CN101812886A - 一种肋环型刚性索穹顶结构 - Google Patents

一种肋环型刚性索穹顶结构 Download PDF

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高博青
岑迪钦
周瑜
蒋贤陆
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明公开了一种肋环型刚性索穹顶结构。包括中心竖压杆、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边环梁；刚性杆件为向下弧形辐射状，中心竖压杆上端与多条刚性杆件一端相连，刚性杆件由多根构件刚接相连，多条刚性杆件另一端与边环梁锚接，竖直撑杆的上端与刚性杆件的两构件刚接点铰接，竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接，斜索的另一端与刚性杆件的两构件刚接点铰接，端部斜索与边环梁锚接，环索沿环向闭合布置。本发明结构形式简洁，受力性能优越，将原结构的脊索用刚性杆件代替，使结构的承载力和稳定性都有较大提高，变形趋于平缓，而且可使结构安装得到极大的便利。

Description

一种肋环型刚性索穹顶结构
技术领域
[0001] 本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种肋环型刚性索穹顶结构。 背景技术
[0002] 索穹顶（Cable Dome)结构是美国工程师Geiger发展和推广Fuller张拉整体思想后实现的一种新型预张力大跨结构，它体现了 Fuller关于“压力的孤岛存在于拉力的海洋 中”的思想，是一种结构效率极高的全张力体系。肋环型索穹顶结构形式简洁美观、自重轻， 但稳定性相对较差，容易在平面外出现失稳，且当荷载增大到一定程度时，中心部分脊索容 易退出工作，使结构位移的增大速率明显加快，若要使中心部分的脊索不退出工作，必须极 大地提高环索的预应力，从而导致结构的其他部分构件内力明显增加，而且当外环索预应 力增加到一定值时，其效果逐渐减弱。因此，如何使肋环型索穹顶结构能承受更大的荷载并 提高其稳定性是急需解决的关键问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种肋环型刚性索穹顶结构。
[0004] 肋环型刚性索穹顶结构包括中心竖压杆、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边 环梁；刚性杆件为向下弧形幅射状，中心竖压杆上端与多条刚性杆件一端相连，刚性杆件由 多根构件刚接相连，多条刚性杆件另一端与边环梁锚接，竖直撑杆的上端与刚性杆件的两 构件刚接点铰接，竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接，斜索的另一端与刚性杆件的 两构件刚接点铰接，端部斜索与边环梁锚接，环索沿环向闭合布置。
[0005] 所述的刚性杆件为施加预应力的刚性杆件。所述的中心竖压杆标高最高，竖直撑 杆顶部标高环向相同，径向由内向外递减。所述的环索、斜索为预应力拉索。
[0006] 本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
[0007] 1)结构形式简洁，呈肋环状；
[0008] 2)自重轻，结构构件少；
[0009] 3)充分发挥高强度材料的性能，本结构可采用受拉性能优越的高强度拉索和受压 性能优越的混凝土环梁，充分发挥这两种材料各自的特性；
[0010] 4)将脊索换成刚性杆件，使结构的承载能力和稳定性都有了较大提高；
[0011] 5)避免了位移变化突然增大的现象，是结构的位移随荷载的增大平缓变化，并使 结构的位移有所减小。
[0012] 6)与普通索穹顶结构相比，由于上弦节点位置固定，使结构安装极为方便。 附图说明
[0013] 图1为肋环型刚性索穹顶结构的三维轴测图；
[0014] 图2为肋环型刚性索穹顶结构的剖面示意图；
[0015] 图3为肋环型刚性索穹顶结构的平面示意图；[0016] 图4为肋环型刚性索穹顶结构刚性杆件及环梁的示意图；
[0017] 图5为肋环型刚性索穹顶结构的中心竖压杆、斜索、竖直撑杆、环索示意图；
[0018] 图6(a)为本发明的算例平面示意图；
