CN101029521A - V字型径向索弦支网格穹顶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶，具体为V字型径向索弦支网格穹顶。包括有撑杆(1)，径向索(2)，环向索(3)、上层网格结构(4)、钢管(5)。其中，撑杆(1)上端与上层网格结构(4)的节点连接，撑杆(1)下端与钢管(5)连接，径向索(2)沿环向索(3)的圆周成对交叉成V字型布置，其交叉端与同一个撑杆(1)的下端连接，另两端分别与上层网格结构(4)不同的节点连接；环向索(3)穿过钢管(5)，与撑杆(1)构成滑动连接。这种V字型径向索弦支网格穹顶结构承载能力强、整体稳定性高、充分发挥材料的强度、其自身可形成封闭的受力体系减小或消除对周边构件的推力，大大节约材料，适用范围广。

Description

V字型径向索弦支网格穹顶

技术领域

本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶，具体为V字型径向索弦支网格穹顶。

背景技术

经济的发展推动了空间网格结构的发展，同时也向空间结构提出了更高的要求：跨度更大、更加安全、经济。传统的空间网格结构如单层网壳、双层和多层网壳、平板网架等，以其构造简单、施工难度低等特点得到了广泛的应用。但是它们分别存在以下不足：

(1)单层网壳和较薄的双层网壳会在支座处产生较大推力，需要坚固的支撑结构才能保证其安全可靠，加重了支撑结构负担，浪费材料。

(2)单层网壳可跨越跨度较小，一般按照现行规范不宜超过60m，无法满足建造更大跨度空间结构的需要。

(3)传统的空间网格结构构件内力分布不均匀，从里到外呈现阶梯型分布，尤其在靠近支座部位内力峰值很大，不利于构件规格的统一，给加工和建造带来了许多不便，同时影响了结构的整体美观。

(4)单层网壳和较薄的双层网壳在外荷载作用下，可能突然出现整体偏离平衡位置的整体失稳，也可能出现由于局部破坏而扩展到整个结构的失稳。

(5)双层和多层网壳虽然能够部分克服单层网壳的弱点，但是其空间占有量和材料消耗也不同程度的增大。

(6)传统的平板网架结构虽然不会产生支座推力，但是其传力途径不合理，形式单一，内力分布不均匀，可跨越的跨度更小。

预应力钢结构的发展促进了一些受力合理的新型结构的出现，在一定程度上解决了单层网壳的部分上述问题，减小了整个结构在支座处的水平推力，同时可以跨越较大的跨度，但是其仍有以下不足：

1)由于上层组成部分只局限于单层网壳，使得由此形成的弦支穹顶对荷载的非对称布置较敏感，整体稳定性不高，尤其侧向稳定性较差。使弦支结构的优势未能充分体现。

2)环向索、径向索和撑杆在索撑节点连接，由于径向索为单根布索，其不能抵抗径向索和撑杆所确定的平面外的法向力，在张拉环向索时，由于索撑节点摩擦力的存在，使径向索和撑杆偏离平衡位置，侧向稳定难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有结构的上述缺陷，提供了一种弦支网格穹顶结构，这种结构承载能力强、整体稳定性高、减小甚至消除对周边构件的作用力，大大节约材料，适用范围广。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：它包括上下两部分，上层为空间网格结构4，下层是由环向索3、成对V字型交叉布置径向索2、用于上下层联系的撑杆1组成的支撑体系。撑杆1为刚性构件承担压力，撑杆1上端与上层网格结构4的节点连接，撑杆1的下端与钢管5连接。径向索成对交叉成V字型沿环向索3的圆周布置，其交叉端与同一个撑杆1下端节点连接，另两端分别与上层网格结构4不同的节点连接。环向索3穿过钢管5的内部，与撑杆1构成滑动连接。

所述的撑杆1长度应保证径向索2与撑杆1的交角为锐角。

所述的上层网格结构4为单层网格或双层网格或多层网格。

所述的上层网格结构4的形状可以为圆形或椭圆形或矩形或多边形。

环向索3可以为柔性钢丝绳、钢铰线、缆索等，环向索3每一圈为通长封闭布置，其穿过撑杆下节点并与其滑动连接，以保证在施工张拉环向索时，索力能够有效传递到张拉的远端。

撑杆的长度是影响径向索中竖向和水平向分力大小的重要构件，在其它条件不变的情况下撑杆越长竖向分力越大，撑杆越短水平分力越大，应根据对支座反力的要求和穹顶竖向荷载的情况计算决定撑杆的长度，但是撑杆长度应以保证径向索与撑杆的夹角为锐角。

