阅读说明：本技术 一种矩形平面的双向张弦梁结构 (Bidirectional beam string structure with rectangular plane ) 是由 白光波 朱忠义 王昕� 周忠发 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矩形平面的双向张弦梁结构,包括：上层梁系、下层索系和撑杆；上层梁系由水平投影为正交正放的两组梁系连接构成,两组梁系相交处形成上层梁系节点,两组梁系的水平投影分别平行于结构矩形平面的两组对边,梁端节点和上层梁系节点均位于椭圆抛物面上；下层索系由水平投影为斜放的两组索系组成,两组索系的水平投影分别与结构矩形平面的两个对角线方向平行,两组索系相交处形成下层索系节点,下层索系节点与对应的上层梁系节点的水平投影重合；撑杆连接下层索系节点和相应的上层梁系节点。本发明的每个上层网格均为平面四边形,降低了屋面单元加工和安装难度,同时所有张弦索的受力效率相当,提高了边榀张弦梁的刚度和稳定性。(The invention discloses a bidirectional beam string structure with a rectangular plane, which comprises: an upper layer beam system, a lower layer cable system and a support rod; the upper beam system is formed by connecting two groups of beam systems with orthogonal and orthographic horizontal projections, upper beam system nodes are formed at the intersection of the two groups of beam systems, the horizontal projections of the two groups of beam systems are respectively parallel to two groups of opposite sides of the rectangular plane of the structure, and the beam end nodes and the upper beam system nodes are both positioned on the elliptic paraboloids; the lower-layer cable system consists of two groups of cable systems with inclined horizontal projections, the horizontal projections of the two groups of cable systems are respectively parallel to two diagonal directions of a structural rectangular plane, a lower-layer cable system node is formed at the intersection of the two groups of cable systems, and the lower-layer cable system node is superposed with the horizontal projection of the corresponding upper-layer beam system node; the brace rod is connected with the lower layer cable system node and the corresponding upper layer beam system node. Each upper grid of the invention is a plane quadrangle, thereby reducing the processing and installation difficulty of the roof unit, simultaneously the stress efficiency of all the beam strings is equivalent, and the rigidity and stability of the side beam string beams are improved.)

一种矩形平面的双向张弦梁结构

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是一种矩形平面的双向张弦梁结构。

背景技术

张弦结构由刚性的上层梁(系)、柔性的下层索(系)和连接二者的撑杆组成，是一类典型的由刚、柔单元组成的杂交结构体系。这类结构体系的最早应用形式是平面受力的张弦梁，其刚性部分采用梁、拱等单向构件，柔性部分采用单根索。在张弦梁基础上，逐渐发展出张弦立体桁架、双向张弦梁结构、多向张弦梁结构、张弦网壳等不同类型。

近年来，张弦结构以跨越能力大、受力性能优越、经济性好等优点，在各类大跨度建筑屋顶结构中得到了广泛应用，特别是双向张弦梁结构，由于其建筑效果通透，且具有双向传力优势，在采光顶等建筑结构中受到了建筑师和结构工程师的欢迎，如图1所示。

在应用于矩形平面的大跨度结构时，双向张弦梁结构通常由正交正放的梁系、与梁系水平投影重合的正交索系和连接二者的撑杆组成，一般采用玻璃屋面或金属屋面。在工程实践中，现有技术存在两方面问题：

(1)当双向张弦梁结构应用于平屋顶时，为满足排水要求，需要屋面具有一定的坡度；而采用单元式的玻璃或金属屋面时，每个上层结构网格宜为平面四边形，从而避免屋面单元的翘曲。若通过结构找坡，则上层梁系需采用微凸的曲面或多个平面拼接的形式，这种情况下，通常无法保证每个网格均为平面四边形，导致屋面单元的加工和安装难度增加。

(2)正交正放下层索系两个方向的拉索跨度分别相等，对于边榀拉索，其形状受与之正交的拉索位形限制，通常垂跨比小、受力效率不高，无法充分发挥索系的作用，导致结构在边榀张弦梁处的刚度和稳定性偏低。

上述问题在一定程度上影响了建筑结构的经济性和受力性能，增大了双向张弦梁结构在矩形平面大跨度结构中的应用难度。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形平面的双向张弦梁结构，以解决现有技术中存在的屋面单元加工和安装难度大、边榀张弦梁刚度和稳定性低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种矩形平面的双向张弦梁结构，该结构包括：上层梁系、下层索系和撑杆；其中，所述上层梁系由水平投影为正交正放的两组梁系连接构成，所述两组梁系相交处形成上层梁系节点，两组梁系的水平投影分别平行于结构矩形平面的两组对边，梁端节点和所述上层梁系节点均位于椭圆抛物面上，所述椭圆抛物面方程为其中a、b为常数，x、y、z为梁端节点和上层梁系节点在三维坐标系下的坐标，所述三维坐标系以矩形平面屋顶中心为原点，x轴和y轴分别与所述结构矩形平面的两组对边平行，z轴竖直向上；

