CN201172904Y - 具有缓和功能的葵花型索穹顶体系 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系。它由有边环梁、中心内拉环、竖直撑杆、脊索、斜索、环索以及缓和装置组成；脊索呈葵花形布置，最内层脊索与中心内拉环铰接，最外层脊索与边环梁锚接，竖直撑杆上端与脊索一端铰接，竖直撑杆下端与斜索的一端铰接，斜索的另一端与脊索另一端铰接，最外侧斜索与边环梁锚接，在竖直撑杆与斜索的连接处还连接有环索，环索沿环向闭合布置，最外侧斜索与边环梁锚接处设置荷载缓和装置。荷载缓和装置由弹性钢板、锚固件和预埋光滑钢板组成。本实用新型结构形式美观，受力性能优越，在缓和装置调节下，能够产生荷载自适应效果，相同荷载作用下结构构件的内力较没有缓和装置时下降了约20％。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑领域一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系。具体是由边环梁，中心内拉环，竖直撑杆，葵花形布置的脊索，斜索，环索以及缓和装置组成的一种张力结构。
背景技术
索穹顶结构是美国工程师Gerger发展和推广Fuller张拉整体结构思想后实现的一种新型预应力大跨结构，它体现了Fuller关于“压力的孤岛存在于拉力的海洋中”的思想，是一种结构效率极高的全张力体系。面对目前日益广泛的张力结构体系，结合其自身的特点，研究一种能够随着外部作用变化而对结构自身进行调节，最终达到自适应和自调节功能的结构一直是人们的一个美好梦想。上世纪80年代英国学者提出了荷载缓和体系(Load Relieving System)的概念，并将其运用于一个索网结构的垃圾场中，引起了人们的关注。发明一种构造简单，传力明确，刚度合适的荷载缓和装置，以实现葵花型索穹顶的荷载缓和功能是极有意义的。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系。
它具有边环梁、中心内拉环、竖直撑杆、脊索、斜索、环索以及缓和装置；由4根脊索铰接成菱形状单元，由多个菱形状单元对接成葵花形网格，最内层菱形状单元对角点与中心内拉环铰接，最外层菱形状单元的对角点与边环梁锚接，竖直撑杆上端与脊索一端铰接，竖直撑杆下端与斜索的一端铰接，斜索的另一端与脊索另一端铰接，最外侧斜索与边环梁锚接，在竖直撑杆与斜索的连接处还连接有环索，环索沿环向闭合布置，最外侧斜索与边环梁锚接处设置荷载缓和装置。
所述的中心内拉环标高最高，竖直撑杆顶部标高环向相同，沿径向由内向外递减。脊索、斜索和环索为预应力拉索。边环梁为承压边环梁。荷载缓和装置由弹性钢板、锚固件和预埋光滑钢板组成。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
1)结构形式美观，呈葵花形；
2)自重轻，结构构件较少；
3)本结构可采用受拉性能优越的高强度拉索和受压性能优越的混凝土环梁，充分发挥这两种材料各自的特性；
4)受力性能优越，结构由预应力提供刚度，拉索始终处于受拉状态，受压杆件数量少，充分发挥材料了的强度；
5)荷载缓和装置构造简单，传力明确，可以通过不同厚度不同长度的规格化弹性钢板的组合获得所需的任意较大的弹性刚度；
6)在缓和装置调节下，结构体系能够产生一种荷载自适应效果，相同荷载作用下结构构件的内力较没有缓和装置时下降了约20％；
7)对于突发的大荷载，缓和装置可以吸收一部分能量，减少荷载的冲击作用，使结构产生较大的变形来实现自我保护，在一定程度上可避免结构倒塌。
附图说明
图1为具有缓和功能的葵花型索穹顶体系三维轴测图；
图2为具有缓和功能的葵花型索穹顶体系上层葵花形脊索等轴测图；
图3为具有缓和功能的葵花型索穹顶体系下层斜索、竖直撑杆、环索等轴测图；
图4为具有缓和功能的葵花型索穹顶体系平面示意图；
图5为具有缓和功能的葵花型索穹顶体系剖面示意图；
图6为荷载缓和装置平面示意图；
图7为荷载缓和装置立面示意图；
图8算例1中斜索(XS4)内力变化曲线；
图9算例1中环索(HS3)内力变化曲线。
具体实施方式
具有缓和功能的葵花型索穹顶体系具有边环梁1、中心内拉环2、竖直撑杆3，脊索4、斜索5、环索6以及缓和装置7；由4根脊索4铰接成菱形状单元，由多个菱形状单元对接成葵花形网格，最内层菱形状单元对角点与中心内拉环2铰接，最外层菱形状单元的对角点与边环梁1锚接，竖直撑杆3上端与脊索4一端铰接，竖直撑杆3下端与斜索5的一端铰接，斜索5的另一端与脊索4另一端铰接，最外侧斜索5与边环梁1锚接，在竖直撑杆3与斜索5的连接处还连接有环索6，环索6沿环向闭合布置，最外侧斜索5与边环梁1锚接处设置荷载缓和装置7。
