具有緩和功能的葵花型索穹頂體系的製作方法

2023-05-28 14:49:16 1

專利名稱：具有緩和功能的葵花型索穹頂體系的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及建築領域一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。具體是 由邊環梁，中心內拉環，豎直撐杆，葵花形布置的脊索，斜索，環索以及緩和 裝置組成的一種張力結構。
技術背景索穹頂結構是美國工程師Gerger發展和推廣Fuller張拉整體結構思想後實 現的一種新型預應力大跨結構，它體現了 Fuller關於"壓力的孤島存在於拉力 的海洋中"的思想，是一種結構效率極高的全張力體系。面對目前日益廣泛的 張力結構體系，結合其自身的特點，研究一種能夠隨著外部作用變化而對結構 自身進行調節，最終達到自適應和自調節功能的結構一直是人們的一個美好夢 想。上世紀80年代英國學者提出了荷載緩和體系(Load Relieving System)的 概念，並將其運用於一個索網結構的垃圾場中，引起了人們的關注。發明一種 構造簡單，傳力明確，剛度合適的荷載緩和裝置，以實現葵花型索穹頂的荷載 緩和功能是極有意義的。 發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。它具有邊環梁、中心內拉環、豎直撐杆、脊索、斜索、環索以及緩和裝置； 由4根脊索鉸接成菱形狀單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網格，最內層 菱形狀單元對角點與中心內拉環鉸接，最外層菱形狀單元的對角點與邊環梁錨 接，豎直撐杆上端與脊索一端鉸接，豎直撐杆下端與斜索的一端鉸接，斜索的 另一端與脊索另一端鉸接，最外側斜索與邊環梁錨接，在豎直撐杆與斜索的連 接處還連接有環索，環索沿環向閉合布置，最外側斜索與邊環梁錨接處設置荷 載緩和裝置。所述的中心內拉環標高最高，豎直撐杆頂部標高環向相同，沿徑向由內 向外遞減。脊索、斜索和環索為預應力拉索。邊環梁為承壓邊環梁。荷載緩 和裝置由彈性鋼板、錨固件和預埋光滑鋼板組成。本發明與背景技術相比具有的有益效果是l)結構形式美觀，呈葵花形；2) 自重輕，結構構件較少；3) 本結構可採用受拉性能優越的高強度拉索和受壓性能優越的混凝土環梁，充分發揮這兩種材料各自的特性；4) 受力性能優越，結構由預應力提供剛度，拉索始終處於受拉狀態，受壓 杆件數量少，充分發揮材料了的強度；5) 荷載緩和裝置構造簡單，傳力明確，可以通過不同厚度不同長度的規格 化彈性鋼板的組合獲得所需的任意較大的彈性剛度；6) 在緩和裝置調節下，結構體系能夠產生一種荷載自適應效果，相同荷載 作用下結構構件的內力較沒有緩和裝置時下降了約20%;7) 對於突發的大荷載，緩和裝置可以吸收一部分能量，減少荷載的衝擊作 用，使結構產生較大的變形來實現自我保護，在一定程度上可避免結構倒塌。


