CN109972739A - 单层球面肋环型交叉索承网壳结构 - Google Patents
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Abstract
单层球面肋环型交叉索承网壳结构，由单层球面肋环型网壳和交叉型索承体系构成。其中交叉型索承体系包括撑杆和交叉布置的承重索。单层球面肋环型交叉索承网壳最主要的特征在单层球面肋环型网壳和交叉型索承体系相结合。交叉型索承体系中，每条承重索的两端直接支承于肋环型网壳结构最外圈节点，荷载传递简洁、直接，下部支撑索系不再依赖环索，没有明显的敏感构件。每根撑杆的下节点处均有两条承重索通过，这时结构具备了更多的荷载传递路径，即使某一根索因故退出工作，结构会发生内力重分布，余下索可以继续发挥承载能力，结构不容易发生整体垮塌。
Description
技术领域
本发明专利涉及大跨度索承网壳屋盖结构领域，具体涉及一种单层球面肋环型交叉索承 网壳结构。
背景技术
近年来，索承网壳结构(也称弦支穹顶结构)深受国内外工程师的青睐。已建成的索承 网壳工程一般是由单层球面网壳与预应力索承体系相结合。单层球面网壳是一种由梁单元构 成的一种刚性结构，在实际工程中应用广泛，但是单层球面网壳存在稳定问题而且支座处水 平推力较大，只适用于中小跨度的建筑。索承网壳中的预应力索承体系是由索穹顶结构的下 部发展而来。索穹顶结构是由张拉整体结构演变而来，是一种柔性的预应力结构体系，依赖 预应力保持结构刚度，维持形状稳定。
但是现有的索承网壳结构并不是完美无瑕的。已建成的索承网壳结构采用拉环型索承体 系。拉环型索承体系的优点有很多，但拉环型索承体系中的环索是明显的敏感构件，当环索 发生局部破断时，会发生连锁反应，使连接于环索的大部分构件发生预应力松弛，从而导致 拉环型承索体系无法为结构提供足够的承载力，结构刚度下降明显，甚至引起结构整体垮塌。
发明内容
本发明专利的目的在于完善以上不足，大幅改进预应力索承体系，提出一种适用于封闭 的体育场馆、展览馆、大型仓储等中、大跨度建筑的单层球面肋环型交叉索承网壳结构。
单层球面肋环型交叉索承网壳结构，由单层球面肋环型网壳和交叉型索承体系构成。其 中交叉型索承体系包括撑杆和交叉布置的承重索。单层球面肋环型交叉索承网壳结构最主要 的特征在单层球面肋环型网壳和交叉型索承体系相结合。另一个重要特征在于单层球面肋环 型交叉索承网壳结构是一种封闭的屋盖结构，与中间开敞周边布置屋盖的体育场屋盖结构不 同。
单层球面肋环型交叉索承网壳结构中，每条承重索的两端直接支承于肋环型网壳结构最 外圈节点，荷载传递简洁、直接，下部支撑索系不再依赖环索，没有明显的敏感构件。每根 撑杆的下节点处均有两条承重索通过，这时结构具备了更多的荷载传递路径，即使某一根索 因故退出工作，结构会发生内力重分布，余下索可以继续发挥承载能力，结构不容易发生整 体垮塌。
该发明专利的目的是通过以下技术方案实现的：
单层球面肋环型交叉索承网壳结构，包括单层球面肋环型网壳、交叉型索承体系，所述 单层球面肋环型网壳由径向杆和环向杆组成，所述径向杆和环向杆交叉连接固定，
所述单层球面肋环型网壳的下部为交叉型索承体系，
所述交叉型索承体系包括承重索和撑杆，
所述每条承重索的两端锚固于单层球面肋环型网壳最外圈的节点上，并且所述承重索之 间相互交叉并形成交叉点，
所述撑杆的下节点与所述承重索之间的交叉点连接，所述撑杆的上节点与单层球面肋环 型网壳的径向杆和环向杆的连接节点处连接。
优选，所述撑杆竖直安装，或根据实际需要布置成其它任何合理的位置状态；撑杆的作 用是将承重索提供的支持力传递给上部的单层球面肋环型网壳，撑杆的下节点与承重索的交 叉节点相连接，撑杆的上节点与单层球面肋环型网壳的节点相连接，撑杆保持竖直状态，原 因在于保持竖直状态会有效的将承重索提供的支持力传递给上部的单层球面网壳。
