CN112095880B - 一种拉索预应力巨型网格罩篷结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉索预应力巨型网格罩篷结构，包括环形的上部巨型网壳结构、上部交叉索撑体系和下部预应力索杆体系；所述上部巨型网壳结构包括若干同轴设置的立体桁架环，立体桁架环通过径向立体桁架连接，且与径向立体桁架连接处形成主节点区，径向立体桁架沿立体桁架环环向均匀布置且数量为偶数；立体桁架环与径向立体桁架形成大网格；若干相互对称的大网格内布置有上部交叉索撑体系；上部巨型网壳结构下方安装有下部预应力索杆体系。本发明克服了全张拉结构体系中结构刚度主要依赖于预应力体系的张拉、张拉施工精度要求高的缺陷，明显降低施工难度；壳满足多样化的建筑造型需求且可广泛应用于体育场、足球场等非封闭建筑。

Description

一种拉索预应力巨型网格罩篷结构
技术领域
本发明涉及一种建筑结构用屋盖结构，具体地说是一种拉索预应力巨型网格罩篷结构。
背景技术
随着社会经济的不断发展，人们对大跨空间结构的跨越能力提出了越来越高的要求，新的建筑材料、建造技术、分析理论等的不断涌现也推动着大跨空间结构向超大跨度发展。
近年来工程师们在传统空间结构基础上，提出了巨型网格结构、索穹顶、张弦梁、弦支网壳等新型结构体系，改善了结构的受力性能，增强了结构的跨越能力，较好地满足了超大跨度发展需求。
但对超大跨度非封闭建筑，如体育场、足球场等，屋盖中部往往设有较大开口。此类建筑如采用传统空间结构形式进行开洞处理，将破坏其完整的壳体结构形式，改变其原有以“薄膜”作用为主的受力状态，结构刚度和承载力较低、设计难度较大。
如采用索穹顶、车辐式张拉结构等结构形式时，虽然此类全张拉结构显示出良好的受力性能，但这种结构体系有着不可忽略的弊端，其受力性能依赖于自身的形状，即结构的形状、刚度与预应力的分布及张拉密切相关。所以，此类结构对预应力体系的施工提出了超高要求。同时，此类结构由于自身的特点多采用柔性轻质膜材作为屋面覆盖材料而难以采用传统刚性屋面。虽然膜材通透性、自洁性好，但也具有造价高、风荷载敏感、使用寿命短等缺陷。这些因素极大地限制了其适用范围。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题和不足，提供一种拉索预应力巨型网格罩篷结构体系，可用于超大跨度非封闭建筑。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种拉索预应力巨型网格罩篷结构，包括环形的上部巨型网壳结构、上部交叉索撑体系和下部预应力索杆体系；所述上部巨型网壳结构包括若干同轴设置的立体桁架环，立体桁架环通过径向立体桁架连接，且与径向立体桁架连接处形成主节点区，径向立体桁架沿立体桁架环环向均匀布置且数量为偶数；立体桁架环与径向立体桁架形成大网格；若干相互对称的大网格内布置有上部交叉索撑体系；上部巨型网壳结构下方安装有下部预应力索杆体系。
进一步的改进，所述立体桁架环包括由内至外依次同轴设置的内部立体桁架环、若干中部立体桁架环和外部立体桁架环。
进一步的改进，所述上部交叉索撑体系包括布置在同一径向所有大网格内的上部交叉索撑；所述上部交叉索撑端部固定在大网格四角主节点区的上弦节点上。
进一步的改进，所述下部预应力索杆体系包括若干沿径向立体桁架长度方向布置的径向预应力索撑单元、将径向预应力索撑单元连接的预应力环索和下部交叉索撑。
进一步的改进，所述径向预应力索撑单元包括与主节点区下弦节点铰接的竖向撑杆；竖向撑杆下端铰接连接有径向设置的径向预应力索。
进一步的改进，所述径向预应力索与竖向撑杆所形成的夹角小于90°。
进一步的改进，所述竖向撑杆顶部和径向预应力索的外端均与主节点区的下弦节点相连。
进一步的改进，所述竖向撑杆包括与内部立体桁架环相连的内环撑杆和与中部立体桁架环相连的外环撑杆；预应力环索铰接于内环撑杆下端；相邻的内环撑杆之间布置下部交叉索撑。
进一步的改进，所述下部交叉索撑由两条交叉的无预应力的稳定索构成。
本发明具有的受力原理及结构特点：
本发明结构体系为开口巨型网格结构和预应力结构体系组合形成的杂交结构体系，兼具有两种结构体系的受力特点。上部为巨型网格结构，可独立成形，其自身具有一定承载力。中部大开口后，当结构受到向下的荷载时，内部桁架环受压、径向桁架受弯。中部开口改变了原壳体结构受力状态，使承载力有所降低。布置下部预应力体系后，通过在拉索中施加预张力，各撑杆给上部巨型网格结构提供弹性支撑，减缓内环和径向桁架的受力，使整体结构以承受轴向力为主来抵抗外部荷载，增强结构的受力性能。
通过调节下部预应力体系中撑杆长度和索力大小，可方便地调节下部预应力体系的作用效果，以满足结构的受力要求、使预应力效果达到最优。
同时该体系克服了全张拉结构体系中结构刚度主要依赖于预应力体系的张拉、张拉施工精度要求高的缺陷，明显降低施工难度。