[0019] 图6(b)为本发明的算例剖面示意图；
[0020] 图7为本发明在竖直向下荷载作用下的荷载-位移图；
[0021] 图8为本发明在竖直向上荷载作用下的荷载-位移图。
具体实施方式
[0022] 如图1〜5所示，肋环型刚性索穹顶结构包括中心竖压杆1、刚性杆件2、环索3、竖 直撑杆4、斜索5以及边环梁6 ；刚性杆件2为向下弧形幅射状，中心竖压杆1上端与多条刚 性杆件2 —端相连，刚性杆件2由多根构件刚接相连，多条刚性杆件2另一端与边环梁6锚 接，竖直撑杆4的上端与刚性杆件2的两构件刚接点铰接，竖直撑杆4的下端与斜索5的一 端和环索3铰接，斜索5的另一端与刚性杆件2的两构件刚接点铰接，端部斜索5与边环梁 6锚接，环索3沿环向闭合布置。
[0023] 所述的刚性杆件2为施加预应力的刚性杆件。所述的中心竖压杆1标高最高，竖 直撑杆4顶部标高环向相同，径向由内向外递减。所述的环索3、斜索5为预应力拉索。
[0024] 肋环型刚性索穹顶结构是脊索改为刚性杆件的肋环型索穹顶体系，它由不同强度 的材料组合而成。其中，边环梁为受压边环梁，可利用先不结构柱顶圈梁，一般为钢筋混凝 土梁，刚度大，受压性能好，施工也方便，斜索和刚性杆件的锚固用的钢板可预埋在该梁上， 张拉操作空间宽敞，操作方便。斜索和环索可采用高强钢丝、钢绞线或钢丝绳等，中心竖压 杆、刚性杆件和竖直撑杆可采用型钢。拉索施工时，首先要确定其零应力状态下的长度，力口 工索头、锚具。索与索连接、索与梁连接的节点已有许多形式可选择。
[0025] 本结构的安装过程如下：首先安装边环梁6，接着安装刚性杆件2，施加一定的设 计预应力值，安装刚性杆件2时，在中心点应搭设胎架，以放置刚性杆件2、中心竖压杆，然 后由中心至边环梁逐圈安装竖直撑杆4、环索3、张拉斜索5至斜索预应力设计值。由斜索 5的张拉需要，其下部一般搭置操作平台。至此，本结构安装完毕。
[0026] 下面给出一具体算例。
[0027] —个肋环型刚性索穹顶结构，跨度为60m，承受轴对称荷载，如图6所示，竖直撑杆 高度为=H1 = 2. 3m, H2 = 6. 75m, H3 = 11m，截面积均为138. 0cm2。节点竖向荷载为=P1 = 1/11Ρ,Ρ2 = 4/11Ρ，Ρ3 = 6/11P，其中P为荷载参数。索截面面积及初始预应力分布见表1， 刚性杆件截面面积及初始预应力分布见表2。梁截面积为100cm2，惯性矩为833cm4，拉索的 弹性模量为1. 85 X IO11Pa,刚性杆件和梁的弹性模量为2. 06 X IO11Pa0
[0028]表 1 ：
[0029]<table>table see original document page 4</column></row> <table>[0030] 表 2 ：
[0031]<table>table see original document page 5</column></row> <table>

Claims (4)

  1. 一种肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于包括中心竖压杆(1)、刚性杆件(2)、环索(3)、竖直撑杆(4)、斜索(5)以及边环梁(6)；刚性杆件(2)为向下弧形幅射状，中心竖压杆(1)上端与多条刚性杆件(2)一端相连，刚性杆件(2)由多根构件刚接相连，多条刚性杆件(2)另一端与边环梁(6)锚接，竖直撑杆(4)的上端与刚性杆件(2)的两构件刚接点铰接，竖直撑杆(4)的下端与斜索(5)的一端和环索(3)铰接，斜索(5)的另一端与刚性杆件(2)的两构件刚接点铰接，端部斜索(5)与边环梁(6)锚接，环索(3)沿环向闭合布置。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的刚性杆件 (2)为施加预应力的刚性杆件。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的中心竖压 杆（1)标高最高，竖直撑杆（4)顶部标高环向相同，径向由内向外递减。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的环索（3)、 斜索（5)为预应力拉索。
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