索杆弦支穹頂的製作方法

2023-04-25 01:10:31 2

專利名稱：索杆弦支穹頂的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及建築領域應用的一種穹頂，具體為索杆弦支穹頂。
技術背景近年來隨著預應力鋼結構的發展，湧現出了一大批新型結構體系，如索穹 頂和弦支穹頂結構。索穹頂，具有構造簡單，體系輕盈，絕大部分構件為受拉構件等特點；弦支穹頂是將索穹頂和單層網殼結合在一起而形成的新結構， 增大了屋面剛度，降低施工難度。但是這兩種結構體系還分別存在以下不足:(1) 索穹頂結構上下兩層均為柔性體系，除撐杆之外的杆件均不能承擔壓 力，使得索穹頂的施工難度很大，雖然面世多年，但是至今建成的實際結構 很少。(2) 為保證索穹頂結構所有的索都處於受拉狀態，必須提高預應力量級， 使得壓杆和邊環梁等的應力增大，所以必須設置非常牢固的支座或者在支座 處布置巨大的環梁，加重了支撐結構負擔，浪費材料。(3) 由於索穹頂大部分杆件為受拉的索，使得索穹頂結構整體剛度不大， 在荷載作用下變形較大，屋面材料一般為輕質的膜結構等。(4) 弦支穹頂結構上層單層網殼中絕大部分杆件受壓，不利於受壓構件的 平面外穩定和上層單層網殼的平面外局部穩定性。(5) 弦支穹頂上層單層網殼內力由下層鋼索和者外荷載作用被動產生，不 能自我調整內力，使得上層單層網殼環向杆件大部分被動受壓，不能自我調 整以減小壓力。實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種索杆弦支穹頂結構， 這種結構結合了索穹頂和弦支穹頂的優點，受力簡潔，壓杆少，其自身形成 封閉的受力體系減小或消除對支座和邊環梁的作用，穩定性和承載力高，大 大節約了材料。為了達到上述目的，本實用新型釆用了如下技術方案包括上下兩部分，上層由中心壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成，上徑向杆2 在穹頂中心處與中心壓力環1連接，在周邊與邊環梁7連接，中間與上環向 索3連接，上層呈網格形布置。下層由下徑向索5、下環向索6和撐杆4組成， 撐杆4的上端與上層節點連接，下端與下層節點連接，下徑向索5 —端與撐 杆4下端節點連接，另一端與穹頂上層節點連接，下環向索6沿環向閉合布 置，與下徑向索5和撐杆4的下端節點連接；上下兩層在邊環梁7處匯交在 一起。通過張拉下環向索6或者下徑向索5或者調整撐杆4的長度，在結構 中施加預應力，並可通過張拉或放鬆上環向索3調整構件的內力。所述的上層中心壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7連接成的 網格形式是肋環形。所述的下徑向索5單根沿徑向布置，其一端與撐杆4的下端連接，另一 端與上層節點連接。所述的上層中心壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7連接成的 網格形式是聯方形。所述的下徑向索5雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐杆4的下端連 接，另兩端分別與上層的不同節點連接。所述的撐杆4的長度應保證下徑向索5與撐杆4的交角為銳角。所述的上層結構的外輪廓形狀可以為圓形或橢圓形或多邊形。所述的上環向索3、下徑向索5、下環向索6可以為柔性鋼絲繩、鋼鉸線、 纜索等或鋼拉杆。所述的上徑向杆2為可有承受壓力的剛性杆，可以是圓形或方形的鋼管 也可以是各種型鋼等。所述的下徑向索5可以單根沿徑向布置，也可以雙根交叉布置。 由於這種索杆弦支穹頂的所有剛性杆受壓、所有柔性杆受拉，使其受力
