CN109750779B - 一种旋转锥面肋环型索穹顶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转锥面肋环型索穹顶。它由环向拉索、径向上斜索、径向下斜索、竖向压杆以及连接节点组成；径向上斜索首尾相连形成一条直线，全部径向上斜索组成的索网曲面为旋转锥面，是一种零高斯曲率曲面；除跨中竖向压杆外，其余压杆的下端与径向下斜索和环向拉索相连，上端与径向下斜索和径向上斜索相连，最外圈径向下斜索与上斜索固定在结构周边的支座上，径向上斜索连成的直线与环向拉索连成的正多边形，使结构的平面投影呈现为蛛网状的肋环型；结构中竖向压杆不直接相互连接；本发明将零高斯曲率索穹顶从柱面发展到了旋转锥面上，使索穹顶可以应用在更多造型的结构中。

Description

一种旋转锥面肋环型索穹顶

所属技术领域

本发明涉及一种张拉整体结构形式，具体地说是一种旋转锥面肋环型索穹顶，应用范围包括建筑物结构、航空航天结构、海洋结构等方面。

背景技术

经过近几十年的发展，各种类型的张拉整体结构在世界各国的建筑结构、航空航天结构、水下仿生鱼结构、人体生物结构中都得到了广泛应用。其中，索穹顶作为张拉整体结构的一种特殊形式，是迄今为止被认为结构效率最好的一种结构体系，现已开发出的索穹顶为正高斯曲率的球壳类、负高斯曲率的马鞍面类、零高斯曲率的柱面类，全世界在役的索穹顶均为正高斯曲率曲面。

随着建筑物或构筑物功能的提升与外观造型的多样化，现有的索穹顶形式已无法满足建筑与结构造型多样化的发展，索穹顶这一种高效结构体系无法在实际工程中进行广泛应用。如当建筑物外观曲面为旋转锥面时，索穹顶结构在现有类型的情况下将无法被应用。所以，本发明提出了一种旋转锥面肋环型索穹顶，来进一步丰富索穹顶的种类。当索穹顶类型丰富后，索穹顶完全可以应用在更多形式种类的结构中(如，游轮、海上机场、海上城市、海上游乐园以及水上酒店等海洋工程)。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转锥面肋环型索穹顶，以实现索穹顶在旋转锥面造型建筑物或构筑物中的应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种旋转锥面肋环型索穹顶结构。本发明由环向拉索(1)、竖向压杆(2)、径向上斜索(3)、径向下斜索(4)和连接节点(5)组成。

上述的旋转锥面肋环型索穹顶结构，其中，径向上斜索(3)首尾相连构成的索网，形成了整个结构的旋转锥面外形。

在结构的外形曲面上，曲面经线为直线，其曲率值为零，由径向上斜索(3)首尾相连构成；曲面纬线为圆环，其曲率为正，在结构中并无实际构件形成结构曲面的纬线；旋转锥面肋环型索穹顶结构属于零高斯曲率索穹顶这一大类中的一种。

所述的旋转锥面肋环型索穹顶结构最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)固定于周边的支座节点(6)上。

多条由径向上斜索(3)首尾相连形成的直线将旋转锥面环向等分，由径向上斜索(3)首尾相连形成的直线首尾端分别连接于支座节点(6)与跨中连接节点(5)上，以跨中连接节点(5)为中心呈放射状；环向拉索(1)首尾相连，形成封闭的空间曲线，空间曲线的水平面投影为正多边形，其边数与支座节点(6)的数目相等；放射状的直线与正多边形结合，使结构的平面投影呈现肋环型。

支座节点位于旋转锥面上，旋转锥面的平面投影形状主要由支座节点的位置决定，可为支座为圆形，整个结构呈现为肋环型。

支座节点(6)位于旋转锥面上，旋转锥面的平面投影形状主要由支座节点(6)的位置和数量决定，为正多边形形状。上述的竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)孤立地分散在整个结构中；旋转锥面肋环型索穹顶结构所形成的旋转锥面具体形状，与结构的跨度、失高、支座节点(6)的数目有关。

上述径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。

整个结构极对称，在保持径向上斜索(3)所成旋转锥面不变以及结构极对称的基础上，环向拉索(1)的圈数可依据实际情况进行调整，结构上部的覆盖物可为柔性的膜面。

上述的旋转锥面肋环型索穹顶结构，其中，所有组成构件可安装长度调节装置，以调整整个构件的长度，同时也可通过长度调节装置来对构件进行预应力的施加。

上述的旋转锥面肋环型索穹顶结构，其中，竖向压杆(2)由空心圆管或方管制造。

本发明提供的旋转锥面肋环型索穹顶结构，将原有的零高斯曲率索穹顶由柱面一种类型，变为柱面和锥面两种类型，丰富了索穹顶的种类，也将拓宽索穹顶结构的应用范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1a为本发明的三维示意图。

