CN102733479A - 一种非对称开口式整体张拉索膜结构 - Google Patents

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Abstract

一种非对称开口型索膜整体张拉结构，通过吊索（1）、脊索（2）和谷索（3）三层径向索与环向索形成中间开口的空间整体张拉索膜结构，其外围钢结构（7）具有柱和环梁，顶部设置环向桁架或环梁，还包括顶部环向桁架或环梁-吊索节点（6）、中部环梁-脊索节点（8）、下部环梁-谷索节点（9）；外围钢结构（7）通过顶部环向桁架或环梁-吊索节点（6）、中部环梁-脊索节点（8）、下部环梁-谷索节点（9）分别与吊索（1）脊索（2）以及谷索（3）放入外端相连；内环索（4）通过环索夹节点（10,11）与谷索（3）和吊索（1）以及脊索（2）相连；在相邻脊索（2）、谷索（3）和膜边索（12）之间张拉覆膜（5）形成非对称索膜张拉结构。

Description

一种非对称开口式整体张拉索膜结构
技术领域
本发明属于大跨空间结构领域，涉及一种由三层径向索、环索和覆膜组成的中间开口整体张拉结构。
 
背景技术
索膜结构的发展源于20世纪后期，它是一种新型的张拉结构，由于其独特的体系特点，它能充分利用索与膜的材料抗拉的特性，材料利用效率高。索膜结构的历史最早可以追溯到古老的帐篷，但是它作为一种临时建筑并没有被人们所重视，直到上世纪80年代开发出了新型膜材料之后，膜结构才开始得到广泛应用。索膜结构按照其构造形式可以分为：充气式膜结构、索桁架膜结构、索穹顶结构和张拉索膜结构。
张拉索膜结构是一种依靠膜自身的张力以及拉索共同组成的结构体系，该结构主要由张拉索和覆盖的膜材料组成，拉索又分为谷索脊索以及处于膜边缘的边索，在此类结构中膜单元得到充分张拉，能够承受一定荷载。该类结构膜单元可以充当结构水平之间的联系，对于水平方向的地震及风荷载具有很好的吸收作用。张拉索膜结构按照其受力特点可以分为：
（1）一般张拉索膜结构，膜是主要的受力部分，该结构通过给膜施加一定的预应力使膜具有一定刚度，该类结构由于膜本身强度的限制，无法施加很大的预应力，故该类结构一般应用于跨度较小的结构。
（2）复合张拉索膜结构，该结构索结构承受结构主要的力，膜单元主要承受局部荷载。因为索网的存在，该类结构刚度较一般张拉索膜结构大，因而特别适合应用于体育馆、美术馆、机场等大跨度结构的屋盖。同时此类结构索与膜的预应力必须按照一定的比例施加。
 
发明内容
（1）解决的技术问题：
现有的开口型索膜整体张拉结构多用于体育场建筑，主要有两种类型：一种类型为径向索为外圈高低两层，至内环索交为一层；平面为圆形或近似椭圆形，整体相对规则，内环索处于同平面内；另一种类型为两层径向索外围交于一圈，至内环索分为上下两层，两层之间通过撑杆连接。上述开口型索膜整体张拉结构由于结构限制，多为对称造型，难以实现非对称造型的建筑效果。
本发明提出一种新型索膜整体张拉结构，通过吊索、脊索和谷索三层径向索与环向索形成中间开口的空间整体张拉索膜结构，这样可以通过脊索和谷索之间的张拉膜面借助脊谷索外端的高差形成索膜竖向承载刚度，吊索增强结构整体竖向刚度。由于有三层索，通过调整不同部位吊索和脊谷索索力，可以实现索膜结构非对称造型的建筑效果。
（2）技术方案
本发明提出一种非对称开口型整体张拉索膜结构，通过吊索、脊索和谷索三层径向索与环向索形成中间开口的空间整体张拉索膜结构。其特征在于：
该结构包括外围钢结构、吊索、脊索、谷索、内环索和覆膜及膜边索；
外围钢结构具有柱和环梁，其顶部设置环向桁架或环梁；
外围钢结构还包括顶部环向桁架或环梁-吊索节点、中部环梁-脊索节点、下部环梁-谷索节点；
外围钢结构通过顶部环向桁架或环梁-吊索节点与吊索外端相连；
外围钢结构通过中部环梁-脊索节点与脊索外端相连；
外围钢结构通过下部环梁-谷索节点与谷索外端相连；
内环索可以采用单根环索，也可采用一组平行的多根环索；
内环索通过环索夹节点与谷索和吊索相连；
内环索通过环索夹节点与脊索相连；
吊索可以为径向放射状布置，也可以采用X型交叉布置；
相邻脊索和谷索作为覆膜的骨架，覆膜设置膜边索，在相邻脊索、谷索和膜边索之间通过张拉覆膜形成索膜张拉结构；
通过调整不同部位吊索和脊谷索索力，可实现索膜整体张拉结构非对称造型。
（3）有益效果
通过本发明的结构，可实现体育场屋盖非对称建筑造型，如非对称马鞍形。脊索和谷索外端高差不必太大，吊索在膜面上方，对建筑效果影响很小，膜面建筑效果更为优美，结构受力合理，施工快捷。
 
