一种张弦梁撑杆的抗滑装置.pdf

本发明公开了一种张弦梁撑杆的抗滑装置，其由一系列抗滑索组成；所述抗滑索成对从张弦梁的两端端部节点往中心对称设置，第一抗滑索连接张弦梁受压上弦端部节点和最靠近端部节点的第一撑杆，第二抗滑索一端与第一撑杆连接，另一端与第二撑杆连接，如此设置，第k抗滑索一端与第k-1撑杆连接，另一端与第k撑杆连接，直到张弦梁跨中。本发明在张弦梁中设置这些抗滑索可以阻止撑杆在靠近受拉下弦的部位产生向张弦梁跨中的滑动，在不改变张弦梁外观的条件下，简化撑杆与下弦之间节点的设计与制作，抗滑索与下弦协同受力，可减少张弦梁受拉构件材料用量。

1.   一种张弦梁撑杆的抗滑装置，其特征在于：其由一系列抗滑索组成；所述抗滑索成对从张弦梁的两端端部节点往中心对称设置，第一抗滑索连接张弦梁受压上弦端部节点和第一撑杆，第二抗滑索一端与第一撑杆连接，另一端与第二撑杆连接，如此设置，第k抗滑索一端与第k‑1撑杆连接，另一端与第k撑杆连接，直到张弦梁跨中；所述的直到张弦梁跨中是指：若撑杆的个数为奇数时，取消与中心撑杆相连的左右两道抗滑索；若撑杆的个数为偶数时，取消连接最中心两根撑杆的一道抗滑索；所述的k为大于2的自然数；各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端。

2.   根据权利要求1所述的张弦梁撑杆抗滑装置，其特征在于，所述抗滑索采用钢绞线、钢丝束、钢棒或型钢。

3.   根据权利要求1所述的张弦梁撑杆抗滑装置，其特征在于，所述各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端为各撑杆与受拉下弦连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下1‑5个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和的点位。

4.   根据权利要求3所述的张弦梁撑杆抗滑装置，其特征在于，所述各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端为各撑杆与受拉下弦连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下1个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和的点位。

