一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，屬于土木工程的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，主要由脊索、斜索、連續(xù)撐桿、環(huán)索構(gòu)成。該新型結(jié)構(gòu)是撐桿首尾連續(xù)布置，即投影與環(huán)索重合，并且除中心撐桿外所有桿件通過球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。撐桿和斜索的上端均與脊索鉸接連接，斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，環(huán)索連接同環(huán)連續(xù)撐桿的下端，并環(huán)向閉合布置。通過預(yù)應(yīng)力張拉，在脊索、環(huán)索、斜索和撐桿中均建立預(yù)應(yīng)力，屬于全張力結(jié)構(gòu)體系。與傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)相比，雙撐桿索穹頂具有體型輕巧、整體剛度大、斜索數(shù)量少的特點(diǎn)，同時(shí)受力性能更好、施工方便、綜合經(jīng)濟(jì)效益良好。適用于大跨度建筑的屋蓋，是一種具有廣闊發(fā)展前景的預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)形式。
【專利說明】
一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種新型的全張力結(jié)構(gòu)，尤其涉及雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，屬于土木工程的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文明進(jìn)步，社會(huì)需求對結(jié)構(gòu)工程提出新的挑戰(zhàn)。由于生產(chǎn)、體育、展覽等公共活動(dòng)場所向大跨度、大空間的要求發(fā)展，工程師們也不斷突破，提出了各種新型結(jié)構(gòu)形式。將預(yù)應(yīng)力技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合而衍生出來的新結(jié)構(gòu)形式，如:張弦梁、索網(wǎng)、斜拉結(jié)構(gòu)、索拱、預(yù)應(yīng)力桁架、弦支穹項(xiàng)、索穹頂?shù)?，適應(yīng)了這些需求。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)能夠創(chuàng)造出受力合理、造型優(yōu)美的新體系，不僅提高了結(jié)構(gòu)承載能力、減小變形，同時(shí)達(dá)到節(jié)約鋼材、降低造價(jià)的經(jīng)濟(jì)效果。這些優(yōu)點(diǎn)使得預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能和經(jīng)濟(jì)效益，值得深入研究和工程應(yīng)用推廣，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。
[0003]在眾多預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式中，索穹頂結(jié)構(gòu)是深受國內(nèi)外關(guān)注的一種結(jié)構(gòu)效率極高的空間結(jié)構(gòu)，具有造型輕盈、傳力明確、全張力、自平衡的特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)思想源于建筑大師Ful Ier提出的張拉整體的概念。上世紀(jì)八十年代初，美國結(jié)構(gòu)工程Geiger在張拉整體的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了一種主要由脊索、斜索、環(huán)索、壓桿等組成的預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系，即Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)，并將索穹頂首次應(yīng)用于1988年漢城奧運(yùn)會(huì)體操館和擊劍館。由于奧運(yùn)會(huì)的巨大示范效應(yīng)和索穹頂自身的諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在今后的發(fā)展道路上與體育場館建筑密切結(jié)合，成為場館屋蓋結(jié)構(gòu)的一種重要形式。之后，國內(nèi)外學(xué)者對索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些改良、創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明解決了傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)存在的整體剛度較小、柔性索構(gòu)件多而施工難度大的缺點(diǎn)，提出了一種新型全張力結(jié)構(gòu)體系一一雙撐桿索穹頂。
[0005]—種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要由脊索(I)、斜索(2)、撐桿(4)、環(huán)索(3)四種構(gòu)件構(gòu)成;撐桿(4)在環(huán)向上連續(xù)連接布置，且在豎直方向上相鄰撐桿折形連接，上折行連接點(diǎn)和下折行連接點(diǎn)間隔交叉;每環(huán)撐桿上折行連接點(diǎn)與斜索(2)上端、脊索(I)連接，每環(huán)撐桿下折行連接點(diǎn)與斜索(2)下端、環(huán)索(3)連接，每環(huán)連續(xù)撐桿的投影與環(huán)索重合，環(huán)索(3)環(huán)向閉合；內(nèi)環(huán)任意一個(gè)上折行連接點(diǎn)分別和相鄰?fù)猸h(huán)兩個(gè)上折行連接點(diǎn)分別用脊索(I)連接，上述外環(huán)兩個(gè)上折行連接點(diǎn)相鄰，且也分別與對應(yīng)內(nèi)環(huán)的上折行連接點(diǎn)距離最近；內(nèi)環(huán)的任意一個(gè)下折行連接點(diǎn)均和相鄰?fù)猸h(huán)上最近的上折行連接點(diǎn)采用單根斜索(2)連接。
