CN100532750C - 索杆弦支穹顶 - Google Patents

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本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶,具体为索杆弦支穹顶。包括上下两部分,上层包括有中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7),上径向杆(2)在穹顶中心处与中心压力环(1)连接,在周边与边环梁(7)连接,中间与上环向索(3)连接,上层呈网格形布置。下层包括有下径向索(5)、下环向索(6)和撑杆(4),撑杆(4)的上端与上层节点连接,下径向索(5)的两端分别与撑杆(4)的下端和上层节点连接,在下径向索(5)和撑杆(4)的连接处还连接有下环向索(6),下环向索沿环向闭合布置,上下两层在边环梁处汇交在一起。本发明结构受力简洁,压杆的杆构件稳定性和整个结构的整体稳定性高,极限承载力大。

Description

索杆弦支穹顶
技术领域
本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶,具体为索杆弦支穹顶。 背景技术
近年来随着预应力钢结构的发展,涌现出了一大批新型结构体系,如索穹 顶和弦支穹顶结构。索穹顶,具有构造简单,体系轻盈,绝大部分构件为受
拉构件等特点;弦支穹顶是将索穹顶和单层网壳结合在一起而形成的新结构, 增大了屋面刚度,降低施工难度。但是这两种结构体系还分别存在以下不足:
(1) 索穹顶结构上下两层均为柔性体系,除撑杆之外的杆件均不能承担压 力,使得索穹顶的施工难度很大,虽然面世多年,但是至今建成的实际结构 很少。
(2) 为保证索穹顶结构所有的索都处于受拉状态,必须提高预应力量级, 使得压杆和边环梁等的应力增大,所以必须设置非常牢固的支座或者在支座 处布置巨大的环梁,加重了支撑结构负担,浪费材料。
(3) 由于索穹顶大部分杆件为受拉的索,使得索穹顶结构整体刚度不大, 在荷载作用下变形较大,屋面材料一般为轻质的膜结构等。
(4) 弦支穹顶结构上层单层网壳中绝大部分杆件受压,不利于受压构件的 平面外稳定和上层单层网壳的平面外局部稳定性。
(5) 弦支穹顶上层单层网壳内力由下层钢索和者外荷载作用被动产生,不 能自我调整内力,使得上层单层网壳环向杆件大部分被动受压,不能自我调 整以减小压力。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种索杆弦支穹顶结构,这 种结构结合了索穹顶和弦支穹顶的优点,受力简洁,压杆少,其自身形成封 闭的受力体系减小或消除对支座和边环梁的作用,稳定性和承载力高,大大
3节约了材料。
为了达到上述目的,本发明采用了如下技术方案:包括上下两部分,上层 由中心压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成,上径向杆2在穹
顶中心处与中心压力环1连接,在周边与边环梁7连接,中间与上环向索3 连接,上层呈网格形布置。下层由下径向索5、下环向索6和撑杆4组成,撑 杆4的上端与上层节点连接,下端与下层节点连接,下径向索5—端与撑杆4 下端节点连接,另一端与穹顶上层节点连接,下环向索6沿环向闭合布置, 与下径向索5和撑杆4的下端节点连接;上下两层在边环梁7处汇交在一起。 通过张拉下环向索6或者下径向索5或者调整撑杆4的长度,在结构中施加 预应力,并可通过张拉或放松上环向索3调整构件的内力。
所述的上层中心压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7连接成的 网格形式是肋环形。
所述的下径向索5单根沿径向布置,其一端与撑杆4的下端连接,另一 端与上层节点连接。
所述的上层中心压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7连接成的 网格形式是联方形。
所述的下径向索5双根交叉成"V"型布置,其交叉端与撑杆4的下端连 接,另两端分别与上层的不同节点连接。
所述的撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为锐角。
所述的上层结构的外轮廓形状可以为圆形或椭圆形或多边形。
所述的上环向索3、下径向索5、下环向索6可以为柔性钢丝绳、钢铰线、
缆索等或钢拉杆。
所述的上径向杆2为可有承受压力的刚性杆,可以是圆形或方形的钢管 也可以是各种型钢等。
所述的下径向索5可以单根沿径向布置,也可以双根交叉布置。 由于这种索杆弦支穹顶的所有刚性杆受压、所有柔性杆受拉,使其受力简洁、计算设计非常方便。另外,上层径向压杆的内力非常接近,故可采用 统一规格的杆件,加工制造非常方便。
由于在不布置边环梁的情况下,这种穹顶也可以形成了力封闭体系,所以, 在正常荷载作用下,可以消除对边缘支撑结构的水平作用力,不需要布置巨 大的环梁或者加大支座,减少了支撑结构的材料消耗,降低了成本。
由于本发明的索杆弦支穹顶的上层布置了能够承担压力的上径向杆,使屋 面刚度得到了显著提高,所以屋面可用刚性轻质板也可用柔性模材料,适用 范围广,并能够跨越更大的跨度。
由于本发明的受压杆件少,受拉杆件多,且均为高强钢索,充分发挥了材 料强度,所以其自重比弦支穹顶更轻,可跨越跨度更大。本发明上层结构径 向杆端弯矩很小,上径向杆之间可以刚接也可以铰接。当采用铰接节点时, 可以形成张拉整体结构,大大方便了施工。
由于本发明的上环向索可以拉紧也可以放松,所以可以通过拉紧或者放才公 上环向索,调整上径向杆的压力,使其压力值更小、更均匀,从而提高整个 结构的稳定性和极限承载力。由于一方面上径向杆的压力得到了减小,另一 方面与上径向杆相连的上环向索为拉力,这样加强了对上层的节点位置的约 束作用,从而使与该节点相连的压杆构件稳定性得到了提高。 附图说明
图1上层为联方形网格的索杆弦支穹顶立体轴侧图
图2为图1所示的圆形索杆穹顶上层索杆体系布置图 图3为图1所示的椭圆形索杆穹顶上层索杆体系布置图 图4为图1所示的圆形索杆穹顶下层支撑体系轴侧图 图5为图1所示的椭圆形索杆穹顶下层支撑体系轴侧图 图6为图1所示的索杆穹顶结构剖面图 图7上层为肋环形网格的索杆弦支穹顶立体轴侧图 图8为图7所示的索杆穹顶下层支撑体系轴侧图
5图9为图7所示的索杆穹顶上层索杆体系布置图 具体实施方式
下面结合图1〜如9详细说明本实施例。 实施例l
如图l、图2、图4、图6所示,本实施例主要包括上下两部分,上层由中心 压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成,上径向杆2在穹顶中心 处与中心环梁l铰接,在周边与边环梁7铰接,中间与上环向索3铰接,呈 联方形网格布置,网格外形轮廓形状为圆形。下层由下径向索5、下环向索6 和撑杆4组成,撑杆4的上端与上层节点连接,下端与下层节点连接;下径 向索5双根交叉成"V"型布置,其交叉端与撑杆4的下端连接,另两端分别 与上层的不同节点连接。下环向索6沿环向闭合布置,与下径向索5和撑杆4 的下端节点连接;上下两层在边环梁7处汇交在一起。
撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为60度。上环向索3、下 径向索5、下环向索6选为柔性钢丝绳,上径向杆2选用是圆形钢管。通过张 拉下环向索6,在结构中施加预应力。 实施例2
如图3、图5所示,本实施例与实施例1的结构相同,不同之处仅在于其 上层中心压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓 形状为椭圆形。撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为70度。上 环向索3、下径向索5、下环向索6选为钢铰线,上径向杆2选用是方形钢管。
实施例3
本实施例与实施例1的结构相同,不同之处仅在于其上层中心压力环1、 上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为多边形。撑杆 4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为55度。上环向索3、下径向索5、 下环向索6选为缆索,上径向杆2选用是型钢。
实施例4如图7〜图9所示,本实施例与实施例1的部分结构相同,不同之处在于: 上层中心压力环l、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格形式为肋
环型;并且下层径向索5单根沿径向布置,其一端与撑杆4的下端连接,另 一端与上层节点连接。上环向索3、下径向索5、下环向索6选为柔性钢丝绳, 上径向杆2选用是钢拉杆。 实施例5
本实施例与实施例4的结构相同,不同之处仅在于其上层中心压力环1、 上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为椭圆形。 实施例6
本实施例与实施例4的结构相同,不同之处仅在于其上层中心压力环1、 上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为多边形。 实施例7
本实施例与实施例1的结构相同,不同之处仅在于其上层上径向杆2与中 心压力环1刚性连接,上层径向杆2与边环梁7钢性连接。
这种索杆弦支穹顶结构结合了索穹顶和弦支穹顶结构的优点,即保证了足 够的刚度又能够实现张拉整体,支座推力很小,有效降低材料消耗,充分利 用材料受拉强度,使内力转移到承载能力高的钢索中,其重量更轻。受压的 上径向杆压力小,稳定性和极限承载力高,能够满足建造更大跨度得需要。