所述下层索系由水平投影为斜放的两组索系组成，所述两组索系的水平投影分别与结构矩形平面的两个对角线方向平行，两组索系相交处形成下层索系节点，所述下层索系节点与对应的上层梁系节点的水平投影重合；

所述撑杆位于上层梁系和下层索系之间，连接下层索系节点和相应的上层梁系节点。

进一步的，每个所述下层索系节点均通过所述撑杆与其上方对应的所述上层梁系节点连接。

进一步的，所述下层索系节点的标高通过找形确定。

与现有技术相比，本发明提出的矩形平面的双向张弦梁结构具有两个方面的有益效果：

1、上层梁系节点采用椭圆抛物面方程定位，且两组梁系相交形成的四边形网格的水平投影为矩形，该布置方式可以使每个上层网格均为平面四边形，且结构自身曲面光滑、坡度能满足排水需求，从而极大方便玻璃或金属材质单元屋面的加工和安装。

2、下层索系采用斜放布置，两组索系的投影分别与结构矩形平面的对角线平行，对于任意一组索系，靠近对角线的索跨度大、垂度大，远离对角线的索跨度小、垂度小，因此所有索的垂跨比接近、受力效率相当，可以实现整体结构的刚度均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

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发明的一些实施方式，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为现有技术中的双向张弦梁结构示意图；

图2为本发明提供的双向张弦梁上层梁系网格的示意图；

图3为本发明中实施例一提供的双向张弦梁结构的轴测图；

图4为本发明中实施例一提供的双向张弦梁结构的分解图；

图5为本发明中实施例一提供的双向张弦梁结构的平面图；

图6为图5中P1区域结构的剖面图；

图7为图5中P2区域结构的剖面图；

图8为本发明中实施例二提供的双向张弦梁结构的轴测图；

图9为本发明中实施例二提供的双向张弦梁结构的分解图；

图10为本发明中实施例二提供的双向张弦梁结构的平面图；

图11为图10中P3区域结构的剖面图；

图12为图10中P4区域结构的剖面图；

其中：101为上层梁系，102为下层索系，103为撑杆，201为梁端节点，202为上层梁系节点，203为下层索系节点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明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发明，并不用于限制本发明。

实施例一

如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示为本发明一种矩形平面的双向张弦梁结构的第一种具体实施方式，在本实施例中，双向张弦梁结构由上层梁系101、下层索系102和撑杆103组成，结构的水平投影为正方形。

上层梁系101由水平投影为正交正放的两组梁系组成，两组梁系的水平投影分别与结构正方形平面的两组对边平行，梁端节点201和上层梁系节点202均位于椭圆抛物面上。以矩形平面屋顶的中心为原点建立三维坐标系，三维坐标系的x轴和y轴分别与结构正方形平面的两组对边平行，z轴竖直向上，则梁端节点201和上层梁系节点202所在的椭圆抛物面方程为其中a、b为常数，x、y、z为梁端节点201和上层梁系节点202的三维坐标；

上层梁系101形成的各网格均为平面四边形，证明如下：

任取一个四边形网格(参考图2)，网格四个角点的坐标分别为A(x₀,y₀,z₀)、B(x₀+L,y₀,z₁)、C(x₀+L,y₀+W,z₂)、D(x₀,y₀+W,z₃)，则根据梁端节点201和上层梁系节点202所在的曲面方程，可得四个角点的z坐标分为：

由此得到网格两组对边的向量分别为：

上述关系表明网格两组对边分别平行，因此网格的四个角点共面，即网格为平面四边形。

下层索系102由水平投影为正交斜放的两组索系组成，两组索系的投影分别与结构正方形平面的对角线方向平行，并在上层梁系节点202的下方相交形成下层索系节点203，即下层索系节点203与对应的上层梁系节点202的水平投影重合。下层索系节点203的标高通过找形确定。下层索系102采用满布方式，即每个上层梁系节点202下方均设有撑杆103和下层索系102。

撑杆103位于上层梁系101和下层索系102之间，连接下层索系节点203和相应的上层梁系节点202。

采用上述技术方案，本实施例具有如下优点：

1、梁端节点201和上层梁系节点202采用椭圆抛物面方程定位，且两组梁系相交形成的四边形网格的水平投影为矩形，该布置方式可以使每个上层网格均为平面四边形，且结构自身曲面光滑、坡度能满足排水需求，从而极大方便玻璃或金属材质单元屋面的加工和安装。

2、下层索系102采用斜放布置，两组索系的投影分别与结构矩形平面的对角线平行，对于任意一组索系，靠近对角线的索跨度大、垂度大，远离对角线的索跨度小、垂度小，因此所有索的垂跨比接近、受力效率相当，可以实现整体结构的刚度均匀。

实施例二

如图8、图9、图10、图11和图12所示为本发明一种矩形平面的双向张弦梁结构的第二种具体实施方式，本实施例中的双向张弦梁结构布置与实施例一基本相同，相同之处在此不再赘述，与实施例一相比的不同之处在于，结构的水平投影为长方形，且下层索系102采用抽空布置方式，即沿平行于矩形平面对角线方向，在每隔一列上层梁系节点202下方设置撑杆103和下层索系102。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。