CN100570094C - 局部双层张弦球面网壳 - Google Patents

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CN100570094C CNB2008100602617A CN200810060261A CN100570094C CN 100570094 C CN100570094 C CN 100570094C CN B2008100602617 A CNB2008100602617 A CN B2008100602617A CN 200810060261 A CN200810060261 A CN 200810060261A CN 100570094 C CN100570094 C CN 100570094C
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本发明公开了一种局部双层张弦球面网壳。它包括上、中、下三层,上层由径向杆件、环向杆件组成肋环形网格状布置的球面,由多个环向杆件连接组成球面的纬线,两相邻纬线的环向杆件连接点之间连接有径向杆件,组成球面的经线,最内圈纬线的环向杆件连接点与径向杆件一端相连接,径向杆件另一端铰接于球面网壳中心顶点,中层包括多个单元角锥,单元角锥在上层肋环形网格中沿经线方向和纬线方向均间隔布置,多个单元角锥锥顶连接在下层的环向索上,环向索沿环向闭合布置,通过张拉环向索在结构中施加预应力。本发明结构受力明确,建筑效果简洁通透,在自重作用下为自平衡体系,无水平推力,每一上弦节点设有腹杆,提高了结构的稳定性。

Description

局部双层张弦球面网壳
技术领域
本发明涉及建筑领域,尤其涉及一种局部双层张弦球面网壳。 背景技术
近年来随着预应力钢结构的发展,新的结构形式大批涌现,如索穹顶和弦 支穹顶结构。索穹顶结构具有构造简单,体系轻盈,绝大部分构件为受拉构件 的特点;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,提高了 结构刚度,降低施工难度。但是这两种结构体系还分别存在一些不足:
1) 索穹顶结构上下两层均为柔性体系,除撑杆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,必须施加较大的预应力, 使得压杆和边环梁等构件的内力巨大,所以必须设置非常巨大的环梁,这加重 了下部结构的负担。
3) 由于索穹顶结构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,屋面材料的使蹈受 到限制。
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 面外稳定和上层局部单层网壳的平面外稳定性。
5) 弦支穹顶上层单层网壳内力由下层钢索或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
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种局部双层张弦球面网壳。 局部双层张弦球面网壳包括上、中、下三层,上层由径向杆件、环向杆件 组成肋环形网格状布置的球面,它由多个环向杆件连接组成球面的纬线,纬线 有多条,两相邻纬线的环向杆件连接点之间连接有径向杆件,组成球面的经线, 其中,最内圈纬线的环向杆件连接点与径向杆件一端相连接,径向杆件另一端 铰接于球面网壳中心顶点,中层包括多个单元角锥,单元角锥在上层肋环形网 格中沿经线方向和纬线方向均间隔布置,靠近内层2〜3圈单元角锥连续布置-多个单元角锥锥顶连接在下层的环向索上,环向索沿环向闭合布置,通过张拉环向索在结构中施加预应力。
所述的单元角锥是以腹杆一端汇交于锥顶,腹杆另一端与径向杆件、环向 杆件连接,铰接于锥底节点。径向杆件、环向杆件之间的连接为刚接。径向杆 件、环向杆件和腹杆为刚性构件。环向索为预应力拉索。环向索为钢丝索、钢 绞线或钢棒。
本发明结构受力明确,建筑效果简洁通透。由于这种局部双层张弦球面w 壳设置了环向拉索,腹杆布置稀疏,材料的强度利用率大幅提高,较传统的双
层球面网壳,这种局部双层张弦球面网壳用钢量减少38%,但同样荷载作用下位 移却大体相当。
由于这种结构体系是一种自平衡结构,所以在自重作用下,不存在水平推 力,因此不需要布置巨大的环梁,从而减少了支撑结构的材料消耗,降低了建 造成本。由于局部双层张弦球面网壳上层布置的径向杆件和环向杆件主要以承 受轴力为主,端部弯矩很小,所以上层节点刚接连接较简单。上层节点采塌刚 接,结构刚度大,屋面材料可用刚性轻质板,也可用柔性膜材料,适用范围广。 局部双层张弦球面网壳结构的腹杆部分受拉部分受压,环向索全部受拉,下层 节点采用铰接。
由于局部双层张弦球面网壳腹杆数量相比双层球面网壳减少约3/4,故结构 简洁,可以形成良好的建筑效果,与此同时,局部双层张弦球面网壳上层每一 节点均有腹杆,上层结构的局部稳定性相对单层球面网壳和弦支穹顶结钩却得 到了增强。 附图说明
图1局部双层张弦球面网壳立体轴测图;
图2为图1所示的局部双层张弦球面网壳的上层结构体系布置图;
图3为图1所示的局部双层张弦球面网壳的下层支撑体系轴测图;
图4为图1所示的局部双层张弦球面网壳的四角锥轴测图;
图中:径向杆件l、环向杆件2、张拉环向索3、腹杆4、锥顶节点5、镜底
节点6。
具体实施方式
局部双层张弦球面网壳包括上、中、下三层,上层由径向杆件l、环向杆件2 组成肋环形网格状布置的球面,它由多个环向杆件2连接组成球面的纬线,纬 线有多条,两相邻纬线的环向杆件2连接点之间连接有径向杆件1,组成球面的 经线,其中,最内圈纬线的环向杆件2连接点与径向杆件1一端相连接,径向杆件1另一端铰接于球面网壳中心顶点6,中层包括多个单元角锥,单元角锥在
上层肋环形网格中沿经线方向和纬线方向均间隔布置,靠近内层2〜3圈单元角 锥连续布置,多个单元角锥锥顶连接在下层的环向索3上,环向索3沿环向闭 合布置,通过张拉环向索3在结构中施加预应力。
所述的单元角锥是以腹杆4 一端汇交于锥顶5,腹杆4另一端与径向杆件1、 环向杆件2连接,铰接于锥底节点6。径向杆件l、环向杆件2之间的连接为刚 接。径向杆件l、环向杆件2和腹杆4为刚性构件。环向索3为预应力拉索。环 向索3为钢丝索、钢绞线或钢棒。
本实施例结构跨度为60m,上层外轮廓为圆形,矢跨比1/5,上层节点刚接, 下层节点铰接,周边竖向简支切向约束。结构厚度为2m,径向杆件1、环向杆 件2、腹杆4共选用075. 5X3. 75、 089X4.0、 0114X4.0、 0140X4'0、 0 159X6.0、 0159X8,0、 0180X 10. 0这7种圆钢管,材料为Q235B,环索3采 用钢拉索。通过张拉环向索3在结构中施加预应力。环向索从外圈到内圈依次 为55cD5、 370>5、 1905和19^5钢丝拉索,施加的初始预应力分别为128kN、 1kN、 29kN和5kN ,结构静活荷载均为0.5kN/m2。采用Ansys软件分析设计。在 结构参数相同的情况下,局部双层张弦球面网壳结构方案,用钢量为36、7吨, 最大竖向位移为46. lmm;双层球面网壳的用钢量为58,99吨,最大位移为 32.9咖,较双层球面网壳方案,本发明结构用钢量减少38%。

