CN104947840A - 一种预应力索撑可展网架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可单向折叠的预应力索撑可展网架结构，由多个倒置的可折叠四角锥单元阵列分布连接组成，包括水平正交的折叠方向和不可折叠方向。在不可折叠方向布置高度相同的四角锥单元，可折叠方向布置三种不同高度的四角锥单元；可折叠方向上弦杆为可伸缩杆，不可折叠方向上弦杆、下弦杆和腹杆均为刚性杆，可折叠方向下弦布置预应力拉索。本发明在保证网架结构较大刚度和承载力的前提下，下弦节点处通过铰接，实现了网架结构的可展功能；在可折叠方向变高度并布置预应力拉索，充分利用索体材料的高强受拉性能，提高结构的整体承载力和刚度，减轻了结构自重。

Description

一种预应力索撑可展网架结构

技术领域

本发明涉及建筑领域应用的一种可折叠网格结构，具体为一种基于四角锥网架的预应力索撑可展网架结构。

背景技术

进入21世纪以来，我国的社会经济得到了飞速发展，大跨度空间结构的需求越来越多，人们对建筑的要求也越来越高，而网架结构凭借其空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点被广泛应用于体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、加油站等公用建筑中。

随着机械制造业的迅速发展和功能需求不断提高，可展结构被逐渐引入体育场馆等大型公共建筑中。在建筑领域中，可展结构可重复使用，且折叠后体积小，便于运输及储存，与永久性建筑物相比不仅在施工上省时省力，而且可避免不必要的资金再投入而造成的浪费。此外可展结构可通过改变自身构件参数与膜结构结合形成造型独特的曲面。国外对可展网格结构的研究成果已经相当丰富，并已有应用的工程实例。但可展体系在四角锥网架中尚未见使用，主要原因有：(1)可展网架节点受力性能不佳，构造复杂；(2)可展网架结构承载力难以得到保证，位移较难满足使用要求。将预应力拉索应用到基于四角锥网架的可展网架结构中可有效改善受力体系，提高结构构件的承载效率，同时解决折叠结构普遍存在的刚度不足问题，可应用于有开闭要求的大跨度屋盖结构中。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可单向折叠展开，解决了折叠网格结构普遍存在的承载力和刚度不足问题的预应力索撑可展网架结构。该结构不仅能满足建筑对可开闭屋盖结构的安全性和功能要求，还具有设计施工方便的优点，能较好地满足大跨度开合屋盖结构的需要。

技术方案：本发明的预应力索撑可展网架结构，由多个倒置的可折叠四角锥单元阵列分布连接组成，包括水平正交的折叠方向和不可折叠方向。可折叠四角锥单元由四根上弦杆和四根刚性腹杆连接而成，其中在折叠方向上的两根上弦杆为可伸缩杆，在不可折叠方向上的两根上弦杆为刚性上弦杆，在折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元的下弦节点之间通过拉索连接，在不可折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元的下弦节点之间通过刚性下弦杆连接。

进一步的，本发明的预应力索撑可展网架结构中，折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元的高度不同，在不可折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元的高度相同。

进一步的，本发明的预应力索撑可展网架结构中，在折叠方向上相邻的两个四角锥单元共用刚性上弦杆，不可折叠方向上相邻的两个四角锥单元共用可伸缩杆。

进一步的，本发明的的预应力索撑可展网架结构中，可折叠四角锥单元中的四根刚性腹杆在下弦节点铰接，所述可伸缩杆与刚性腹杆铰接。

进一步的，本发明的的预应力索撑可展网架结构中，所述的拉索施加有预应力。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明以正交正放四角锥网架结构为基础，设计和施工时可参考已有的网架结构设计施工方法，方便了设计和施工方法的确定。(2)在不可折叠方向多个倒置四角锥单元上、下弦节点通过腹杆和上下弦刚性杆刚接，使结构在锁定及运动状态时不可折叠方向均具备一定的承载力、刚度和稳定性。(3)在可折叠方向设置网格大小相同的变高度倒置四角锥单元；通过上弦可伸缩杆控制屋盖结构的折叠过程，并可保证运动过程中屋盖结构在可折叠方向的刚度和稳定性，进一步提高结构运动过程中的整体力学性能。(4)结构可折叠方向下弦设置拉索，拉索在运动过程中松弛，在展开状态施加一定预应力，使结构具备可展开功能的同时可适用更大跨度的屋盖结构。