附图说明
图1为整体张拉索膜结构剖面图。
图2为整体张拉索膜结构三维图。
图3为整体张拉索膜结构局部三维图。
图4为整体张拉索膜结构局部剖面图。
图5为与谷索和吊索相连的环索夹节点，
图6为与脊索相连的环索夹节点。
图7为环向桁架或环梁吊索节点。
图8为环梁-脊索节点。
图9为环梁-谷索节点。
各附图中：1吊索、2脊索、3谷索、4内环索、5覆膜、6环向桁架或环梁-吊索节点、7外围钢结构、8环梁-脊索节点、9环梁-谷索节点、10与谷索和吊索相连的环索夹节点、11与脊索相连的环索夹节点、12膜边索。
 
具体实施方式
以某体育场工程为例，来说明本发明的非对称开口式整体张拉索膜结构。
首先建立外围钢结构7，如图2所示，外围钢结构7采用X型柱和环梁，顶部设置环向桁架；
Figure 757286DEST_PATH_IMAGE004
在顶部环向桁架与吊索连接位置设置环向桁架-吊索节点6；
Figure 537023DEST_PATH_IMAGE006
在外围钢结构7中，在环梁与脊索2和谷索3外端连接处分别设置中部环梁-脊索节点8和下部环梁-谷索节点9；
Figure 994549DEST_PATH_IMAGE008
根据索力的大小，内环索4采用一组平行的十根内环索4，分为上下两层，每层五根内环索4；
Figure 2012102007186100002DEST_PATH_IMAGE010
内环索4通过环索夹节点10与吊索1和谷索3内端相连接；
Figure 2012102007186100002DEST_PATH_IMAGE012
内环索4通过环索夹节点11与脊索2内端相连接；
Figure 2012102007186100002DEST_PATH_IMAGE014
脊索2和谷索3及膜边索12之间通过张拉覆膜5形成非对称开口式张拉整体索膜结构。

Claims (5)

1.一种非对称开口式整体张拉索膜结构，通过吊索（1）、脊索（2）和谷索（3）三层径向索与环向索（4）形成中间开口的空间整体张拉索膜结构，其特征在于：
该结构包括外围钢结构（7）、吊索（1）、脊索（2）、谷索（3）、内环索（4）和覆膜（5）及膜边索（12）；
外围钢结构（7）具有柱和环梁，其顶部设置环向桁架或环梁；
外围钢结构（7）还包括顶部环向桁架或环梁-吊索节点（6）、中部环梁-脊索节点（8）、下部环梁-谷索节点（9）；
外围钢结构（7）通过顶部环向桁架或环梁-吊索节点（6）与吊索（1）外端相连；
外围钢结构（7）通过中部环梁-脊索节点（8）与脊索（2）外端相连；
外围钢结构（7）通过下部环梁-谷索节点（9）与谷索（3）外端相连；
内环索（4）通过环索夹节点（10）与谷索（3）和吊索（1）相连；
内环索（4）通过环索夹节点（11）与脊索（2）相连；
相邻脊索（2）和谷索（3）作为覆膜（5）的骨架，覆膜（5）设置膜边索（12），在相邻脊索（2）、谷索（3）和膜边索（12）之间通过张拉覆膜（5）形成索膜张拉结构；
通过调整不同部位吊索和脊谷索索力，实现索膜整体张拉结构非对称造型。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于所述外围钢结构7采用X型柱。
3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于所述内环索（4）采用单根环索或一组平行的多根环索。
4.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于所述吊索（1）为径向放射状布置或X型交叉布置。
5.根据权利要求3所述的结构，其特征在于所述吊索（1）为径向放射状布置或X型交叉布置。
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