簡潔、計算設計非常方便。另外，上層徑向壓杆的內力非常接近，故可採用 統一規格的杆件，加工製造非常方便。由於在不布置邊環梁的情況下，這種穹頂也可以形成了力封閉體系，所以， 在正常荷載作用下，可以消除對邊緣支撐結構的水平作用力，不需要布置巨 大的環梁或者加大支座，減少了支撐結構的材料消耗，降低了成本。由於本實用新型的索杆弦支穹頂的上層布置了能夠承擔壓力的上徑向杆， 使屋面剛度得到了顯著提高，所以屋面可用剛性輕質板也可用柔性模材料， 適用範圍廣，並能夠跨越更大的跨度。由於本實用新型的受壓杆件少，受拉杆件多，且均為髙強鋼索，充分發揮 了材料強度，所以其自重比弦支穹頂更輕，可跨越跨度更大。本實用新型上 層結構徑向杆端彎矩很小，上徑向杆之間可以剛接也可以鉸接。當採用鉸接 節點時，可以形成張拉整體結構，大大方便了施工。由於本實用新型的上環向索可以拉緊也可以放鬆，所以可以通過拉緊或者 放鬆上環向索，調整上徑向杆的壓力，使其壓力值更小、更均勻，從而提高 整個結構的穩定性和極限承載力。由於一方面上徑向杆的壓力得到了減小， 另一方面與上徑向杆相連的上環向索為拉力，這樣加強了對上層的節點位置 的約束作用，從而使與該節點相連的壓杆構件穩定性得到了提高。


圖1上層為聯方形網格的索杆弦支穹頂立體軸側圖圖2為圖1所示的圓形索杆穹頂上層索杆體系布置圖 圖3為圖1所示的橢圓形索杆穹頂上層索杆體系布置圖 圖4為圖1所示的圓形索杆穹頂下層支撐體系軸側圖 圖5為圖1所示的橢圓形索杆穹頂下層支撐體系軸側圖 圖6為圖1所示的索杆穹頂結構剖面圖 圖7上層為肋環形網格的索杆弦支穹頂立體軸側圖 圖8為圖7所示的索杆穹頂下層支撐體系軸側圖
圖9為圖7所示的索杆穹頂上層索杆體系布置圖具體實施方式
下面結合圖1 如9詳細說明本實施例。 實施例l如圖l、圖2、圖4、圖6所示，本實施例主要包括上下兩部分，上層由中心 壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成，上徑向杆2在穹頂中心 處與中心環梁l鉸接，在周邊與邊環梁7鉸接，中間與上環向索3鉸接，呈 聯方形網格布置，網格外形輪廓形狀為圓形。下層由下徑向索5、下環向索6 和撐杆4組成，撐杆4的上端與上層節點連接，下端與下層節點連接；下徑 向索5雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐杆4的下端連接，另兩端分別 與上層的不同節點連接。下環向索6沿環向閉合布置，與下徑向索5和撐杆4 的下端節點連接；上下兩層在邊環梁7處匯交在一起。撐杆4的長度應保證下徑向索5與撐杆4的交角為60度。上環向索3、下 徑向索5、下環向索6選為柔性鋼絲繩，上徑向杆2選用是圓形鋼管。通過張 拉下環向索6，在結構中施加預應力。 實施例2如圖3、圖5所示，本實施例與實施例1的結構相同，不同之處僅在於其 上層中心壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成的網格外形輪廓 形狀為橢圓形。撐杆4的長度應保證下徑向索5與撐杆4的交角為70度。上 環向索3、下徑向索5、下環向索6選為鋼鉸線，上徑向杆2選用是方形鋼管。實施例3本實施例與實施例1的結構相同，不同之處僅在於其上層中心壓力環1、 上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成的網格外形輪廓形狀為多邊形。撐杆 4的長度應保證下徑向索5與撐杆4的交角為55度。上環向索3、下徑向索5、 下環向索6選為纜索，上徑向杆2選用是型鋼。實施例4
如圖7 圖9所示，本實施例與實施例1的部分結構相同，不同之處在於上層中心壓力環l、上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成的網格形式為肋 環型；並且下層徑向索5單根沿徑向布置，其一端與撐杆4的下端連接，另 一端與上層節點連接。上環向索3、下徑向索5、下環向索6選為柔性鋼絲繩， 上徑向杆2選用是鋼拉杆。 實施例5本實施例與實施例4的結構相同，不同之處僅在於其上層中心壓力環1、 上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成的網格外形輪廓形狀為橢圓形。 實施例6本實施例與實施例4的結構相同，不同之處僅在於其上層中心壓力環1、 上徑向杆2、上環向索3和邊環梁7組成的網格外形輪廓形狀為多邊形。 實施例7本實施例與實施例1的結構相同，不同之處僅在於其上層上徑向杆2與中 心壓力環1剛性連接，上層徑向杆2與邊環梁7鋼性連接。這種索杆弦支穹頂結構結合了索穹頂和弦支穹頂結構的優點，即保證了足 夠的剛度又能夠實現張拉整體，支座推力很小，有效降低材料消耗，充分利 用材料受拉強度，使內力轉移到承載能力高的鋼索中，其重量更輕。受壓的 上徑向杆壓力小，穩定性和極限承載力高，能夠滿足建造更大跨度得需要。
