述主张弦梁撑杆在所述次级张弦梁上弦的同一侧。
可选的，所述次级张弦梁上弦为实腹梁或桁架。
可选的，所述次级张弦梁上弦为直梁型结构。
可选的，所述上弦连接单元为实腹梁或桁架。
可选的，所述张弦梁结构还包括支座和支承结构；
所述主张弦梁上弦的两端还分别通过一个支座与支承结构连接。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供了一种张弦梁结构的施工方法，包括：
由工厂或现场预制至少两个次级张弦梁；
将至少两个所述次级张弦梁于施工现场通过至少一个上弦连接单元连接在一起，以构成一主张弦梁上弦；
将至少一个所述主张弦梁撑杆的上端与所述上弦连接单元连接，并将至少一个所述主张弦梁撑杆的下端与所述主张弦梁下弦拉索连接，
将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接，以获得一张弦梁结构。
可选的，将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接，包括：
将所述主张弦梁下弦拉索的两端放置在主张弦梁上弦的两端；以及
对所述主张弦梁下弦拉索进行张拉。
可选的，将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接，还包括：
将所述主张弦梁上弦的两端分别通过一个支座与支承结构连接。
与现有技术相比，本发明提供的张弦梁结构包括:次级张弦梁、上弦连接单元、主张弦梁撑杆和主张弦梁下弦拉索，至少两个所述次级张弦梁通过至少一个所述上弦连接单元连接并构成主张弦梁上弦，这样便根据传力路径划分主次级别，将常规张弦梁位于撑杆之间的上弦梁段替换为至少两个次级张弦梁，且利用了张弦梁为空腹梁的特点，在减少主张弦梁撑杆数量的同时，大大降低主张弦梁上弦刚性构件截面的高度，从而使采用这种张弦梁结构的大跨度结构整体上具有更小的梁高与高跨比，使建筑外观更轻薄，建筑效果更好，且减少主张弦梁撑杆的同时，还可以降低主张弦梁下弦拉索在现场施工张拉过程的难度与复杂性；
进一步的，在本发明提供的张弦梁结构中，至少两个次级张弦梁可由工厂端预制并在施工现场组装，这样的施工方法可以使施工过程更便捷，提高施工效率。
附图说明
图1是现有的直梁型张弦梁结构的示意图；
图2是本发明实施例一的张弦梁结构的示意图；
图3是本发明实施例一的次级张弦梁的示意图；
图4是本发明实施例二的张弦梁结构的示意图；
图5是本发明实施例三的张弦梁结构的示意图。
图中：
10-上弦；12-撑杆；13-下弦拉索；14-支座；
21-上弦连接单元；22-主张弦梁撑杆；23-主张弦梁下弦拉索；24-支座；30-次级张弦梁；31-次级张弦梁上弦；32-次级张弦梁撑杆；33-次级张弦梁下弦拉索。
具体实施方式
基于背景技术中所述的直梁型张弦梁结构，发明人发现，增加撑杆13虽可以减小上弦10的截面高度h0，但也会使撑杆13下端两侧相邻索段之间的夹角变大，从而降低了下弦拉索13为撑杆12提供竖向力的效率；同时，设置较多撑杆12也会增加现场施工张拉过程的难度与复杂性，并在一定程度上影响了建筑效果。
为此，本发明提供了一种分级张弦梁结构，利用张弦梁为空腹梁的特点，通过将常规张弦梁上弦位于撑杆之间的梁段用次级张弦梁代替，在减少撑杆数量的同时，降低其上弦刚性构件截面的高度。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的张弦梁结构作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。
【实施例一】
首先，请参考图2，其是本发明实施例一的张弦梁结构的示意图，其中的张弦梁结构为一直梁型张弦梁结构，并包括:次级张弦梁30、上弦连接单元21、主张弦梁撑杆22和主张弦梁下弦拉索23。
所述次级张弦梁30于本实施例中为三个，三个所述次级张弦梁30依次连接，且相邻所述次级张弦梁30通过一个所述上弦连接单元21连接，从而使三个所述次级张弦梁30共同构成一个直梁型的主张弦梁上弦。此外，每个上弦连接单元21与一根所述主张弦梁撑杆22的上端连接，所述主张弦梁撑杆22的下端与所述主张弦梁下弦拉索23连接，所述主张弦梁下弦拉索23的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端相连。
在此，本发明利用了张弦梁为空腹梁的特点，通过将常规张弦梁上弦位于撑杆之间的梁段替换为三个次级张弦梁30，可以大大降低张弦梁上弦刚性构件的截面高度，从而使采用这种张弦梁结构的大跨度结构整体上具有更小的梁高与高跨比，使建筑外观更轻薄，建筑效果更好，且减少主张弦梁撑杆的同时还可以降低现场施工张拉过程的难度与复杂性。