由于撑杆保持竖直状态，则撑杆的上节点和撑杆的下节点在水平面上的投影是重合的。 这也意味着与撑杆上节点相连的单层球面肋环型网壳的节点必须与撑杆下节点连接的承重索 交叉节点的水平投影保持重合。
优选，所述单层球面肋环型网壳中的径向杆和环向杆的连接节点采用焊接球节点或其它 任何合理的节点形式；所述撑杆的下节点采用双向连续索交叉节点或其它任何合理的节点形 式；所述撑杆的上节点采用销轴节点或其它任何合理的节点形式。
优选，所述撑杆采用圆钢管、方钢管、防屈曲支撑以及其它任何合理的构件类型的任意 一种；所述径向杆和环向杆采用圆钢管或方钢管或其它任何合理的构件形式；所述交叉布置 的承重索采用钢绞线、Galfan镀层拉索、高强度钢拉杆以及其它任何合理的构件形式的任意 一种。
优选，所述承重索的端部锚固于所述单层球面肋环型交叉索承网壳结构外部的某支座或 锚固于其它任何合理的位置；进一步优选，所述承重索的端部的锚固节点采用销轴节点或其 它任何合理的节点形式。
采用交叉布置的承重索的主要原因有四点：第一，每条承重索的两端直接支承于锚固点， 承重索之间是相对独立的关系，即使某根承重索失效，其余承重索还可以继续发挥承载力， 从而不容易发生连锁失效的情况；第二，承重索相互交叉布置，形成了备用荷载传递路径， 当某根承重索失效后，与失效承重索相交叉的其余承重索可以承担原来由失效承重索承担的 承载力，从而使整体结构不容易发生非比例倒塌；第三，承重索相互交叉布置协同工作、提 高结构的整体性；第四，承重索交叉布置可以形成简介美观的几何图案，增加结构体系的艺 术审美，实现力与美的结合。
单层球面肋环型网壳是实际工程中常用的单层球面网壳类型之一，关于单层球面肋环型 网壳的详细介绍可参考《空间网格结构技术规程》JGJ-2010附录B。采用单层球面肋环型网 壳的主要原因有两点：第一，它能形成封闭的屋盖，结构中部不会有较大的开敞，从而能完 整覆盖特定的空间；第二，它仅由径向杆和环向杆组成，杆件排列形状简洁，调整杆件布置 方便，便于与下部的交叉索承体系的位置相适应。由于单层球面肋环型网壳杆件排列简单、 调整几何位置方便，成为与交叉索承体系相结合的优选单层球面网壳。
单层球面肋环型交叉索承网壳结构将单层球面网壳与预应力索承体系相结合，能够取二 者的长板，补二者的短板。一方面预应力索承体系可以为单层球面网壳提供支撑，解决了单 层球面网壳的稳定问题，还可以抵消单层球面网壳支座处的水平推力，形成一种自平衡的结 构体系，从而可以应用于大跨度的建筑；另一方面刚性的单层球面网壳解决了预应力索承体 系完全依赖预应力的问题，形成了一种刚柔相济的结构体系，使结构的可靠性得到提高。
本发明中涉及的单层球面肋环型交叉索承网壳结构具有结构形式新颖、具备更多的荷载 传递路径、抗倒塌能力强、建筑造型美观等优点，而且便于制作和安装，具有较强的实际意 义。
附图说明
图1、单层球面肋环型交叉索承网壳结构轴测图；
图2、单层球面肋环型交叉索承网壳结构前视图；
图3、单层球面肋环型交叉索承网壳结构俯视图；
图4、单层球面肋环型网壳100轴测图；
图5、交叉型索承体系200轴测图；
图6、撑杆40上节点示例轴测图；
图7、撑杆40下节点示例轴测图；
图8、承重索30锚固节点示例轴测图。
图1-8中：100.单层球面肋环型网壳；200.交叉型索承体系；30.承重索；40.撑杆；3.夹板；4. 加劲肋；5.耳板；6.销轴；7.径向杆；8.环向杆；9.螺栓。
具体实施方法
实施例1
单层球面肋环型交叉索承网壳结构，如图1-8所示，包括单层球面肋环型网壳100、交 叉型索承体系200，所述单层球面肋环型网壳100由径向杆7和环向杆8组成，所述径向杆7 和环向杆8交叉连接固定，
所述单层球面肋环型网壳100的下部为交叉型索承体系200，
所述交叉型索承体系200包括承重索30和撑杆40，
