一种半球型空间转换钢桁架及荷载稳定性监测方法与流程

本技术涉及建筑结构领域，尤其是涉及一种半球型空间转换钢桁架及荷载稳定性监测方法。

背景技术：

1、当前,我国已将建设重点转向城镇化发展和城市结构调整,进而对建筑结构设计在功能、造型、技术经济性等方面也提出了更高的要求,同时开始注重保护环境要求,迫切需要发展新型高性能建筑结构及其设计技术,以提高结构性能,降低结构材料。空间结构是以高效、高性能、美观和灵活为特征的现代结构。空间结构建造及其所采用的技术往往反映了一个国家建筑技术的水平,一些规模宏大、形式新颖、技术先进的大型空间结构也成为一个国家经济实力与建筑技术水平的重要体现。

2、空间桁架结构形式布置灵活，受力合理,能够使材料强度得以充分发挥利用，是当今大跨度桥梁和大型公共建筑设计中常见结构形式。空间桁架结构主要结构特点在于其各杆件受力机理均以单向受拉、受压为主，并通过对上下弦杆和中间腹杆的有效布置实现结构内力的合理分布。

3、但桁架转换结构也有其缺点，如转换结构本身构件尺寸偏大，影响建筑净空，桁架节点受力状态复杂，受力或荷载过大容易发生剪切脆性破坏等情况，整体桁架转换结构稳定性不足。

技术实现思路

1、为了改善上述问题，本技术提供一种半球型空间转换钢桁架及荷载稳定性监测方法。

2、本技术提供的一种半球型空间转换钢桁架及荷载稳定性监测方法采用如下的技术方案：

3、一种半球型空间转换钢桁架，包括转换桁架和半球型结构；所述转换桁架设置有若干，且若干所述转换桁架相互交错的交点处连接有所述半球型结构；所述转换桁架设置有一圈弧形梁；所述弧形梁上设置有若干竖腹杆，若干所述竖腹杆分为两部分，一部分所述竖腹杆贯穿所述弧形梁与所述转换桁架连接，另一部分所述竖腹杆贯穿所述弧形梁与所述半球型结构连接。

4、通过采用上述技术方案，将所有转换桁架相交后，可利用所有转换桁架相互支撑，从而减小各转换桁架的单边受力，以保证建筑结构稳定，同时利用弧形梁将所有转换桁架连接在一起，且连接点位于相交点外，使力臂降低的同时将受力分散至弧形梁，从而增加整体空间转换钢桁架的稳固性，再利用竖腹杆将半球型结构进一步稳固，使得半球型结构提供额外的抗弯折抗压性能，通过与被弧形梁连接的转换桁架两者相互结合，可以有效提高结构的受力性能，增强整体稳定性。

5、可选的，所述半球型结构包括外圈环形桁架、内圈环形桁架、若干第一连接桁架、若干第二连接桁架和若干第三连接桁架；所述外圈环形桁架与所述转换桁架连接，且所述外圈环形桁架通过若干所述第一连接桁架与所述弧形梁连接；所述内圈环形桁架外径小于所述外圈环形桁架，若干所述第二连接桁架一端沿所述外圈环形桁架内壁倾斜设置，且另一端与所述内圈环形桁架倾斜连接；所述内圈环形桁架内壁倾斜设置有若干所述第三连接桁架，且若干所述第三连接桁架向所述内圈环形桁架的圆心延伸，直至所有所述第三连接桁架相交；一部分所述竖腹杆贯穿所述弧形梁、所述转换桁架，与所述外圈环形桁架、所述内圈环形桁架连接。

6、通过采用上述技术方案，当弧形梁和转换桁架受力时，利用第一连接桁架、第二连接桁架、第三连接桁架和一部分竖腹杆将受力分散外圈环形桁架和内圈环形桁架，从而提高整体的抗压抗拉等受力的能力。

7、可选的，相邻的所述第一连接桁架、所述第二连接桁架和所述第三连接桁架在倾斜设置时形成三角状。

8、通过采用上述技术方案，利用三角形的稳定性原理，使得第一连接桁架、第二连接桁架、第三连接桁架以及与之相连的弧形梁、外圈环形桁架和内圈环形桁架更具有稳定性。

9、可选的，所有所述第三连接桁架的相交点位于所有所述转换桁架的相交点正下方。

10、通过采用上述技术方案，第三连接桁架的相交点与所有转换桁架的相交点的受力点重合，但力臂不重合因为内圈环形桁架的位置与转换桁架的相交点位置不同，因此力臂不同，从而在分散受力时，第三连接桁架的受力不同，使得转换桁架在受到荷载受力时，可利用弧形梁和半球型结构分散荷载，提高整体半球型空间转换钢桁架的稳定性。

11、可选的，所述转换桁架采用工型钢。

12、通过采用上述技术方案，工型钢架轻便，便于切割和焊接，具有抗老化、使用寿命长等特点,工型钢架与外部建筑结构连接。

13、可选的，所有所述第三连接桁架的相交点与所有所述转换桁架的相交点处设置有支撑件；所述支撑件贯穿所有所述转换桁架的相交点处与所有所述第三连接桁架的相交点处连接。

