本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程種鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼管混凝土結(jié)構(gòu)開拓了兩個新的應(yīng)用領(lǐng)域，一個是公路和城市橋梁，另一個是高層和超高層建筑，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸增多。但實際工程中由于混凝抗壓與抗拉性能差別很大，同時混凝土構(gòu)件材料用量大，自重大，極少用于大跨空間桁架中。而鋼材強度高，材料用量小，自重輕，因而常用于大跨屋面梁或桁架，在部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中，環(huán)桁架受到巨大的扭矩、軸拉力、軸壓力，若采用常規(guī)的純鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架，鋼材用量非常大，結(jié)構(gòu)成本極高。如何通過把鋼和混凝土巧妙的組合在一起，并充分發(fā)揮鋼和混凝土的材料特性，用較小的鋼材用量和混凝土用量來承擔部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中的環(huán)桁架受到的巨大的扭矩、軸拉力、軸壓力，降低成本，加快施工進度，提高經(jīng)濟效益是工程中需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中的環(huán)桁架承受扭矩、軸拉力、軸壓力，若采用常規(guī)的純鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架，鋼材用量非常大，結(jié)構(gòu)成本極高的問題，本發(fā)明提出了一種鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)把鋼和混凝土巧妙的組合在一起，并充分發(fā)揮鋼和混凝土的材料特性，用較小的鋼材用量和混凝土用量，來承擔部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中的環(huán)桁架受到的巨大的扭矩、軸拉力、軸壓力，降低了成本，加快施了工進度，取得了經(jīng)濟效益，又提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，讓結(jié)構(gòu)受力更加合理。

本發(fā)明涉及一種鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)，所述三角環(huán)桁架為馬鞍形，桁架剖面為倒三角桁架，所述三角環(huán)桁架由上弦桿、下弦桿、腹桿構(gòu)成，所述上弦桿、下弦桿、腹桿的截面均為圓鋼管。所述上弦桿為一根連續(xù)變向馬鞍形的環(huán)向桿，所述下弦桿為兩根連續(xù)變向馬鞍形的環(huán)向桿，由內(nèi)下弦桿和外下弦桿組成，所述上弦桿與下弦桿通過直腹桿相連。所述上弦桿內(nèi)填充高強細石混凝土。所述三角環(huán)桁架的上弦桿所承受的軸力為壓力，下弦桿所承受的軸力以拉力為主或者既有拉力又有壓力，軸力分布不均，同時三角環(huán)桁架承受較大的扭矩。所述三角環(huán)桁架上弦桿每隔幾個節(jié)間用分隔板將上弦桿分成若干段，每段上弦桿長度在15米到20米之間，各段上弦桿獨立作為一個混凝土澆注單元。所述混凝土澆注單元在其較高端的正上方預(yù)留一個直徑不小于0.2米的混凝土澆注孔，同時從混凝土澆注單元的較低端到較高端每隔3米到5米，預(yù)留直徑為0.03米的排氣孔，所述0.03米的排氣孔位置在上弦桿正上方。所述上弦桿采用高拋或者壓力灌漿的方式澆注，所述每個混凝土澆注單元必須一次性澆注完畢，澆注時須不斷監(jiān)測每一個排氣孔的情況，以防阻塞，待混凝土達到設(shè)計強度后，每個混凝土澆注單元須用超聲波法對進行探傷，在局部不密實處應(yīng)在鋼管壁鉆直徑在0.05的小孔，并用灌漿料澆灌密實。

進一步的，所述上弦桿、下弦桿、腹桿均通過相貫焊接連接。

進一步的，配置所述上弦桿內(nèi)填充高強細石混凝土采用的原材料應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定的，強度等級不低于52.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，應(yīng)摻用活性較好的礦物參合料，且宜復(fù)合使用礦物摻合料。

