CN201901944U - 一种环形刚性索穹顶结构 - Google Patents

一种环形刚性索穹顶结构 Download PDF

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高博青
岑迪钦
陈建波
唐培尧
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Abstract

本实用新型公开了一种环形刚性索穹顶结构,它包括刚性环、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边环梁;刚性杆件为向下弧形幅射状,多条刚性杆件一端与刚性环等分刚接,刚性杆件由多根构件刚接相连,多条刚性杆件另一端与边环梁锚接,竖直撑杆的上端分别与中心拉环等分刚接点铰接和刚性杆件的两构件刚接点铰接,竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接,斜索的另一端与刚性杆件的两构件刚接点铰接,其中一斜索的另一端与边环梁锚接,环索沿环向闭合布置。本实用新型结构形式简洁,受力性能优越,扩大了索穹顶结构使用范围,同时受力性能优,施工安装方便。

Description

一种环形刚性索穹顶结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及建筑领域,尤其涉及一种环型刚性索穹顶结构。 背景技术
[0002] 1986年,美国工程师Geiger发展和推广Fuller张拉整体思想,实现了一种新型预 张力大跨结构,即索穹顶(Cable Dome)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。现有的索穹顶结构,形式大多为 圆形或椭圆,使用范围受到限制,同时,稳定性相对较差,容易在平面外出现失稳,且当荷载 增大到一定程度时,中心部分脊索容易退出工作,使结构位移的增大速率明显加快,若要使 中心部分的脊索不退出工作,必须极大地提高环索的预应力,从而导致结构的其他部分构 件内力明显增加,而且当外环索预应力增加到一定值时,其效果逐渐减弱。因此,如何扩大 索穹顶结构的使用范围,同时使其更加优越的受力性能,是需要解决的问题。本实用新型专 利环型刚性索穹顶结构,使索穹顶结构的应用推广到环型结构,同时又有较好的受力性能。
发明内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种环形刚性索穹顶结构。
[0004] 环形刚性索穹顶结构包括刚性环、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边环梁;刚 性杆件为向下弧形幅射状,多条刚性杆件一端与刚性环等分刚接,刚性杆件由多根构件刚 接相连,多条刚性杆件另一端与边环梁锚接,竖直撑杆的上端分别与中心拉环等分刚接点 铰接和刚性杆件的两构件刚接点铰接,竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接,斜索的 另一端与刚性杆件的两构件刚接点铰接,其中一斜索的另一端与边环梁锚接,环索沿环向 闭合布置。
[0005] 所述的刚性杆件、刚性环为施加预应力的刚性构件。所述的刚性环标高最高,竖直 撑杆顶部标高环向相同,径向由内向外递减。所述的环索、斜索为预应力拉索。
[0006] 本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是:
[0007] 1)结构形式简洁,呈肋环状;
[0008] 2)自重轻,结构构件少;
[0009] 3)充分发挥高强度材料的性能,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;
[0010] 4)将脊索换成刚性杆件,使结构的承载能力和稳定性都有了提高;
[0011] 5)安装比现有索穹顶结构简单。
附图说明
[0012] 图1为环型刚性索穹顶结构的三维轴测图;
[0013] 图2为环型刚性索穹顶结构的剖面示意图;
[0014] 图3为环型刚性索穹顶结构的平面示意图;
3[0015] 图4为环型刚性索穹顶结构刚性杆件、刚性环及环梁示意图;
[0016] 图5为环型刚性索穹顶结构斜索、竖直撑杆及环索示意图;
[0017] 图6a为本实用算例平面示意图;
[0018] 图6b为本实用算例剖面示意图;
[0019] 图7为本实用专利结构在竖直向下荷载作用下的荷载-位移图。
[0020] 图8为本实用专利结构在竖直向上荷载作用下的荷载-位移图。
具体实施方式
[0021] 如图1所示,环形刚性索穹顶结构包括刚性环1、刚性杆件2、环索3、竖直撑杆4、 斜索5以及边环梁6 ;刚性杆件2为向下弧形幅射状,多条刚性杆件2 —端与刚性环1等分 刚接,刚性杆件2由多根构件刚接相连,多条刚性杆件2另一端与边环梁6锚接,竖直撑杆 4的上端分别与中心拉环1等分刚接点铰接和刚性杆件2的两构件刚接点铰接,竖直撑杆4 的下端与斜索5的一端和环索3铰接,斜索5的另一端与刚性杆件2的两构件刚接点铰接,
Ϋΐ一斜索5的另一端与边环梁6锚接,中心拉环1、环索3沿环向闭合布置。
[0022] 所述的刚性杆件2、刚性环1为施加预应力的刚性构件。所述的刚性环1标高最 高,竖直撑杆4顶部标高环向相同,径向由内向外递减。所述的环索3、斜索5为预应力拉索。
[0023] 肋环型刚性索穹顶结构是脊索和中心拉环改为刚性构件的肋环型索穹顶体系,它 由不同强度的材料组合而成。其中,边环梁为受压边环梁,可利用结构柱顶圈梁,一般为钢 筋混凝土梁,刚度大,受压性能好,施工也方便,斜索和刚性杆件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。斜索和环索可采用高强钢丝、钢绞线或钢丝绳等,中 心刚性拉环、刚性杆件和竖直撑杆可采用型钢。索与索连接、索与梁连接的节点已有许多形 式可选择。由于上弦节点位置确定,本结构可先装上所有构件,接着张拉斜索,使其达到设 计值即安装完毕。本结构安装极为简单方便。
[0024] 下面给出一具体算例。
[0025] 一个肋环型刚性索穹顶结构,跨度为60m,承受轴对称荷载,如图6所示,竖直撑 杆高度为=H1 = 6.77m,H2 = 11m,截面积均为138.0cm2。节点竖向荷载为=P1 = 1/11P, P2 = 3/11P,其中P为荷载参数。刚性杆件截面面积及初始预应力分布见表1。梁截面积 为100cm2,惯性矩为833cm4,拉索的弹性模量为1. 85 X IO11Pa,刚性杆件和梁的弹性模量为 2. 06 X IO11Pa0
[0026]表 1 :
[0027] 刚性杆件 JSl JS2 HSl[0028] A/cm2 44. 3 44. 3 44. 3[0029] F/kN 708. 8 1564. 4 878.

Claims (4)

1. 一种环形刚性索穹顶结构,其特征在于包括刚性环(1)、刚性杆件O)、环索(3)、竖 直撑杆、斜索(5)以及边环梁(6);刚性杆件(2)为向下弧形幅射状,多条刚性杆件(2) 一端与刚性环(1)等分刚接,刚性杆件O)由多根构件刚接相连,多条刚性杆件(2)另一端 与边环梁(6)锚接,竖直撑杆⑷的上端分别与中心拉环⑴等分刚接点铰接和刚性杆件 ⑵的两构件刚接点铰接,竖直撑杆⑷的下端与斜索(5)的一端和环索(3)铰接,斜索(5) 的另一端与刚性杆件O)的两构件刚接点铰接,其中一斜索(5)的另一端与边环梁(6)锚 接,环索C3)沿环向闭合布置。
2.根据权利要求1所述的一种环形刚性索穹顶结构,其特征在于:所述的刚性杆件 O)、刚性环(1)为施加预应力的刚性构件。
3.根据权利要求1所述的一种环形刚性索穹顶结构,其特征在于:所述的刚性环(1) 标高最高,竖直撑杆(4)顶部标高环向相同,径向由内向外递减。
4.根据权利要求1所述的一种环形刚性索穹顶结构,其特征在于:所述的环索(3)、斜 索(5)为预应力拉索。
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