所述的中心内拉环2标高最高，竖直撑杆3顶部标高环向相同，径向由内向外递减。脊索4、斜索5和环索6为预应力拉索。边环梁1为承压边环梁。荷载缓和装置7由弹性钢板8、锚固件9和预埋光滑钢板10组成。
具有缓和功能的葵花型索穹顶体系由不同性能的材料组合而成。边环梁为受压环梁，可利用下部结构柱顶圈梁，一般为钢筋混凝土梁，刚度大，受压性能好，施工也方便，斜索和脊索的锚固用的钢板可预埋在该梁上，张拉操作空间宽敞，操作方便。脊索、斜索、环索可采用高强钢丝，钢绞线，钢丝绳等。拉索施工时，首先要确定其零应力状态下的长度，即所谓的张力结构找形，然后加工索头、锚具和竖直撑杆，在实际施工中，拉索的初始预应力值与设计值仍有可能出现较大的差距，所以竖直撑杆可以设计为长度可调节的构件，拉索之间的连接可采用螺杆索头，方便安装和施工成型。结构构件装配完毕后，结构仍处于无应力状态，当余下的小部分索张拉到位时，结构成形并具有刚度，可承受外部荷载作用。缓和装置由弹性钢板、锚固件和预埋光滑钢板组成，弹性钢板可采用汽车普遍采用的弯曲减震钢板，根据所需要的刚度，由不同厚度和长度的弯曲钢板组合而成。
下面给出一具体算例。
算例1：一个跨度为50m，承受轴对称荷载作用的葵花型索穹顶，结构的平面图和剖面图如图4、5所示，在剖面图中的竖向竖直撑杆高度分别为1.3m、2.4m、3.6m、5.0m。该穹顶各拉索的截面积A和初始预应力F0见表1，拉索的弹性模量为1.8×1011MPa，压杆的弹性模量为2.06×1011MPa，采用的缓和装置的弹簧单元的弹性刚度为9.0×103kN/m，可由不同规格的弹簧钢板组合而成。首先对该结构施加初始预应力(即施工张拉完成时，仅有自重的情况)作为零级荷载，然后依次施加五级荷载：竖向均布荷载q＝0.2kN/m2，0.4kN/m2，0.6kN/m2，0.8kN/m2，1.0kN/m2，计算无缓和装置和施加缓和装置时构件的内力变化。附图5、6、7、8分别是斜索(XS4)，环索(HS3)内力变化曲线。计算结果表明，该体系在缓和装置调节下，能够产生一种荷载自适应效果，相同荷载作用下结构构件的内力较没有缓和装置时下降了约20％。
从算例可见，本发明的效果是显著的，方案是可行的。
表1：
| 拉索 | JS1 | JS2 | JS3 | JS4 | XS1 | XS2 | XS3 | XS4 | HS1 | HS2 | HS3 |
| A/cm2 | 8.85 | 4.43 | 4.43 | 4.43 | 4.91 | 2.46 | 2.46 | 4.43 | 4.91 | 8.85 | 11.8 |
| F0/kN | 85.6 | 62.6 | 113.6 | 217.4 | 28.5 | 34.6 | 63 | 125 | 157.7 | 254.5 | 438.4 |
Claims (6)
1.一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于：它具有边环梁(1)，中心内拉环(2)、竖直撑杆(3)、脊索(4)、斜索(5)、环索(6)以及缓和装置(7)；由4根脊索(4)铰接成菱形状单元，由多个菱形状单元对接成葵花形网格，最内层菱形状单元对角点与中心内拉环(2)铰接，最外层菱形状单元对角点与边环梁(1)锚接，竖直撑杆(3)上端与脊索(4)一端铰接，竖直撑杆(3)下端与斜索(5)的一端铰接，斜索(5)的另一端与脊索(4)另一端铰接，最外侧斜索(5)与边环梁(1)锚接，在竖直撑杆(3)与斜索(5)的连接处还连接有环索(6)，环索(6)沿环向闭合布置，最外侧斜索(5)与边环梁(1)锚接处设置荷载缓和装置(7)。
2.根据权利要求1所述的一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于：所述的中心内拉环(2)标高最高，竖直撑杆(3)顶部标高环向相同，沿径向由内向外递减。
3.根据权利要求1所述的一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于所述的脊索(4)、斜索(5)和环索(6)为预应力拉索。
4.根据权利要求1所述的一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于，所述的边环梁(1)为承压边环梁。
5.根据权利要求1所述的一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于，所述的荷载缓和装置(7)是弹性体。
6.根据权利要求5所述的一种具有缓和功能的葵花型索穹顶体系，其特征在于，所述的荷载缓和装置(7)由弹性钢板(8)、锚固件(9)和预埋光滑钢板(10)组成。
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