權利要求1、索杆弦支穹頂，其特徵在於包括上下兩部分，上層包括有中心壓力環(1)、上徑向杆(2)、上環向索(3)和邊環梁(7)，其中，上徑向杆(2)在穹頂中心處與中心壓力環(1)連接，在周邊與邊環梁(7)連接，中間與上環向索(3)連接，上層呈網格形布置；下層包括有下徑向索(5)、下環向索(6)和撐杆(4)，撐杆(4)的上端與上層節點連接，下徑向索(5)的兩端分別與撐杆(4)的下端和上層節點連接，在下徑向索(5)和撐杆(4)的連接處還連接有下環向索(6)，下環向索(6)沿環向閉合布置；上下兩層在邊環梁(7)處匯交在一起。
2、 根據權利要求1所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的上層中心壓力 環(1)、上徑向杆(2)、上環向索(3)和邊環梁(7)連接成的網格形式是 肋環形。
3、 根據權利要求2所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的下徑向索(5) 單根沿徑向布置，其一端與撐杆(4)的下端連接，另一端與上層節點連接。
4、 根據權利要求1所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的上層中心壓力 環(1)、上徑向杆(2)、上環向索(3)和邊環梁(7)連接成的網格形式是 聯方形。
5、 根據權利要求4所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的下徑向索(5) 雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐杆(4)的下端連接，另兩端分別與 上層的不同節點連接。
6、 根據權利以要求1所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於下徑向索(5)與 撐杆(4)的交角為銳角。
7、 根據權利以要求l所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於上層結構的外輪廓 形狀可以為圓形或橢圓形或多邊形。
8、 根據權利以要求1或權利要求7所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的上環向索(3)、下徑向索(5)、下環向索(6)為柔性鋼絲繩或鋼鉸線或纜 索或鋼拉杆。
9、根據權利以要求1或權利要求7所述的索杆弦支穹頂，其特徵在於所述的上徑向杆(2)是圓形鋼管或方形鋼管或型鋼。
專利摘要本實用新型涉及建築領域應用的一種穹頂，具體為索杆弦支穹頂。包括上下兩部分，上層包括有中心壓力環(1)、上徑向杆(2)、上環向索(3)和邊環梁(7)，上徑向杆(2)在穹頂中心處與中心壓力環(1)連接，在周邊與邊環梁(7)連接，中間與上環向索(3)連接，上層呈網格形布置。下層包括有下徑向索(5)、下環向索(6)和撐杆(4)，撐杆(4)的上端與上層節點連接，下徑向索(5)的兩端分別與撐杆(4)的下端和上層節點連接，在下徑向索(5)和撐杆的連接處還連接有下環向索，下環向索沿環向閉合布置，上下兩層在邊環梁處匯交在一起。本實用新型結構受力簡潔，壓杆的杆構件穩定性和整個結構的整體穩定性高，極限承載力大。
文檔編號E04B1/342GK201024561SQ20072010404
公開日2008年2月20日 申請日期2007年3月30日 優先權日2007年3月30日
發明者劉學春, 張慶亮, 張愛林, 李鵬飛, 王冬梅, 王敬仁, 鞠曉臣 申請人:北京工業大學