圖1為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系三維軸測圖； 圖2為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系上層葵花形脊索等軸測圖； 圖3為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系下層斜索、豎直撐杆、環索等軸 測圖；圖4為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系平面示意圖； 圖5為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系剖面示意圖； 圖6為荷載緩和裝置平面示意圖； 圖7為荷載緩和裝置立面示意圖； 圖8算例1中斜索(XS4)內力變化曲線； 圖9算例1中環索(HS3)內力變化曲線。
具體實施方式
具有緩和功能的葵花型索穹頂體系具有邊環梁l、中心內拉環2、豎直撐 杆3，脊索4、斜索5、環索6以及緩和裝置7;由4根脊索4鉸接成菱形狀 單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網格，最內層菱形狀單元對角點與中心 內拉環2鉸接，最外層菱形狀單元的對角點與邊環梁l錨接，豎直撐杆3上端 與脊索4 一端鉸接，豎直撐杆3下端與斜索5的一端鉸接，斜索5的另一端與 脊索4另一端鉸接，最外側斜索5與邊環梁1錨接，在豎直撐杆3與斜索5 的連接處還連接有環索6，環索6沿環向閉合布置，最外側斜索5與邊環梁1 錨接處設置荷載緩和裝置7。所述的中心內拉環2標高最高，豎直撐杆3頂部標高環向相同，徑向由內向外遞減。脊索4、斜索5和環索6為預應力拉索。邊環梁1為承壓邊環梁。 荷載緩和裝置7由彈性鋼板8、錨固件9和預埋光滑鋼板10組成。具有緩和功能的葵花型索穹頂體系由不同性能的材料組合而成。邊環梁為 受壓環梁，可利用下部結構柱頂圈梁， 一般為鋼筋混凝土梁，剛度大，受壓性 能好，施工也方便，斜索和脊索的錨固用的鋼板可預埋在該梁上，張拉操作空 間寬敞，操作方便。脊索、斜索、環索可採用高強鋼絲，鋼絞線，鋼絲繩等。 拉索施工時，首先要確定其零應力狀態下的長度，即所謂的張力結構找形，然 後加工索頭、錨具和豎直撐杆，在實際施工中，拉索的初始預應力值與設計值 仍有可能出現較大的差距，所以豎直撐杆可以設計為長度可調節的構件，拉索 之間的連接可採用螺杆索頭，方便安裝和施工成型。結構構件裝配完畢後，結 構仍處於無應力狀態，當餘下的小部分索張拉到位時，結構成形並具有剛度， 可承受外部荷載作用。緩和裝置由彈性鋼板、錨固件和預埋光滑鋼板組成，彈 性鋼板可採用汽車普遍採用的彎曲減震鋼板，根據所需要的剛度，由不同厚度 和長度的彎曲鋼板組合而成。 下面給出一具體算例。算例l: 一個跨度為50m，承受軸對稱荷載作用的葵花型索穹頂，結構的平面 圖和剖面圖如圖4、 5所示，在剖面圖中的豎向豎直撐杆高度分別為1.3m、 2.4m、 3.6m、 5.0m。該穹頂各拉索的截面積A和初始預應力F。見表1，拉索 的彈性模量為1.8X10"MPa，壓杆的彈性模量為2.06X10"MPa，採用的緩和 裝置的彈簧單元的彈性剛度為9.0X103kN/m，可由不同規格的彈簧鋼板組合 而成。首先對該結構施加初始預應力(即施工張拉完成時，僅有自重的情況) 作為零級荷載，然後依次施加五級荷載豎向均布荷載q = 0.2kN/m2'， 0.4 kN/m2， 0.6kN/m2， 0.8 kN/m2， 1.0kN/m2，計算無緩和裝置和施加緩和裝置時 構件的內力變化。附圖5、 6、 7、 8分別是斜索(XS4)，環索(HS3)內力變化曲 線。計算結果表明，該體系在緩和裝置調節下，能夠產生一種荷載自適應效 果，相同荷載作用下結構構件的內力較沒有緩和裝置時下降了約20%。 從算例可見，本發明的效果是顯著的，方案是可行的。表1:拉索JS1JS2JS3JS4XS1XS2XS3XS4HS1HS2HS3A/cm28.854.434.434.434.912.462.464.434.918.8511.8FO/kN85.662.6113.6217.428.534.663125157.7254.5438.4權利要求1.一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵在於它具有邊環梁(1)，中心內拉環(2)、豎直撐杆(3)、脊索(4)、斜索(5)、環索(6)以及緩和裝置(7)；由4根脊索(4)鉸接成菱形狀單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網格，最內層菱形狀單元對角點與中心內拉環(2)鉸接，最外層菱形狀單元對角點與邊環梁(1)錨接，豎直撐杆(3)上端與脊索(4)一端鉸接，豎直撐杆(3)下端與斜索(5)的一端鉸接，斜索(5)的另一端與脊索(4)另一端鉸接，最外側斜索(5)與邊環梁(1)錨接，在豎直撐杆(3)與斜索(5)的連接處還連接有環索(6)，環索(6)沿環向閉合布置，最外側斜索(5)與邊環梁(1)錨接處設置荷載緩和裝置(7)。
2. 根據權利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵 在於所述的中心內拉環(2)標高最高，豎直撐杆(3)頂部標高環向相同，沿徑 向由內向外遞減。
3. 根據權利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵 在於所述的脊索(4)、斜索(5)和環索(6)為預應力拉索。
4. 根據權利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵 在於，所述的邊環梁(l)為承壓邊環梁。
5. 根據權利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵 在於，所述的荷載緩和裝置(7)是彈性體。
6. 根據權利要求5所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特徵 在於，所述的荷載緩和裝置(7)由彈性鋼板(8)、錨固件(9)和預埋光滑鋼板(10) 組成。
專利摘要本實用新型公開了一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。它由有邊環梁、中心內拉環、豎直撐杆、脊索、斜索、環索以及緩和裝置組成；脊索呈葵花形布置，最內層脊索與中心內拉環鉸接，最外層脊索與邊環梁錨接，豎直撐杆上端與脊索一端鉸接，豎直撐杆下端與斜索的一端鉸接，斜索的另一端與脊索另一端鉸接，最外側斜索與邊環梁錨接，在豎直撐杆與斜索的連接處還連接有環索，環索沿環向閉合布置，最外側斜索與邊環梁錨接處設置荷載緩和裝置。荷載緩和裝置由彈性鋼板、錨固件和預埋光滑鋼板組成。本實用新型結構形式美觀，受力性能優越，在緩和裝置調節下，能夠產生荷載自適應效果，相同荷載作用下結構構件的內力較沒有緩和裝置時下降了約20％。
文檔編號E04B1/32GK201172904SQ20082008572
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者付智強, 應金良, 王昌洪, 馬洪步, 高博青 申請人:晟元集團有限公司;浙江大學