有益效果

（1）本發(fā)明提出的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)，把鋼和混凝土巧妙的組合在一起，充分發(fā)揮鋼材和混凝土材料各自的優(yōu)勢，用較小的鋼材用量和混凝土用量來承擔部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中的環(huán)桁架受到的巨大的扭矩、軸拉力、軸壓力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面，大幅降低結(jié)構(gòu)造價，實現(xiàn)了經(jīng)濟性和建筑美學(xué)的高度統(tǒng)一。

（2）提供標準構(gòu)造形式，方便工程技術(shù)人員使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)整體三維圖；

圖2為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)整體俯視圖；

圖3為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)局部單元三維軸側(cè)圖；

圖5為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)的上弦軸力圖；

圖6為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)下弦軸力圖；

圖7為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)的外下弦軸力圖；

圖8為單個澆筑單元排氣孔和混凝土澆筑孔的布置圖。

附圖標記：1上弦桿；2內(nèi)下弦桿；3外下弦桿；4腹桿；5三角環(huán)桁架；6支座；7索膜結(jié)構(gòu)；8撐桿；9排氣孔；10混凝土澆筑孔；

具體實施方式

以某體育場為例，對本發(fā)明的一種鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)進行詳細說明。

圖1-4依次為本發(fā)明的鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)的整體三維、俯視圖、剖面圖及局部單元三維圖。

①首先安裝支座6，共40個，如圖3所示。隨后對三角環(huán)桁架進行地面拼裝徑向單元，現(xiàn)場共拼40榀徑向三角單元，每榀徑向三角單元帶有2.2m的未灌混凝土的上弦桿、內(nèi)下弦桿和4.4m長的外下弦桿。本實例中三角環(huán)桁架為馬鞍形空間三角環(huán)桁架，最大外徑約為250米，內(nèi)徑約為230米。三角環(huán)桁架上弦桿的圓鋼管外徑為1.4m，壁厚為0.05米，內(nèi)灌c80混凝土。外下弦桿和內(nèi)弦桿的圓鋼管外徑為1.2米，壁厚為0.05米。其中上弦桿每隔幾個節(jié)間用分隔板將上弦桿分成若干段，每段上弦桿長度在15米到20米之間，各段上弦桿獨立作為一個混凝土澆注單元。

②安裝第一榀徑向三角單元和第一榀徑向三角單元，隨后安裝下弦桿和底面腹桿。

③安裝上弦桿，依次安裝外側(cè)腹桿和內(nèi)側(cè)腹桿。

④安裝第三榀徑向三角桁單元，依照②③安裝中間桿件。

⑤將這個環(huán)桁架分為四部分，順次安裝剩余環(huán)桁架。

⑥將安裝完的四部分環(huán)桁架合攏。

⑦對上弦桿進行分段灌注混凝土。上弦桿采用高拋或者壓力灌漿的方式澆注，每個混凝土澆注單元必須一次性澆注完畢，澆注時須不斷監(jiān)測每一個排氣孔9的情況，以防阻塞。其中混凝土澆注單元在其較高端的正上方預(yù)留一個直徑不小于0.2米的混凝土澆注孔10，同時從混凝土澆注單元的較低端到較高端每隔3米到5米，預(yù)留直徑為0.03米的排氣孔，所述0.033米的排氣孔位置在上弦桿正上方。

⑧待混凝土達到設(shè)計強度后，每個混凝土澆注單元須用超聲波法對進行探傷，在局部不密實處應(yīng)在鋼管壁鉆直徑在0.05米的小孔，并用灌漿料澆灌密實。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種鋼與混凝土組合空間三角環(huán)桁架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)把鋼和混凝土巧妙的組合在一起，并充分發(fā)揮鋼和混凝土的材料特性，用較小的鋼材用量和混凝土用量，來承擔部分自平衡的閉合馬鞍形空間結(jié)構(gòu)體系中的環(huán)桁架受到的巨大的扭矩、軸拉力、軸壓力，降低了成本，加快施了工進度，取得了經(jīng)濟效益，又提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，讓結(jié)構(gòu)受力更加合理。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣炳麗;楊霄;趙天文;劉召軍;崔娟
受保護的技術(shù)使用者：清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.07.28