5.   根据权利要求1所述的张弦梁撑杆抗滑装置，其特征在于，从张弦梁端部到跨中，所述抗滑索截面从大到小变化。

一种张弦梁撑杆的抗滑装置
技术领域
本发明涉及一种张弦梁，特别是涉及一种张弦梁撑杆抗滑装置，属于建筑工程领域。
背景技术
如图1所示，张弦梁结构是一种由受压上弦4、受拉下弦1以及撑杆3形成的自平衡结构，其组成简单、受力明确、可充分发挥刚柔两种材料的优势，作为空间结构显得轻盈，并且制造、运输、施工简捷方便，因此应用广泛。张弦梁的撑杆3沿跨度方向等间距设置，距离不超过张弦梁的高度，且撑杆垂直于张弦梁两端端点的连线，撑杆3上端与受压上弦4连接，下端与受拉下弦1连接。
如图2所示，由于张弦梁的撑杆3垂直于张弦梁两端端点的连线，所以，除非撑杆正好位于张弦梁的跨中，否则撑杆左边受拉下弦与水平方向之间的夹角α₁以及撑杆右边受拉下弦与水平方向之间的夹角α₂不相等，以如图1所示的张弦梁为例，对于左边半跨来说，撑杆左边受拉下弦与水平方向之间的夹角α₁大于撑杆右边受拉下弦与水平方向之间的夹角α₂。因为撑杆左边受拉下弦的内力T₁与撑杆右边受拉下弦的内力T₂相等，则撑杆左边受拉下弦内力T₁在水平向的分力H₁小于撑杆右边受拉下弦内力T₂在水平向的分力H₂，宏观的表现就是撑杆和受拉下弦的连接节点会向右边，也就是张弦梁的跨中滑动，撑杆绕其与受压上弦的连接节点旋转，这样的结果不仅会影响美观，甚至造成结构安全事故。
解决这个问题的关键在于使撑杆左边受拉下弦内力T₁在水平向的分力H₁等于撑杆右边受拉下弦内力T₂在水平向的分力H₂，而只有撑杆左边受拉下弦的内力T₁大于撑杆右边受拉下弦内力T₂，才能满足这个条件。
在实际的工程应用中，这是难以办到的。因为受拉下弦仅有两个端头，分别在张弦梁的两端节点处，所以，当施工时通过牵引受拉下弦端头以张拉受拉下弦时，同一根受拉下弦的每一段，其拉力是均匀的，也就是撑杆左边受拉下弦的内力T₁等于撑杆右边受拉下弦内力T₂，这样，就使得撑杆下端节点向张弦梁跨中的滑动难以避免。
实际工程中一般采用以下三种方法来解决这个问题：
1、增大撑杆下端节点与受拉下弦之间的约束能力——通常是通过在构造上夹紧受拉下弦来产生摩擦力△T——如图2所示，摩擦力△T在水平方向的分力为f。摩擦力△T与撑杆左边受拉下弦内力T₁的合力（△T+T₁）在水平方向的分力（f+H₁）等于撑杆右边受拉下弦内力T₂在水平向的分力H₂，由此可以避免撑杆的滑移。如果张弦梁承担的荷载较小——这意味着撑杆左边受拉下弦的内力T₁和撑杆右边受拉下弦的内力T₂均较小，那么两者的水平分力相差也就不大，这样较容易通过构造夹紧受拉下弦来产生摩擦力△T。但如果张弦梁承受的荷载较大，或者为了防腐，在受拉下弦外有油脂层包裹等情况下，就很难通过夹紧受拉下弦来产生足够的摩擦力△T了。另外，考虑到受拉下弦被拉紧时，其直径会随着受拉下弦内力T₁的增大而不断减小，这也使得通过设计撑杆下端节点构造来夹紧受拉下弦很困难。有些实际工程应用中，会采用在撑杆下端节点中设置很多高强螺栓来增大摩擦力△T，因此造成撑杆下端节点会很大，破坏了张弦梁结构本来应该显得轻盈的观感，这种做法通常不能被业主和建筑师接受。
2、改变通常将撑杆设计为垂直于张弦梁两端端点的连线的做法，使撑杆的中轴线位于撑杆左右两侧受拉下弦所形成夹角的角平分线上。这样一来，由于撑杆与左边受拉下弦之间的夹角以及撑杆与右边受拉下弦之间的夹角相等，而且同时撑杆左边受拉下弦的内力T₁等于撑杆右边受拉下弦的内力T₂，所以撑杆下端夹持受拉下弦的节点就稳定而不会左右滑动了。如图3所示。但是在大多数建筑工程中，张弦梁结构都暴露在外，以其简洁有规律的结构美感得到建筑师和业主的青睐，如果改变撑杆的倾斜角，相当于改变了张弦梁的建筑外观，这需要结合建筑和装饰风格综合考虑。
