CN109629690B - 一种无内环全张拉交叉索桁架结构 - Google Patents

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Abstract

一种无内环全张拉交叉索桁架结构，属于空间索桁架结构领域。由若干榀平面全张拉索桁架交叉布置形成，其特征在于：每榀单向索桁架均可独立于其他榀索桁架单独承受荷载，每榀单向索桁架由上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索连接组成；上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索全部采用受拉构件；所述的竖向拉索与上弦承重索、下弦稳定索的连接形式均为铰接节点。上弦承重索、下弦稳定索分别通过索端锚具固定于受压边桁架的上、下耳板处，由受压边桁架提供约束以平衡拉索中的水平力。本发明的无内环全张拉交叉索桁架结构具有体内全张拉、结构布置合理、结构稳定性好、抗连续性倒塌显著、抗风性能好、建筑造型美观等优点，而且易于制作和施工，具有很强的工程实践可行性。

Description

一种无内环全张拉交叉索桁架结构
技术领域
本发明是一种无内环全张拉交叉索桁架结构，属于一种新型空间结构体系，主要应用于空间索桁架结构领域。特别适合于体育场等大跨度的的屋顶布置形式。
背景技术
随着我国综合国力的不断提升，为满足人民日益增长的物质文化需要，大型的体育场馆的需求不断增加。这进一步带动了空间结构的发展。如何设计出更加安全、经济和适用的结构体系，成为结构设计工作者的努力方向。
在体育场馆等公共建筑中，索桁架结构是索结构的一种形式。索桁架结构的布置形式主要有平行布置、垂直交叉布置、轮辐式布置等。其中轮辐式索桁架的不足之处主要在于有中央内环索，一旦内环失效，结构体系完全失效，甚至导致结构整体垮塌。另外刚性撑杆的存在，需要考虑撑杆的失稳问题。本结构采用体内全张拉，摒弃了传统″拉索的海洋与撑杆(压杆)的孤岛″的设计理念，全部采用拉索来实现。同时，解决了传统有内环结构体系，当跨度过大导致内环直径过大的技术难题。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有结构的抗连续性倒塌差和结构杆系稳定性不足的问题，提出一种适用于体育场的无内环全张拉交叉索桁架结构形式。该结构采用由多榀单向自平衡索桁架环形交叉布置而成结构体系，采用中间开口、周边布置屋面的建筑形式。
从单榀索桁架来看索桁架由上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索连接组成平面受力的全张拉索桁架；再由若干榀平面全张拉索桁架交叉布置形成具有良好空间受力性能的中间开口、周边布置屋面的无内环全张拉交叉索桁架结构体系；上弦承重索和下弦稳定索分别通过索端锚具固定于受压边桁架的上、下耳板处，由受压边桁架提供约束以平衡拉索中的水平力。本发明的无内环全张拉交叉索桁架结构具有体内全张拉、结构布置合理、结构稳定性好、抗连续性倒塌显著、抗风性能好、建筑造型美观等优点，而且易于制作和施工，具有很强的工程实践可行性。
从结构体系整体分析考虑，每榀单向索桁架均可独立于其他榀索桁架单独承受荷载，因此即使某一榀或几榀索桁架发生破坏退出工作，结构剩余部分仍可承担荷载，结构发生整体连续性倒塌的概率较小。对于中间开口、周边布置屋面的体育场结构，当屋面采用轻质材料同时风荷载极大时，即使总的竖向荷载向上，本结构体系的上弦和下弦上下对称，下弦索自动变为承重索，结构体系可以正常承担风荷载作用下的极大的向上吸力。
本发明的技术方案如下：一种无内环全张拉交叉索桁架结构，由上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索连接组成平面受力的全张拉索桁架；再由若干榀平面全张拉索桁架交叉布置形成具有良好空间受力性能的中间开口、周边布置屋面的无内环全张拉交叉索桁架结构体系；上弦承重索和下弦稳定索分别通过索端锚具固定于受压边桁架的上、下耳板处，由受压边桁架提供约束以平衡拉索中的水平力。
所述的结构体系内的上弦承重索、下弦稳定索和竖向拉索全部采用受拉构件。
所述的竖向拉索与上弦承重索、下弦稳定索的连接形式均为铰接节点，只传递竖向拉索的轴向拉力。
本结构在地面全部组装完成，上弦承重索采用定长索，地面组装完成之后，直接提升至设计高度，上弦承重索固定于受压边桁架的上耳板，依次张拉下弦稳定索，最终下弦稳定索固定于边桁架的下耳板，即可完成施工。
根据俯视图，首先是把圆等分成N份，然后可以把圆上间隔M(M≤0.5N)个点的两个点两两相连呈线，最终实现图4所列的各种形式。圆上每两个点组成一榀，形成结构的一榀受力单元。每一榀可以作为当成一个结构，承担相应的荷载，不受其他榀的影响。
结构优势：本发明的无内环全张拉交叉索桁架结构具有体内全张拉、结构布置合理、结构稳定性好、抗连续性倒塌显著、抗风性能好、建筑造型美观等优点，而且易于制作和施工，具有很强的工程实践可行性。本结构全部采用索，可以利用预应力，从而使索始终处于受拉的工作状态。本结构全部采用索，充分利用索结构的抗拉性能，实现很好地经济性。
附图说明
图1是无内环全张拉交叉索桁架结构轴测图
图2是无内环全张拉交叉索桁架结构俯视图
图3是单榀索桁架立面图
图4是平面索桁架的布置方案形式举例(俯视图)
图中：
1、上弦承重索
2、竖向拉索
3、下弦稳定索
4、受压边桁架
具体实施方式
一种无内环全张拉交叉索桁架结构，由上弦承重索1、下弦稳定索3、竖向拉索2连接组成平面受力的全张拉索桁架；再由若干榀平面全张拉索桁架交叉布置形成具有良好空间受力性能的中间开口、周边布置屋面的无内环全张拉交叉索桁架结构体系；上弦承重索和下弦稳定索分别通过索端锚具固定于受压边桁架4的上、下耳板处，由受压边桁架提供约束以平衡拉索中的水平力。
所述的结构体系内的上弦承重索、下弦稳定索和竖向拉索全部采用受拉构件。
所述的竖向拉索与上弦承重索、下弦稳定索连接形式均为铰接节点。
结构优势：本发明的无内环全张拉交叉索桁架结构具有体内全张拉、结构布置合理、结构稳定性好、抗连续性倒塌显著、抗风性能好、建筑造型美观等优点，而且易于制作和施工，具有很强的工程实践可行性。
本结构属于无内环的结构体系，与有内环的结构相比：
如传统的轮辐式索结构相比，很好地避免了内环失效，导致结构整体坍塌，严重危及人的生命安全。
对于传统的有内环轮辐式结构，当结构跨度超过200米，内环的直径会特别大，现有的制作工艺无法满足设计要求。
可以根据需要设计出超大跨度的体育场等空间结构。