所述每条承重索30的两端锚固于单层球面肋环型网壳100最外圈的节点上，使得所述承 重索30之间相互交叉并形成交叉点，
所述撑杆40的下节点与所述承重索30之间的交叉点连接，所述撑杆40的上节点与单层 球面肋环型网壳100连接。
该例中，所述径向杆7和环向杆8采用圆钢管，所述撑杆40采用圆钢管，承重索30采用钢绞线，所述撑杆40竖直安装。
该例中，所述撑杆40下节点采用双向连续索交叉节点，所述撑杆40上节点采用销轴节 点，所述承重索30的端部的锚固节点采用销轴节点。
如图6所示，径向杆7和环向杆8的连接节点为焊接球节点，并且焊接球节点下方端部 制有耳板5，所述撑杆40的上节点端部也制有耳板5，所述焊接球节点下方端部耳板5与撑 杆40上节点端部的耳板5通过销轴6连接，使得所述撑杆40自由连接于单层球面肋环型网 壳100的下方。
如图7所示，所述撑杆40的下节点为双向连续索交叉节点，所述撑杆40的下端与一块 夹板3固定连接制成所述撑杆40的下节点，并且沿所述撑杆40的下端通过加劲肋4进一步 与该块夹板3固定，另外两块夹板3依次位于该块夹板3下方通过螺栓9固定，并且两条所述承重索30交叉穿过另外两块依次上下安装的夹板3，使得两条承重索30之间形成双向连续索交叉节点。
如图8所示，所述承重索30的端部制有耳板5，所述单层球面肋环型网壳100最外圈的 节点上也制有耳板5，所述承重索30的端部的耳板5与所述单层球面肋环型网壳100最外圈 的节点上的耳板5通过销轴6连接。
实施例2
上述实施例1中的单层球面肋环型交叉索承网壳结构的安装方法，
实施时包括以下步骤：
单层球面肋环型网壳结构100的径向杆7和环向杆8应在工厂预制，保证下料精度和焊 缝质量。上述构件运到施工现场，采取地面分块拼装，分块吊装、拼接的方式，尽量减少高 空作业。
交叉型承索体系200的承重索30和撑杆40均应在工厂预制，运到现场安装。夹板3、加劲肋4、耳板5、销轴6、螺栓9部件应在工厂预制，在施工现场安装。
如图6所示，依次将所有撑杆40上节点与单层球面肋环型网壳100的径向杆7和环向杆 8的焊接球节点相连，此时撑杆40处于自由悬空状态。
安装承重索30。如图8所示，首先将承重索30的一端通过销轴6锚固在单层球面肋环 型网壳100最外圈节点上，然后，采用张拉工装将另一端牵引至单层球面肋环型网壳100最 外圈预定节点处并用销轴6固定，并将撑杆40下部节点和承重索30的交叉节点连接在一起。 依此步骤，依次将所有承重索30安装到位。此时结构中的承重索30处于松弛状态，不能承 受外荷载。
施加预应力。首先将所有承重索30依次张拉至目标索力的15％进行初步张紧。然后，将 所有承重索30依次张拉至目标索力的35％。然后，依次张拉到目标索力的75％，最后依次 超张拉到目标索力的105％以抵消预应力损失。
上述步骤完成即完成单层球面肋环型交叉索承网壳结构的安装。
Claims (9)
1.单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于包括单层球面肋环型网壳(100)、交叉型索承体系(200)，所述单层球面肋环型网壳(100)由径向杆(7)和环向杆(8)组成，所述径向杆(7)和环向杆(8)交叉连接固定，
所述单层球面肋环型网壳(100)的下部为交叉型索承体系(200)，
所述交叉型索承体系(200)包括承重索(30)和撑杆(40)，
所述每条承重索(30)的两端锚固于单层球面肋环型网壳(100)最外圈的节点上，使得所述承重索(30)之间相互交叉并形成交叉点，
所述撑杆(40)的下节点与所述承重索(30)之间的交叉点连接，所述撑杆(40)的上节点与单层球面肋环型网壳(100)的径向杆(7)和环向杆(8)的连接节点处连接。
2.根据权利要求1所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述撑杆(40)竖直安装。
