CN102995747A - 具有充气膜压杆的桁架体系 - Google Patents
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Abstract
本发明为具有充气膜压杆的桁架体系，属于新体系范畴。采用小杆件拼出大跨度结构的思想，提出了用柔性材料构造承重结构的新思路，基于充气膜压杆构造桁架体系。在此结构中，用充气压杆作为受压杆件，索作为受拉杆件。充气膜压杆在不充气的状态下为柔性的杆件，充气后为具有抗压刚度的劲性杆件，其抗压刚度依充气膜压杆的直径和内部气压而定。整个结构体系用柔性材料通过铰接节点拼装而成，充气后劲性的充气膜压杆配合柔性预应力拉索共同工作。本发明的结构是真正便携、易装的轻型桁架结构，特别适用于需要快速移动、即装即用的场合，可作为屋盖结构，临时性桥梁等，对于抗震救灾和灾后重建具有特别重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种桁架结构，具体是一种建筑结构领域的组合充气膜结构。
背景技术
膜结构分为张拉结构和充气结构，充气膜结构又分为气承式和气囊式。现代意义的充气膜结构起源于20世纪初，1917年英国工程师F.W.兰彻斯特成功地把充气原理应用到房屋结构中，提出了用鼓风机吹胀膜布用作野战医院的设想，并申请了专利。1946年，美国工程师Walter Bird建成第一个现代充气膜结构——多谱勒雷达穹顶。1970年日本大阪万国博览会上，膜结构被系统地推向世界,开始了刚性结构向柔性结构的转变，建成了大型充气膜结构如气承式的美国馆、气囊式的富士馆等，这以后充气膜结构开始有了广泛的应用。2002年，瑞士Airlight公司和EMPA组合结构研究中心的科技人员提出了一种充气梁，上翼缘为金属压杆，索按照梁的主应力迹线布置作为下翼缘，气囊作为梁的腹板形成了组合梁，称为气撑式张弦梁，申请了多项专利技术并付诸了工程实践。
1988年起，天津大学、哈尔滨建筑工程学院、同济大学以及中国建筑科学研究院等逐渐对薄膜结构进行研究，并建成了长沙世界之窗剧场、深圳华侨城网球场、青岛颐中体育场、上海八万人体育场等一批张拉膜结构，张拉膜结构在我国率先发展起来，应用日益广泛。随着膜材及加工技术的进步，气承式膜结构近年才得以较多的应用。最早的如1995年在北京顺义建造的游泳馆，以后有天津市规划展览馆、北京朝阳公园羽毛球馆等均为气承式膜结构。而气囊式膜结构直至2008年，在国家游泳中心“水立方”和国家体育场“鸟巢”顶部火炬库工程中，引入国外技术才得以应用于工程。
综上所述，充气膜结构在国内外的研究和应用，以气承式和气囊式两种结构形式为主。气承式主要是靠膜面内外的气体压力差成形，施加预张力和保持稳定，承载力低，稳定性差。气囊式膜结构，典型的结构，如日本的富士馆、国家体育场“鸟巢”顶部的火炬库工程，用气囊式拱作为承重结构，但是承载力小，只能用于自承重的维护结构；国家游泳中心“水立方”是气枕式膜结构，属于气囊式膜结构，但气枕依附于骨架结构上，属于维护结构，同样承载能力很小；气撑式张弦梁，属于一种改进的组合梁，跨度和承载能力很大，但上部受压翼缘仍为劲性金属构件，气囊是横向承压仅作为上翼缘的横向支撑以提高其稳定性，这就使得整个梁的设计、加工、运输和安装变得复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，采用小杆件拼出大跨度结构的思想，将气囊用作结构中的受压杆件，提出一种具有充气膜压杆的桁架体系，此种结构具有轻质、便携，安装、拆卸方便的特点，可应用于临时桥梁、屋盖、舞台等结构，具有广泛的应用前景。
为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：