该结构体系可在上部巨型网格内采用各种子结构形式，如网架、网壳、膜结构等，满足多样化的建筑造型需求。该结构体系可广泛应用于体育场、足球场等非封闭建筑。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例的上部巨型网壳结构及上部交叉索撑体系示意图；
图3为图1所示实施例的下部预应力索系的结构示意图；
图4为图1所示实施例的局部示意图；
图5为图3所示径向预应力索撑杆示意图。
图中标记：
1为上部巨型网壳结构，1a为内部立体桁架环，1b为外部立体桁架环，1c为中部立体桁架环，1d为径向立体桁架，1e为主节点区，1f大网格；
2为上部交叉索撑体系；
3为下部预应力索杆体系；
4为径向预应力索撑杆单元，4a为竖向撑杆，4b为径向预应力索，4c为径向预应力索与各竖向撑杆所形成的夹角；
5为预应力环索；
6为下部交叉索撑。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-5所示的一种拉索预应力巨型网格罩篷结构，包括环形的上部巨型网壳结构1、上部交叉索撑体系2和下部预应力索杆体系3；所述上部巨型网壳结构1包括若干同轴设置的立体桁架环，立体桁架环通过径向立体桁架1d连接，且与径向立体桁架1d连接处形成主节点区1e，径向立体桁架1d沿立体桁架环环向均匀布置且数量为偶数；立体桁架环与径向立体桁架1d形成大网格1f；若干相互对称的大网格1f内布置有上部交叉索撑体系2；上部巨型网壳结构1下方安装有下部预应力索杆体系3。
内部立体桁架环、外部立体桁架环、若干中部桁架立体环，及沿径向布置的若干径向立体桁架构成的大网格结构。各桁架均为由两根上弦杆和一根下弦杆构成的三角形断面形式。
立体桁架环包括由内至外依次同轴设置的内部立体桁架环1a、若干中部立体桁架环1c和外部立体桁架环1b。
上部交叉索撑体系2包括布置在同一径向所有大网格1f内的上部交叉索撑；所述上部交叉索撑端部固定在大网格1f四角主节点区1e的上弦节点上。
下部预应力索杆体系3包括若干沿径向立体桁架1d长度方向布置的径向预应力索撑单元、将径向预应力索撑单元连接的预应力环索5和下部交叉索撑6。径向预应力索撑单元包括与主节点区1e下弦节点铰接的竖向撑杆4a；竖向撑杆4a底部铰接连接有径向设置的径向预应力索4b。径向预应力索4b与竖向撑杆4a所形成的夹角小于90°。
竖向撑杆4a顶部和径向预应力索4b的外端均与主节点区1e的下弦节点相连。竖向撑杆4a包括与内部立体桁架环1a相连的内环撑杆和与中部立体桁架环1c相连的外环撑杆；预应力环索5铰接于内环撑杆下端；相邻的内环撑杆之间布置下部交叉索撑6。上部交叉索撑和下部交叉索撑6均由两条交叉的无预应力的稳定索构成，用于保证各径向预应力索撑杆平面外的稳定性及增加结构冗余度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种拉索预应力巨型网格罩篷结构，包括环形的上部巨型网壳结构（1）、上部交叉索撑体系（2）和下部预应力索杆体系（3）；所述上部巨型网壳结构（1）包括若干同轴设置的立体桁架环，立体桁架环通过径向立体桁架（1d）连接，且与径向立体桁架（1d）连接处形成主节点区（1e），径向立体桁架（1d）沿立体桁架环环向均匀布置且数量为偶数；立体桁架环与径向立体桁架（1d）形成大网格（1f），其特征在于，若干相互对称的大网格（1f）内布置有上部交叉索撑体系（2）；上部巨型网壳结构（1）下方安装有下部预应力索杆体系（3）；下部预应力索杆体系（3）包括若干沿径向立体桁架（1d）长度方向布置的径向预应力索撑单元、将径向预应力索撑单元连接的预应力环索（5）和下部交叉索撑（6）；所述径向预应力索撑单元包括与主节点区（1e）下弦节点铰接的竖向撑杆（4a）；竖向撑杆（4a）底部铰接连接有径向设置的径向预应力索（4b）；所述竖向撑杆（4a）包括与内部立体桁架环（1a）相连的内环撑杆和与中部立体桁架环（1c）相连的外环撑杆；预应力环索（5）铰接于内环撑杆下端；相邻的内环撑杆之间布置下部交叉索撑（6）；所述径向预应力索（4b）与竖向撑杆（4a）所形成的夹角小于90°。
2.如权利要求1所述的拉索预应力巨型网格罩篷结构，其特征在于，所述立体桁架环包括由内至外依次同轴设置的内部立体桁架环（1a）、若干中部立体桁架环（1c）和外部立体桁架环（1b）。
3.如权利要求1所述的拉索预应力巨型网格罩篷结构，其特征在于，所述上部交叉索撑体系（2）包括布置在同一径向所有大网格（1f）内的上部交叉索撑；所述上部交叉索撑端部固定在大网格（1f）四角主节点区（1e）的上弦节点上。
4.如权利要求1所述的拉索预应力巨型网格罩篷结构，其特征在于，所述竖向撑杆（4a）顶部和径向预应力索（4b）的外端均与主节点区（1e）的下弦节点相连。
5.如权利要求1所述的拉索预应力巨型网格罩篷结构，其特征在于，所述下部交叉索撑（6）由两条交叉的无预应力的稳定索构成。
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