[0006]上述雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)中心為豎直撐桿，除中心豎直撐桿兩端外其他所有構(gòu)件之間的連接均通過球節(jié)點(diǎn)(5)進(jìn)行連接。進(jìn)一步采用球節(jié)點(diǎn)鉸接連接，球節(jié)點(diǎn)鉸連是在實(shí)體球的表面上有帶孔的耳板，實(shí)體球和耳板是一體的。
[0007]所述的中心豎直撐桿標(biāo)高最高，連續(xù)撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)環(huán)向外環(huán)遞減。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)環(huán)和外環(huán)是相對的，本發(fā)明的雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)具有多環(huán)撐桿(4)。
[0009]雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，每環(huán)撐桿的下折行鉸接點(diǎn)和上折行鉸接點(diǎn)總數(shù)相等；自中心向外沿同一徑向方向，上折行鉸接點(diǎn)和下折行鉸接點(diǎn)間隔交叉。
[0010]所述的撐桿采用無縫圓鋼管。所述的脊索、斜索、環(huán)索為預(yù)應(yīng)力拉索。
[0011]相鄰的撐桿(4)上下端點(diǎn)僅連接一根斜索(2)，與傳統(tǒng)索穹頂相比其斜索的數(shù)量大幅減少。
[0012]技術(shù)方案:該新型結(jié)構(gòu)是脊索拓?fù)湫问匠事?lián)方型，撐桿在連續(xù)布置，即投影與環(huán)索重合。除中心撐桿外所有構(gòu)件通過球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，撐桿和斜索的上端均與脊索鉸連連接，斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，環(huán)索連接同環(huán)連續(xù)撐桿的下端，并環(huán)向閉合布置。
[0013]有益效果:與傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)相比，雙撐桿索穹頂具有如下優(yōu)勢。
[0014](I)連續(xù)布置的斜撐桿與張拉整體結(jié)構(gòu)中不連續(xù)的撐桿構(gòu)造相比，具有更好的受力性能;并且在施工過程中，撐桿和環(huán)索等環(huán)向構(gòu)件之間采用三角形網(wǎng)格聯(lián)系，幾何穩(wěn)定性更好，便于構(gòu)件安裝定位。
[0015](2)除中心撐桿外，所有桿件采用球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，能夠?qū)崿F(xiàn)空間多角度連接、耳板不擁擠，具有傳力簡潔、形式美觀的特點(diǎn)。
[0016](3)其斜索的數(shù)量為傳統(tǒng)聯(lián)方型索穹頂結(jié)構(gòu)的一半，通過張拉斜索對整個(gè)體系施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，僅需要較少的腳手架和張拉設(shè)備，能夠明顯減少張拉施工工作量。
[0017]雙撐桿索穹頂既繼承了傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了傳統(tǒng)索穹頂存在的不足，易于施工安裝和張拉成形，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好。該結(jié)構(gòu)形式非常適用于大跨度建筑的屋蓋，作為索穹頂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，適用于體育建筑、展覽建筑，是一種具有廣闊發(fā)展前景的預(yù)應(yīng)力大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。
【附圖說明】
[0018]圖1為雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)三維軸測圖；
[0019]圖2為雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)平面圖；
[0020]圖3為雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)I/η結(jié)構(gòu)示意圖，其中體現(xiàn)的僅為位置關(guān)系，沒有畫出球節(jié)點(diǎn)鉸連；
[0021 ]圖4為雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)撐桿上端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖。
[0022]圖中:I脊索，2斜索，3環(huán)索，4撐桿，5球節(jié)點(diǎn)鉸連。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0024]雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0025](I)首先確定雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)潢P(guān)系，以及支座約束條件；