Claims (9)

1、索杆弦支穹顶,其特征在于:包括上下两部分,上层包括有中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7),其中,上径向杆(2)在穹顶中心处与中心压力环(1)连接,在周边与边环梁(7)连接,中间与上环向索(3)连接,上层呈网格形布置;下层包括有下径向索(5)、下环向索(6)和撑杆(4),撑杆(4)的上端与上层节点连接,下径向索(5)的两端分别与撑杆(4)的下端和上层节点连接,在下径向索(5)和撑杆(4)的连接处还连接有下环向索(6),下环向索(6)沿环向闭合布置;上下两层在边环梁(7)处汇交在一起。
2、 根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的中心压力环(l)、 上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)连接成的网格形式是肋环形。
3、 根据权利要求2所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的下径向索(5) 单根沿径向布置,其一端与撑杆(4)的下端连接,另一端与上层节点连接。
4、 根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的中心压力环(l)、 上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)连接成的网格形式是联方形。
5、 根据权利要求4所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的下径向索(5) 双根交叉成"V"型布置,其交叉端与撑杆(4)的下端连接,另两端分别与 上层的不同节点连接。
6、 根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:下径向索(5)与撑 杆(4)的交角为锐角。
7、 根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:上层结构的外轮廓形 状为圆形或椭圆形或多边形。
8、 根据权利要求1或权利要求7所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的 上环向索(3)、下径向索(5)、下环向索(6)为柔性钢丝绳或钢铰线或缆索 或钢拉杆。
9、 根据权利要求1或权利要求7所述的索杆弦支穹顶,其特征在于:所述的 上径向杆(2)是型钢。
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