径向索承受拉力，其可以是柔性钢索或钢拉杆，

由于构造、加工等诸多原因，环向索在索撑节点的摩擦力是不可避免的，径向索采用V字型交叉布置，其沿索撑节点摩擦力方向的分量，能抵消部分摩擦力，张拉时索撑节点能维持原有的平衡位置，使整个体系维持原有的受力形式。另外，这种V字型交叉布置增强了整个体系的整体性，提高了承载能力，尤其提高了抵抗水平荷载的能力，增加了横向整体稳定性及竖向局部稳定性。

由于整体结构体系形成了力封闭体系，在正常荷载作用下，可以消除对边缘支撑结构对平作用力，减少支撑结构的材料消耗，降低成本。

本发明的V字型径向索弦支网格穹顶可以通过张拉环向索或者径向索，在结构中施加预应力。由于上层为形状不受限制的网格结构，所以屋面可用刚性轻质板也可用柔性模材料，适用范围广，另外更有利于建筑造型的自由发挥，并能够跨越更大的跨度。

本发明的V字型径向索弦支网格穹顶结构具有构造简单、传力清晰、受力合理、承载能力强、竖向和横向整体稳定性高等特点，能够充分发挥材料的强度，大大节约材料，降低工程造价。

附图说明

图1本发明的立体轴侧图

图2本发明的结构立面图

图3本发明下层支撑体系轴侧图

图4本发明的结构剖面图

图5本发明的索撑节点侧视图

图6本发明的索撑节点前视图

图中：1、撑杆，2、径向索，3、环向索，4、上层网格结构，5、钢管。

具体实施方式

下面结合附图1～6具体说明本发明的V字型径向索弦支网格穹顶实施例。

实施例1：

如图1～图6所示，本发明包括撑杆1、径向索2、环向索3、上层网格结构4。上层网格结构4为单层网格，其形状为圆形。撑杆1为刚性构件承担压力，撑杆1上端与上层网格结构4的节点连接，撑杆1的下端与钢管5固定连接。径向索成对交叉成V字型沿环向索3的圆周布置，其交叉端与同一个撑杆1下端节点连接，另两端分别与上层网格结构4不同的节点连接。环向索3穿过钢管5的内部，如图5、如6所示，与撑杆1构成滑动连接。如图3所示，每一道环向索3为通长封闭布置，并与径向索2和撑杆1的下端铰接点滑动连接。这样在施工张拉环向索时，索力能够有效传递到张拉的远端，或者在通过张拉径向索施加预应力时，能够调整下层支撑体系的内力分布，使内力更均匀。

撑杆1的长度应保证径向索2与撑杆1的交角为60度。

实施例2：

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于上层网格结构4为双层网格，其形状为椭圆形。

实施例3：

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于上层网格结构4为多层网格，其形状为矩形。

实施例4：

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于上层网格结构4为双层网壳，其形状为多边形。

这种V字型径向索弦支网格穹顶结构有效降低上层网格结构构件的内力峰值，实现上层网格结构内力的转移和重新分布，充分利用材料强度，使内力转移到承载能力高的钢索中。其具有重量轻、承载力大、传力途径清晰合理等特点，能够满足建造更大跨度得需要。

Claims (4)

1、V字型径向索弦支网格穹顶，包括有撑杆(1)，径向索(2)，环向索(3)；其特征在于：还包括有上层网格结构(4)、钢管(5)，其中，撑杆(1)的上端与上层网格结构(4)的节点连接，撑杆(1)的下端与钢管(5)连接；所述的径向索(2)沿环向索(3)的圆周成对交叉成V字型布置，其交叉端与同一个撑杆(1)的下端连接，另两端分别与上层网格结构(4)不同的节点连接；环向索(3)穿过钢管(5)，与撑杆(1)构成滑动连接。

2、根据权利要求1所述的V字型径向索弦支网格穹顶，其特征在于：径向索(2)与撑杆(1)的交角为锐角。

3、根据权利要求1所述的V字型径向索弦支网格穹顶，其特征在于：所述的上层网格结构(4)为单层网格或双层网格或多层网格。

4、根据权利要求3所述的V字型径向索弦支网格穹顶，其特征在于：所述的上层网格结构(4)的形状为圆形或椭圆形或矩形或多边形。

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