[0026](2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形和找力分析；
?0027](3)初步確定結(jié)構(gòu)位形、預(yù)應(yīng)力以及構(gòu)件的材質(zhì)和規(guī)格；
[0028](4)進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限承載力分析、正常使用極限狀態(tài)分析及其它必要分析；
[0029 ](5)調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，滿足結(jié)構(gòu)使用要求。
[0030]實(shí)施例1
[0031]—種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，見圖1-3，除中心撐桿外所有桿件通過球節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行連接，撐桿4在環(huán)向上連續(xù)布置，即投影與環(huán)索3重合。撐桿4和斜索2的上端均與脊索I鉸接連接，斜索2連接相鄰環(huán)撐桿4的上折行鉸接點(diǎn)和下折行鉸接點(diǎn)，環(huán)索3連接同環(huán)連續(xù)撐桿4的下端，并環(huán)向閉合布置。最外圈脊索1、斜索2與邊環(huán)梁的球節(jié)點(diǎn)支座錨接。
[0032]所述的撐桿4采用高強(qiáng)度的無縫圓鋼管。所述的中心撐桿標(biāo)高最高，連續(xù)撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減。所述的脊索1、斜索2、環(huán)索3為預(yù)應(yīng)力拉索。邊環(huán)梁為受壓邊環(huán)梁，可利用下部結(jié)構(gòu)柱頂圈梁，一般為鋼筋混凝土梁，剛度大、受壓性能好，施工方便。拉索施工時(shí)，首先要確定其零應(yīng)力狀態(tài)下的長度，加工索頭、錨具，在實(shí)際施工中，拉索的初始預(yù)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)值仍有可能出現(xiàn)較大差距，所以連續(xù)撐桿可以設(shè)計(jì)成長度可調(diào)節(jié)的構(gòu)件，斜索、環(huán)索采用可調(diào)節(jié)索，連接和調(diào)整方便。結(jié)構(gòu)的構(gòu)件裝配完畢后，結(jié)構(gòu)仍處于無應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)余下的小部分索張拉到位時(shí)，結(jié)構(gòu)成形并具有剛度，可承受外部荷載作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要由脊索(I)、斜索(2)、撐桿(4)、環(huán)索(3)四種構(gòu)件構(gòu)成;撐桿(4)在環(huán)向上連續(xù)連接布置，且在豎直方向上相鄰撐桿折形連接，上折行連接點(diǎn)和下折行連接點(diǎn)間隔交叉;每環(huán)撐桿上折行連接點(diǎn)與斜索(2)上端、脊索(I)連接，每環(huán)撐桿下折行連接點(diǎn)與斜索(2)下端、環(huán)索(3)連接，每環(huán)連續(xù)撐桿的投影與環(huán)索重合，環(huán)索(3)環(huán)向閉合；內(nèi)環(huán)任意一個(gè)上折行連接點(diǎn)分別和相鄰?fù)猸h(huán)兩個(gè)上折行連接點(diǎn)分別用脊索(I)連接，上述外環(huán)兩個(gè)上折行連接點(diǎn)相鄰，且也分別與對應(yīng)內(nèi)環(huán)的上折行連接點(diǎn)距離最近；內(nèi)環(huán)的任意一個(gè)下折行連接點(diǎn)均和相鄰?fù)猸h(huán)上最近的上折行連接點(diǎn)采用單根斜索(2)連接。2.按照權(quán)利要求1的一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)中心為豎直撐桿，除中心豎直撐桿兩端外其他所有構(gòu)件之間的連接均通過球節(jié)點(diǎn)(5)進(jìn)行連接。3.按照權(quán)利要求1的一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，每環(huán)撐桿的下折行連接點(diǎn)和上折行連接點(diǎn)總數(shù)相等；自中心向外沿同一徑向方向，上折行連接點(diǎn)和下折行連接點(diǎn)間隔交叉。4.按照權(quán)利要求1的一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的中心豎直撐桿標(biāo)高最高，連續(xù)撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)環(huán)向外環(huán)遞減。5.按照權(quán)利要求1的一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的撐桿采用無縫圓鋼管。6.按照權(quán)利要求1的一種雙撐桿索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的脊索、斜索、環(huán)索為預(yù)應(yīng)力拉索。
【文檔編號(hào)】E04B7/14GK105952049SQ201610306355
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】張愛林, 孫超, 白羽
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)