3、将受拉下弦以撑杆为界分段，使撑杆下端节点在受拉下弦上的相对位置保持不变，以此杜绝撑杆下滑。如图4所示。这种处理方式的问题在于建筑观感、加工下料难度以及造价上：首先，因为受拉下弦的端头节点体型较大，而且受拉下弦的横截面积越大，其端头节点体积就越大。如果将受拉下弦分段，将会出现沿受拉下弦的一系列体型庞大的节点，与张弦梁本身轻盈节省材料的形象不符合。第二，要保持撑杆轴线垂直于张弦梁两端端点的连线，那么每一段受拉下弦的长度要在下料时就控制得很准确。考虑到受拉下弦内力较大时会有伸长，做到这一点并不容易。如果在受拉下弦的节点设计上想办法，使其可以调节受拉下弦的长度，则节点的体积会更加庞大。第三，节点的造价一般都较高，因为受拉下弦直径较大，所以其节点体积庞大，价格较高。而如果设置抗滑索，因为抗滑索的直径较小，所以其节点体积小，价格相对低很多——所以设计时应尽量减少大截面受拉下弦端头节点的数量。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有方法的不足，提供一种不影响观感、能有效阻止撑杆节点下滑、造价低的张弦梁撑杆抗滑装置。
本发明的目的通过下述方法实现：
一种张弦梁撑杆的抗滑装置，其特征在于：其由一系列抗滑索组成；所述抗滑索成对从张弦梁的两端端部节点往中心对称设置，第一抗滑索连接张弦梁受压上弦端部节点和第一撑杆，第二抗滑索一端与第一撑杆连接，另一端与第二撑杆连接，如此设置，第k抗滑索一端与第k‑1撑杆连接，另一端与第k撑杆连接，直到张弦梁跨中；所述的直到张弦梁跨中是指：若撑杆的个数为奇数时，取消与中心撑杆相连的左右两道抗滑索；若撑杆的个数为偶数时，取消连接最中心两根撑杆的一道抗滑索；所述的k为大于2的自然数；各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端。
为进一步实现本发明目的，所述抗滑索采用钢绞线、钢丝束、钢棒或型钢。
所述各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端为各撑杆与受拉下弦连接的部位优选设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下1‑5个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和的点位。
所述各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端为各撑杆与受拉下弦连接的部位进一步优选设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下1个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和的点位。
从张弦梁端部到跨中，所述抗滑索截面从大到小变化。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1）本发明在张弦梁中设置抗滑索，可以阻止撑杆靠近受拉下弦的部位产生向张弦梁跨中的滑动，也就是采用本发明可以避免张弦梁工作时撑杆与下弦之间发生滑移，消除了因节点滑移产生的安全隐患。
2）因为不需要采用很多高强螺栓夹紧撑杆与下弦连接节点，所以，该节点的设计与制作相对简化，且体积较小。
3）因为不改变张弦梁撑杆和受拉下弦的夹角，所以不影响建筑外观。
4）减少受拉下弦材料用量。因为从张弦梁跨中到支座，抗滑索力越来越大，所以，如果不设置抗滑索，受拉下弦就会按拉力最大的一段也就是靠近支座的一段）来确定截面大小。如果设置抗滑索，则受拉下弦可以按拉力最小的一段也就是跨中）来确定截面大小，而抗滑索则根据各段不同的拉力选择不同的截面。总体上减小了材料用量。
附图说明
图1是现有技术张弦梁结构示意图。
图2是图1所示撑杆靠近受拉下弦的节点的受力示意图。
图3是现有技术撑杆呈放射式设置的张弦梁结构示意图。
图4是现有技术受拉下弦以撑杆为界分段的张弦梁结构示意图。
图5是实施例1张弦梁撑杆抗滑索的结构示意图。
图6是实施例2设置了撑杆抗滑索的张弦梁结构示意图。
具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例。
实施例1