3.根据权利要求1所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述单层球面肋环型网壳(100)中的径向杆(7)和环向杆(8)的连接节点采用焊接球节点；所述撑杆(40)的下节点采用双向连续索交叉节点；所述撑杆(40)的上节点采用销轴节点。
4.根据权利要求1所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述撑杆(40)采用圆钢管、方钢管、防屈曲支撑中的任意一种；所述径向杆(7)和环向杆(8)采用圆钢管或方钢管；所述承重索(30)采用钢绞线、Galfan镀层拉索、高强度钢拉杆中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述承重索(30)的端部锚固于所述单层球面肋环型交叉索承网壳结构外部支座。
6.根据权利要求5所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述承重索(30)的端部的锚固节点采用销轴节点。
7.根据权利要求3所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述单层球面肋环型网壳(100)中的径向杆(7)和环向杆(8)的连接节点采用焊接球节点；
焊接球节点下方端部制有耳板(5)，所述撑杆(40)的上节点端部也制有耳板(5)，所述焊接球节点下方端部耳板(5)与撑杆(40)上节点端部的耳板(5)通过销轴(6)连接，使得所述撑杆(40)自由连接于单层球面肋环型网壳(100)的下方，即所述撑杆(40)的上节点为销轴节点；
所述撑杆(40)的下端与一块夹板(3)固定连接制成所述撑杆(40)的下节点，并且沿所述撑杆(40)的下端通过加劲肋(4)进一步与该块夹板(3)固定，另外两块夹板(3)依次位于该块夹板(3)下方通过螺栓(9)固定，并且两条所述承重索(30)交叉穿过另外两块依次上下安装的夹板(3)，使得两条承重索(30)之间形成双向连续索交叉节点，即所述撑杆(40)的下节点为双向连续索交叉节点。
8.根据权利要求6所述的单层球面肋环型交叉索承网壳结构，其特征在于所述承重索(30)的端部制有耳板(5)，所述单层球面肋环型网壳(100)最外圈的节点上也制有耳板(5)，所述承重索(30)的端部的耳板(5)与所述单层球面肋环型网壳(100)最外圈的节点上的耳板(5)通过销轴(6)连接。
9.单层球面肋环型交叉索承网壳结构的安装方法，其特征在于包括如下步骤，
夹板(3)、加劲肋(4)、耳板(5)、销轴(6)、径向杆(7)、环向杆(8)、螺栓(9)、承重索(30)、撑杆(40)在工厂预制后运到施工现场，
然后，径向杆(7)、环向杆(8)地面分块拼装成单层球面肋环型网壳(100)，
然后，依次将撑杆(40)上节点与单层球面肋环型网壳(100)的径向杆(7)和环向杆(8)的焊接球节点相连；
安装承重索(30)，首先将承重索(30)的一端通过销轴(6)锚固在单层球面肋环型网壳(100)最外圈节点上，然后，采用张拉工装将所述承重索(30)另一端牵引至单层球面肋环型网壳(100)最外圈预定节点处用销轴(6)固定，并将撑杆(40)的下节点和承重索(30)的交叉节点连接，依此步骤，依次将所有承重索(30)安装到位，此时结构中的承重索(30)处于松弛状态，不能承受外荷载；
施加预应力，首先将所有承重索(30)依次张拉至目标索力的15％进行初步张紧，然后，将所有承重索30依次张拉至目标索力的35％，再次，依次张拉到目标索力的75％，最后依次超张拉到目标索力的105％固定以抵消预应力损失；
上述步骤完成即完成单层球面肋环型交叉索承网壳结构的安装。
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