继续参考图2，所述主张弦梁上弦的两端还分别与一个支座24连接，并通过该支座与支承结构连接。
图3是本发明实施例一的次级张弦梁的示意图，如图3所示，每个所述次级张弦梁30包括次级张弦梁上弦31、次级张弦梁撑杆32和次级张弦梁下弦拉索33；所述次级张弦梁撑杆32为两根，两根所述次级张弦梁撑杆32的上端均与所述次级张弦梁上弦31相连，两根所述次级张弦梁撑杆32的下端均与所述次级张弦梁下弦拉索33相连，且所述次级张弦梁下弦拉索33的两端分别与所述次级张弦梁上弦31的两端相连。其中，所述次级张弦梁上弦31为直梁型结构，以此获得直梁型的主张弦梁上弦。
这里，任意一个次级张弦梁30为整个张弦梁结构的一部分，其跨度相对较小，因此其次级张弦梁上弦31的截面高度h1也可以设计得较小。而且任意一个次级张弦梁30为一个独立的自平衡体系，可由工厂或现场预制，从而免去了次张弦梁撑杆32和次张弦梁下弦拉索33在现场的组装与张拉施工，使现场施工过程较为便捷。
本实施例中，在每个所述次级张弦梁30中，所述次级张弦梁撑杆32为两个，可沿所述次级张弦梁上弦31的长度方向均匀分布。此外，发明人通过力学分析发现，使用较少的撑杆，可以使撑杆下端两侧相邻索段之间的夹角变小，从而提高了下弦拉索为撑杆提供竖向力的效率。在本实施例中，主、次两级构件各自具有较少的撑杆，其主、次下弦拉索在提供撑杆向上推力方面，均具有较高的效率。
进一步的，所述次级张弦梁撑杆32与所述主张弦梁撑杆22优选设置在所述次级张弦梁上弦的同一侧。将主、次张弦梁撑杆同侧设置时，可利用张弦梁为空腹梁的特点，使次级构件的高度集成到主级构件的高度范围之内，有效的降低了张弦梁结构的整体高度。
更进一步的，所述次级张弦梁上弦31和所述上弦连接单元21中的一个或两个可采用实腹梁、桁架或其他类似构造。
需要说明的是，本实施例中的次级张弦梁30的数量不限于三个，可根据实际工程情况取不少于两个，且相邻两个次级张弦梁30至少通过一个上弦连接单元21连接。因此，当次级张弦梁30取两个时，仅需要设置一根主张弦梁撑杆22即可，可以较大提高主张弦梁下弦拉索23为主张弦梁撑杆22提供竖向力的效率。
【实施例二】
请参考图4，其是本发明实施例二的张弦梁结构的示意图，与实施例一的区别在于：本实施例的次级张弦梁30的数量为四个，四个次级张弦梁30依次连接，且相邻两个次级张弦梁30通过一个上弦连接单元21连接，而且，每个次级张弦梁30内仅设置1个次级张弦梁撑杆13。因此，本实施例的张弦梁结构的跨度更大，每个次级张弦梁30的结构更为简单。
【实施例三】
请参考图5，其是本发明实施例三的张弦梁结构的示意图，与实施例一的区别在于：本实施例的次级张弦梁30的数量为两个，两个次级张弦梁30通过一个上弦连接单元21连接，且每个次级张弦梁30中的次级张弦梁上弦31为拱形结构，从而所获得的主张弦梁上弦亦为拱形结构，因此，本实施例的张弦梁结构被构造成拱形张弦梁结构。
在上述实施例中，每个次级张弦梁30内的次级张弦梁撑杆32可设置1个、2个或2个以上，优选的，多个次级张弦梁撑杆32沿次级张弦梁上弦31的长度方向均匀分布，以确保受力均衡。此外，在本发明的张弦梁结构中，所述主张弦梁上弦位于主张弦梁撑杆22之间的多个次级张弦梁30的结构可以相同或不相同，例如次级张弦梁撑杆32的数量设置不同而使得次级张弦梁30的结构不相同。
【实施例四】
本发明实施例还提供了一种张弦梁结构的施工方法，包括：
由工厂或现场预制至少两个次级张弦梁；
将至少两个所述次级张弦梁于施工现场通过至少一个上弦连接单元连接在一起，以构成一主张弦梁上弦；
将至少一个所述主张弦梁撑杆的上端与所述上弦连接单元连接，并将至少一个所述主张弦梁撑杆的下端与所述主张弦梁下弦拉索连接，
将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端相连，以获得一张弦梁结构。
进一步的，将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接，包括：
将所述主张弦梁下弦拉索的两端放置在主张弦梁上弦的两端；以及
对所述主张弦梁下弦拉索进行张拉。
更进一步的，将所述主张弦梁下弦拉索的两端分别与所述主张弦梁上弦的两端连接，还包括：
将所述主张弦梁上弦的两端分别通过一个支座与支承结构连接，即完成一榀由主、次构件共同构成并整体受力的分级张弦梁结构的构建。
因此，本实施例所提供的施工方法，可以实现次级张弦梁由工厂或现场预制且于现场组装，以此减少撑杆在施工现场的设置，从而减少下弦拉索在现场施工张拉过程的难度与复杂性。此外，工厂预制的构件可以大大提高施工精度，确保施工质量。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。