Claims (2)

1.一种无内环全张拉交叉索桁架结构，由若干榀平面全张拉索桁架交叉布置形成，其特征在于：每榀单向索桁架均独立于其他榀索桁架单独承受荷载，每榀单向索桁架由上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索连接组成；上弦承重索、下弦稳定索、竖向拉索全部采用受拉构件；所述的竖向拉索与上弦承重索、下弦稳定索的连接形式均为铰接节点；上弦承重索、下弦稳定索分别通过索端锚具固定于受压边桁架的上、下耳板处；
首先是把受压边桁架的圆等分成N份，然后把圆上间隔M点的两个点两两相连呈线，其中M≤0.5N；圆上每两个点的连线组成一榀索桁架，形成结构的一榀受力单元，最终若干榀索桁架交叉布置形成具有良好空间受力性能的中间开口、周边布置屋面的无内环全张拉交叉索桁架结构体系。
2.制备如权利要求1所述的一种无内环全张拉交叉索桁架结构的方法，其特征在于：一种无内环全张拉交叉索桁架结构在地面全部组装完成，上弦承重索采用定长索，地面组装完成之后，直接提升至设计高度，上弦承重索固定于边桁架的上耳板，依次张拉下弦稳定索，最终下弦稳定索固定于边桁架的下耳板，完成施工。
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