Claims (6)

1、一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于包括上、中、下三层,上层由径向杆件(1)、环向杆件(2)组成肋环形网格状布置的球面,它由多个环向杆件(2)连接组成球面的纬线,纬线有多条,两相邻纬线的环向杆件(2)连接点之间连接有径向杆件(1),组成球面的经线,其中,最内圈纬线的环向杆件(2)连接点与径向杆件(1)一端相连接,径向杆件(1)另一端铰接于球面网壳中心顶点(6),中层包括多个单元角锥,单元角锥在上层肋环形网格中沿经线方向和纬线方向均间隔布置,靠近内层2~3圈单元角锥连续布置,多个单元角锥锥顶连接在下层的环向索(3)上,环向索(3)沿环向闭合布置,通过张拉环向索(3)在结构中施加预应力。
2、 根据权利要求1所述的一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于:所述 的单元角锥是以腹杆(4)一端汇交于锥顶(5),腹杆(4)另一端与径向杆件(1)、 环向杆件(2)连接,铰接于锥底节点(6)。
3、 根据权利要求1所述的一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于所述的 径向杆件(1)、环向杆件(2)之间的连接为刚接。
4、 根据权利要求2所述的一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于所述的 径向杆件(1)、环向杆件(2)和腹杆(4)为刚性构件。
5、 根据权利要求1所述的一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于所述的 环向索(3)为预应力拉索。
6、 根据权利要求l所述的一种局部双层张弦球面网壳,其特征在于所述的 环向索(3)为钢丝索、钢绞线或钢棒。
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