图1b为本发明未包含径向上斜索(3)的下部索杆示意图。

图1c为本发明加装了覆盖物后的部分结构示意图。

图2为本发明俯视图。

图3为本发明侧视图。

图4为本发明中一榀剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明为一种旋转锥面肋环型索穹顶，主要解决了传统索穹顶结构只能用于曲面外形为球壳面、马鞍面、柱面的局限性，可拓宽其在实际工程中的应用范围。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明旋转锥面肋环型索穹顶，主要由径向上斜索(3)、径向下斜索(4)、环向拉索(1)、竖向压杆(2)与连接节点(5)组成。

如图1、图3与图4所示，除跨中竖向压杆(2)外，其余竖向压杆(2)的上端与2根径向上斜索(3)和1根径向下斜索(4)相连，下端与1根径向下斜索(4)和2根环向拉索(1)连接，环向拉索(1)首尾相连，形成封闭的空间曲线，空间曲线的水平面投影为正多边形，其边数与支座节点(6)的数目相等。在实际结构中环向拉索(1)可按相邻两节点之间的距离制作，也可按整条封闭空间曲线的长度作为一根拉索来制作。结构中环索的圈数依据具体工程的跨度决定。

如图2与图3所示，最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)连接在周边的支座节点(6)上。

如图1、图2与图3所示，全部径向上斜索(3)、径向下斜索(4)、环向拉索(1)、竖向压杆(2)组装完毕并固定于周边的支座之后，各根拉索与压杆均需通过长度的改变施加一定的预应力后，整个结构才能进入承载状态。径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。

本发明旋转锥面肋环型索穹顶结构丰富了原有索穹顶结构的类型，拓宽了索穹顶结构的应用范围，让具有旋转锥面的结构物也能采用索穹顶结构进行建造成型。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，

包含多条环向拉索(1)、多根竖向压杆(2)、多条径向上斜索(3)、多条径向下斜索(4)；除跨中的竖向压杆(2)外，其余竖向压杆(2)的上端与2根径向上斜索(3)和1根径向下斜索(4)相连，其下端与1根径向下斜索(4)和2根环向拉索(1)相连；多条径向上斜索(3)首尾相连形成旋转锥面的经线，其形状为一条直线，其斜率等于零；由径向上斜索(3)首尾相连形成的一条直线绕竖轴旋转360度形成旋转锥面，曲面的母线为直线，母线也为旋转锥面的经线，曲面的导线为圆环，其曲率大于零，导线也是旋转锥面的纬线，整个曲面为零高斯曲率空间曲面；多条锥面的经线极对称布置将旋转锥面环向等分。

2.如权利要求1所述旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，

除跨中竖向压杆(2)外，其余竖向压杆(2)的上端节点(5)与2根互不共线的径向上斜索(3)和1根径向下斜索(4)连接；除内圈外，径向上斜索(3)在同圈内互不直接相连；除内圈外，其他径向下斜索(4)独立分散在结构中，互不直接相连；此外，除跨中竖向压杆(2)外，其余竖向压杆(2)的下端节点(5)均与2根环向拉索(1)和1根径向下斜索(4)连接；跨中竖向压杆(2)的上端节点(5)仅与径向上斜索(3)相连，下端节点(5)仅与径向下斜索(4)相连，所连的径向上斜索(3)与径向下斜索(4)的数目相等，均等于结构支座节点(6)的数目。

3.如权利要求1所述旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，旋转锥面结构的最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)铰接于周边的支座节点(6)上；径向上斜索(3)首尾相连形成的直线，连接与跨中节点与支座节点(6)之间，并将旋转锥面环向等分，在空间上形成了旋转锥面肋环型索穹顶结构的外表形状；各圈环向拉索(1)首尾相连形成正多边形，其边数等于结构的支座节点(6)的数目；全部径向上斜索(3)首尾相连形成的直线，环向拉索(1)首尾相连形成正多边形，使结构在平面投影上呈现出肋环型。

4.如权利要求1所述旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)独立地分散在整个结构中。

5.如权利要求1所述旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。

6.如权利要求1所述旋转锥面肋环型索穹顶，其特征在于，结构只有在施加预应力的前提下才能成型，无预应力时旋转锥面肋环型索穹顶为一机构，无法承担外部荷载。