附图说明

图1是本发明完全展开状态的结构示意图。

图2是完全展开状态下，可折叠方向可折叠四角锥单元示意图。

图3是预应力索撑可展网架结构半开状态轴测图。

图4是预应力索撑可展网架结构完全折叠状态轴测图。

图中有：1.四角锥单元，2.刚性下弦杆，3.可伸缩杆，4.刚性上弦杆，5.拉索，6.刚性腹杆,7.下弦节点。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，预应力索撑可展网架结构由多个倒置的可折叠四角锥单元1阵列分布连接组成，包括水平正交的折叠方向和不可折叠方向。如图2所示，所述可折叠四角锥单元1由四根上弦杆和四根刚性腹杆6连接而成，其中在折叠方向上的两根上弦杆为可伸缩杆3，在不可折叠方向上的两根上弦杆为刚性上弦杆4，在折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元1的下弦节点7之间通过拉索5连接，在不可折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元1的下弦节点7之间通过刚性下弦杆2连接。

如图2所示，四角锥单元高度指四角锥单元下弦节点7至上表面的垂直距离。所述的预应力索撑可展网架结构中，折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元1的高度不同，在不可折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元1的高度相同。

所述的预应力索撑可展网架中，在折叠方向上相邻的两个四角锥单元1共用刚性上弦杆4，不可折叠方向上相邻的两个四角锥单元1共用可伸缩杆3。

所述的预应力索撑可展网架中，可折叠四角锥单元1中的四根刚性腹杆6在下弦节点铰接，所述可伸缩杆3与刚性腹杆6铰接。

所述的拉索5穿过下弦节点7上的索套，展开到指定位置时施加有预应力。

在折叠状态时，拉索5是松弛的，而上弦可伸缩杆3的长度是可以变化的，随着可伸缩杆3的伸长，体系在逐步展开。在展开过程中，拉索5始终处于松弛状态。当展开到指定位置时，可伸缩杆3长度锁定，拉索5被张紧，限制了屋盖的进一步运动，机构变为结构。同时在拉索5中施加一定预应力，因而提高了整个结构的刚度和稳定性。考虑构件与节点的尺寸，完全折叠状态相邻腹杆间留有约10°夹角。图3至图4为预应力索撑可展网架结构折叠过程中半展开状态，完全折叠状态轴测图。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种预应力索撑可展网架结构，其特征在于，该结构由多个倒置的可折叠四角锥单元(1)阵列分布连接组成，包括水平正交的折叠方向和不可折叠方向，所述可折叠四角锥单元(1)由四根上弦杆和四根刚性腹杆(6)连接而成，其中在折叠方向上的两根上弦杆为可伸缩杆(3)，在不可折叠方向上的两根上弦杆为刚性上弦杆(4)，在折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元(1)的下弦节点(7)之间通过拉索(5)连接，在不可折叠方向上相邻两个可折叠四角锥单元(1)的下弦节点(7)之间通过刚性下弦杆(2)连接。

2.根据权利要求1所述的预应力索撑可展网架结构，其特征在于，所述结构中，折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元(1)的高度不同，在不可折叠方向上排列的各可折叠四角锥单元(1)的高度相同。

3.根据权利要求1或2所述的预应力索撑可展网架，其特征在于，所述结构中，在折叠方向上相邻的两个四角锥单元(1)共用刚性上弦杆(4)，不可折叠方向上相邻的两个四角锥单元(1)共用可伸缩杆(3)。

4.根据权利要求1或2所述的预应力索撑可展网架，其特征在于，所述的可折叠四角锥单元(1)中的四根刚性腹杆(6)在下弦节点(7)铰接，所述可伸缩杆(3)与刚性腹杆(6)铰接。

5.根据权利要求1或2所述的预应力索撑可展网架，其特征在于，所述的拉索(5)施加有预应力。