具有充气膜压杆的桁架体系，其特征在于：所述的桁架体系为柔性材料拼装成的结构体系。充气膜压杆1、预应力拉索2组成单榀桁架3，在单榀桁架3中，上弦杆和竖向腹杆为充气膜压杆1，斜向腹杆和下弦杆为预应力拉索2，上弦杆和竖向腹杆组成“T”字型。
所述的桁架体系，充气膜压杆1材料为具有气密性的PVC膜材，杆件充气后才能有相应的抗压刚度。
所述的桁架体系，充气膜压杆1充气后为管状杆件。
所述的桁架体系，充气膜压杆1的内压范围为150KPa～200KPa，并在预应力拉索2的索头处设置调节预应力拉索2长度的调节螺杆。内压的大小根据结构承载力要求而定，内压不同，结构所具有的刚度也不同。在承载力满足要求的情况下，为了使充气杆件的内压尽可能小，同时结构又能有足够的刚度，以满足结构正常使用极限状态的要求，可以通过调节预应力拉索2索头处的调节螺杆，用以改变拉索的长度，进而调节结构的起拱高度，以满足结构的挠度要求。所述的桁架体系，组成单榀桁架3的杆件以桁架中部的充气膜压杆1为对称轴呈轴对称。
所述的桁架体系，组成单榀桁架3的杆件只有充气膜压杆1、预应力拉索2，且杆件之间用铰接节点连接。
本发明的桁架体系，在自重和外荷载作用下，每个杆件所受轴力始终不变号，充气膜压杆1为受压杆件，预应力拉索2为受拉杆件。
本发明的桁架体系，具有构造简单，杆件规格统一，传力明确，材料新颖，同时有便携、拆装方便的特点。此种结构最突出的特点是，整个体系除了连接节点外，构件材料皆为柔性材料，真正做到便携易装，可重复使用。
附图说明
图1为本发明的立体轴测图。
图2为本发明的正立面图。
图中：1-充气膜压杆；2-预应力拉索；3-单榀桁架。
具体实施方式
下面结合图1、图2对本发明做进一步说明：如图1、图2所示，本发明包括充气膜压杆1、预应力拉索2组成单榀桁架3。充气膜压杆1材料为具有气密性的柔性膜材，充气后才能有相应的刚度，充气后为管状杆件。单榀桁架3上弦杆与竖向腹杆呈“T”字型且组成“T”字型上弦杆和腹杆腹杆皆为充气膜压杆1，斜向腹杆和下弦杆为预应力拉索2，在此桁架中所有的杆件以桁架中部的充气膜压杆1为对称轴呈轴对称。单榀桁架3中杆件和杆件间通过铰接节点连接，组装过程中，通过调节预应力拉索2的长度来调节桁架的起拱高度，以满足结构使用时的挠度要求。桁架一端采用固定铰支座，另一端采用可动铰支座。
Claims (8)
1.具有充气膜压杆的桁架体系，其特征在于：所述的桁架体系为柔性材料拼装成的结构体系，包括充气膜压杆（1）、预应力拉索（2）组成单榀桁架（3），单榀桁架拼装成整体结构。
2.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：充气膜压杆（1）采用具有气密性的柔性膜材制成。
3.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：充气膜压杆（1）充气后为管状承压杆件。
4.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：预应力拉索（2）的长度可调节。
5.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：单榀桁架（3）的上弦杆与竖向的腹杆呈“T”字型。
6.根据权利要求5所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：组成“T”字型的上弦杆和竖向的腹杆皆为充气膜压杆（1）。
7.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：组成单榀桁架（3）的杆件以桁架中部的充气膜压杆（1）为对称轴呈轴对称。
8.根据权利要求1所述的具有充气膜压杆的新型桁架体系，其特征在于：组成单榀桁架（3）的杆件皆为充气膜压杆（1）、预应力拉索（2）。
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