14、通过采用上述技术方案，由于所有转换桁架的相交点处的力臂最大，端点受力也最明显，利用支撑件将第三连接桁架与转换桁架连接后，使得转换桁架受力时，会将力通过支撑件传递至第三连接桁架，再由第三连接桁架扩散至内圈环形桁架、第二连接桁架、外圈环形桁架及弧形梁，从而进一步减小力臂，降低端点受力，提高整体的稳定性。

15、可选的，所述支撑件包括连接部、第一支撑部和第二支撑部；所述连接部贯穿所有所述第三连接桁架的相交点与所有所述转换桁架的相交点处；所述第一支撑部和所述第二支撑部分别连接于所述连接部的两端，并将所述转换桁架和所述第三连接桁架限位于所述第一支撑部和所述第二支撑部之间。

16、通过采用上述技术方案，利用第一支撑部和第二支撑部分别将连接部两端固定，且使得连接部将所有转换桁架的相交点处与所有第三连接桁架的相交点处固定，同时连接部被第一支撑部和第二支撑部固定后，连接部无法脱离转换桁架和半球型结构，使得转换桁架、弧形梁和半球型结构之间的连接更紧密。

17、可选的，所有所述转换桁架的相交点处与所有所述第三连接桁架的相交点处均开设有若干限位孔；所述第一支撑部和所述第二支撑部上均设置有若干所述限位部，且所述限位部与所述限位孔一一对应。

18、通过采用上述技术方案，利用限位部将第一支撑部与第二支撑部的安装位置限制于限位孔处，使得第一支撑部和第二支撑部无法偏移或旋转，以保证连接的稳定性。

19、可选的，所述第一支撑部与所有所述转换桁架的相交点处之间以及所述第二支撑部与所有所述第三连接桁架的相交点处之间均设置有传感器。

20、通过采用上述技术方案，当第三连接桁架或转换桁架受到过大荷载而发生振动或偏移时，第一支撑部和第二支撑部对传感器施加的压力会发生变化，从而使得传感器检测到荷载过高且整个半球型空间转换钢桁架受到的负载过高存在坍塌或弯折的风险，从而使得传感器将检测信号发送至后台或控制室中，以达到风险预警的效果。

21、一种半球型空间转换钢桁架荷载稳定性监测方法，包括该半球型空间转换钢桁架和后台，包含如下步骤：

22、两传感器均设定误差阈值和预设持续时间；

23、设定传感器的误差阈值和预设持续时间；

24、传感器检测到压力大于误差阈值：

25、压力变化在误差阈值之外，但在预设持续时间之中时回到误差阈值，不影响半球型空间转换钢桁架的荷载；

26、压力变化在误差阈值之外且超过预设持续时间；

27、单个传感器检测的压力大于误差阈值，且超过预设持续时间后，重启两传感器，进行复测，依旧为单个传感器检测的压力大于误差阈值，且超过预设持续时间，则该传感器发送故障电信号至后台，后台接收故障信号并提示需维修；

28、两传感器检测的压力大于误差阈值，且超过预设持续时间后，发送疏散信号至后台，后台接收故障信号后，提示需要疏散人群和维护。

29、通过采用上述技术方案，利用上述监测方法能够提供半球型空间转换钢桁架荷载的风险预警，提供提前的疏散或维护信息，使得半球型空间转换钢桁架在使用过程中更安全。

30、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

31、1、将所有转换桁架相交后，可利用所有转换桁架相互支撑，从而减小各转换桁架的单边受力，以保证建筑结构稳定，同时利用弧形梁将所有转换桁架连接在一起，且连接点位于相交点外，使力臂降低的同时将受力分散至弧形梁，从而增加整体空间转换钢桁架的稳固性，再利用竖腹杆将半球型结构进一步稳固，使得半球型结构提供额外的抗弯折抗压性能，通过与被弧形梁连接的转换桁架两者相互结合，可以有效提高结构的受力性能，增强整体稳定性；

32、2、当弧形梁和转换桁架受力时，利用第一连接桁架、第二连接桁架、第三连接桁架和一部分竖腹杆将受力分散外圈环形桁架和内圈环形桁架，从而提高整体的抗压抗拉等受力的能力；

33、3、利用三角形的稳定性原理，使得第一连接桁架、第二连接桁架、第三连接桁架以及与之相连的弧形梁、外圈环形桁架和内圈环形桁架更具有稳定性；

34、4、由于所有转换桁架的相交点处的力臂最大，端点受力也最明显，利用支撑件将第三连接桁架与转换桁架连接后，使得转换桁架受力时，会将力通过支撑件传递至第三连接桁架，再由第三连接桁架扩散至内圈环形桁架、第二连接桁架、外圈环形桁架及弧形梁，从而进一步减小力臂，降低端点受力，提高整体的稳定性。