如图5所示，一种张弦梁撑杆的抗滑装置，由一系列抗滑索2组成；若张弦梁撑杆数目为n，当n为奇数时，抗滑索2由第一抗滑索2‑1、第二抗滑索2‑2、…、第k‑1抗滑索2‑(k‑1)、第k抗滑索2‑k、第k+1抗滑索2‑(k+1)、…和第(n‑1)/2抗滑索2‑(n‑1)/2组成，抗滑索成对从张弦梁的两端端部节点开始对称设置，第一抗滑索2‑1、第二抗滑索2‑2、…、第k‑1抗滑索2‑(k‑1)、第k抗滑索2‑k、第k+1抗滑索2‑(k+1)、…、第(n‑1)/2抗滑索2‑(n‑1)/2分别为2个；当n为偶数时，抗滑索2由第一抗滑索2‑1、第二抗滑索2‑2、…、第k‑1抗滑索2‑(k‑1)、第k抗滑索2‑k、第k+1抗滑索2‑(k+1)、…和第n/2抗滑索2‑n/2组成，抗滑索成对从张弦梁的两端端部节点开始对称设置，第一抗滑索2‑1、第二抗滑索2‑2、…第k‑1抗滑索2‑(k‑1)、第k抗滑索2‑k、第k+1抗滑索2‑(k+1)、…第n/2抗滑索2‑n/2分别为2个；第一抗滑索2‑1连接张弦梁受压上弦4端部节点和最靠近端部节点的第一撑杆3‑1，假设受拉下弦1截面半径为R，抗滑索2‑1截面半径为r₁，则第一抗滑索2‑1与第一撑杆3‑1连接的部位设置在第一撑杆3‑1与受拉下弦1的连接节点上下（R+r₁）的范围内；第二抗滑索2‑2一端与第一撑杆3‑1连接，假设受拉下弦1截面半径为R，抗滑索2‑2截面半径为r₂，则连接的部位设置在第一撑杆3‑1与受拉下弦1的连接节点上下（R+r₂）的范围内（需要说明的是，各抗滑索与各撑杆连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下端，也就是在连接节点的上端和下端均可；而且连接的部位指节点的中心点；该连接的节点尽量接近受拉下弦为好，一般各撑杆与受拉下弦连接的部位设置在各撑杆与受拉下弦的连接节点上下1‑5个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和的点位，这里优选1个受拉下弦截面半径与各相应段抗滑索半径之和），另一端与第二撑杆3‑2连接，连接的部位设置在第二撑杆3‑2与受拉下弦1的连接节点上下（R+r₂）的范围内......第k抗滑索2‑k一端与第k‑1撑杆3‑(k‑1)连接，假设受拉下弦1截面半径为R，抗滑索2‑k截面半径为r_k，则连接的部位设置在撑杆3‑(k‑1)与受拉下弦1的连接节点上下（R+r_k）的范围内，另一端与第k撑杆3‑k连接，连接的部位设置在撑杆3‑k与受拉下弦1的连接节点上下（R+r_k）的范围内......如此设置直到张弦梁跨中；若撑杆3的个数为奇数时，连接中心撑杆的抗滑索取消；若撑杆3的个数为偶数时，连接最中心两根撑杆的抗滑索取消；抗滑索2采用钢绞线、钢丝束、钢棒或型钢。抗滑索2在同一榀张弦梁中，抗滑索2的截面大小可以不同——从张弦梁端部到跨中，截面从大到小变化。
在此实施例中，第一抗滑索2‑1、第二抗滑索2‑2、…、第k‑1抗滑索2‑(k‑1)、第k抗滑索2‑k、第k+1抗滑索2‑(k+1)、…均采用钢丝束，其横截面积的确定与材料强度f及抗滑索的内力T有关。
假设张弦梁高为H，跨度为L，设置撑杆数目为n，则撑杆间距为L/（n+1）。将撑杆从张弦梁端部开始编号，直到张弦梁跨中。由于张弦梁结构两边对称，故撑杆编号也对称设置。
若n为奇数，则撑杆编号分别为3‑1，3‑2，……，3‑(k‑1)，3‑k，3‑(k+1)，……，3‑(n+1)/2。各撑杆的长度分别为h₁，h₂，……，h_k‑1，h_k，h_k+1，……，h_(n+1)/2。
若n为偶数，则撑杆编号分别为3‑1，3‑2，……，3‑(k‑1)，3‑k，3‑(k+1)，……，3‑n/2。各撑杆的长度分别为h₁，h₂，……，h_k‑1，h_k，h_k+1，……，h_n/2。
将抗滑索从张弦梁端部开始编号，直到张弦梁跨中。由于张弦梁结构两边对称，故抗滑索编号也对称设置。
若n为奇数，则跨中可取消两根抗滑索，从两端到中间抗滑索编号分别为2‑1，2‑2，……，2‑(k‑1),2‑k,2‑(k+1),……，2‑(n‑1)/2。若n为偶数，则跨中取消一根抗滑索，从两端到中间抗滑索编号分别为2‑1，2‑2,……,2‑(k‑1),2‑k，2‑(k+1),……，2‑n/2。
张弦梁撑杆与多个受拉下弦连接的多个结点内接于一个圆，圆的方程推导如下（取张弦梁左半部分考虑）：设圆弧半径为R，由(L/2)²+(R‑H)²=R²可得：
圆弧半径