CN206928432U - 一种刚性屋面组合型张力穹顶结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构，所述外部索桁架结构包括外环、索桁架脊索、索桁架上环索、索桁架下环索以及索桁架斜索，所述内部索穹顶结构包括内拉环以及设置在内拉环与外部索桁架结构之间的至少一圈环向组件。本实用新型通过内部索穹顶结构支承于外部索桁架结构，组合形成一个张拉结构，利用张拉拉索，使拉索紧绷，拉索受拉，撑杆受压的受力原理及结构特点，采用环向组件构成环向的抗侧力体系，加强结构抵抗扭转和不对称荷载的能力，很好的弥补了由于未采用张拉膜材屋面而抗扭性能较差、平面外稳定性较差的缺点，同时外部索桁架结构可采用比内部索穹顶结构更密的结构布置，可减小屋面系统的跨度，利于铺设刚性屋面。本实用新型适用于多种环境，在体育馆等大型公共建筑中具有更广泛的适用性。

Description

一种刚性屋面组合型张力穹顶结构

技术领域

本实用新型属于建筑工程技术领域，特别涉及一种可应用于体育馆、会展馆等大跨建筑的刚性屋面组合型张力穹顶结构。

背景技术

索穹顶结构是美国工程师Geiger依据Fuller的张拉整体结构思想提出的张拉结构。早在20世纪40年达，Fuller就认为宇宙的运行是按照张拉整体的原理进行的，由此他设想真正高效的结构体系应该是压力与拉力的自平衡体系。1984年，他的学生——雕塑家Snelson完成了第一个张拉整体模型，并以此为基础设计了城市雕塑，证明了Fuller的设想，被公认为现代张拉整体结构发展的一个起点。Fuller由此受到更大的鼓励与启发，于20世纪60年代初发表了张力集成体系的概念和初步理论。他在1962年的专利中较详细地描述了他的结构思想：即在结构中尽可能地减少受压状态而使结构处于连续的张拉状态，从而实现他的“压杆孤岛存在于拉杆的海洋中”的设想，并第一次提出了Tensegrity这一概念。自从张拉整体概念提出以来，各国学者（Emmerich、Vilany、Pugh、Motro、Hanaor等）对各种结构形式的张拉整体结构进行了研究，但很长时间以来这种结构主要用于艺术雕塑和模型试验，没有功能性建筑出现。

1986年美国著名工程师Geiger首次依据Fuller的张拉整体结构思想，实用新型了支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力穹顶即索穹顶结构，并成功运用于首尔奥运会的体操馆和击剑馆。随后索穹顶得到了进一步发展，并被相继运用于多项大型工程，如美国乔治亚穹顶、日本天城穹顶、阿根廷拉普拉塔体育场等。

虽然索穹顶结构在国外得到了快速的发展，但在我国的发展却相对滞后，一方面是由于其技术难度较大的原因，另一方面是由于索穹顶的屋面覆盖材料常采用膜材，膜材虽具有通透性好等优点，但其限制了建筑的形式，对风荷载敏感，对环境要求较高，不能随意吊挂其他荷载，且成本较高，缩小了索穹顶的适用范围。若能在索穹顶上采用刚性屋面覆盖材料，将扩大其适用范围，且大大降低索穹顶结构的造价，有利于其推广。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构传力直接，刚度好、稳定性好、构造简洁，适用于铺设刚性屋面的张力穹顶结构。

本实用新型技术的技术方案实现方式：一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构；

所述外部索桁架结构包括外环、索桁架脊索、索桁架上环索、索桁架下环索以及索桁架斜索，所述索桁架脊索一端与外环支点相连，其另一端与索桁架上环索相连，所述索桁架斜索一端与外环支点相连，其另一端与索桁架下环索相连，所述索桁架脊索和索桁架斜索沿径向呈辐射状布置，在所述索桁架上环索和索桁架下环索之间设置有若干竖向布置的索桁架撑杆，所述索桁架撑杆设置在对应索桁架脊索与索桁架斜索之间；

所述内部索穹顶结构包括内拉环以及设置在内拉环与外部索桁架结构之间的至少一圈环向组件，所述环向组件将内拉环与外部索桁架结构之间分隔为至少两级结构，在所述内拉环与外部索桁架结构之间设置有沿径向呈辐射状布置的索穹顶脊索，所述索穹顶脊索一端与内拉环相连，其另一端与外部索桁架结构的索桁架上环索相连，所述索穹顶脊索的中部与对应环向组件上端部相连，所述环向组件与索桁架上环索之间以及环向组件与内拉环之间分别设置有索穹顶斜索，若环向组件为多圈，相邻环向组件之间设置有索穹顶斜索，所述索穹顶斜索沿径向呈辐射状布置。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述环向组件包括索穹顶环索和索穹顶撑杆，所述内拉环下方设置有内环索，在所述内拉环与内环索之间设置有若干竖向布置的内撑杆，所述索穹顶脊索的中部与对应环向组件的索穹顶撑杆上端相连，最内圈的索穹顶斜索一端与内环索相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶撑杆上端相连，最外圈的索穹顶斜索一端与索桁架上环索相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶环索相连，若环向组件为多圈，中部的索穹顶斜索一端与靠外圈的环向组件的索穹顶撑杆上端相连，其另一端与靠内圈的环向组件的索穹顶环索相连。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其在所述索穹顶环索上方设置有连续的索穹顶环杆，所述索穹顶撑杆竖向设置在索穹顶环杆与索穹顶环索之间，在每一圈环向组件的索穹顶环杆与索穹顶环索之间以及内拉环与内环索之间均间隔地设置有索穹顶交叉支撑索。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述索穹顶环杆、索穹顶撑杆上端部、索穹顶脊索以及对应索穹顶斜索外端部通过脊索节点连接构件连接在一起，所述索穹顶环索、索穹顶撑杆下端部以及对应索穹顶斜索内端部通过环索节点连接构件连接在一起。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其在所述索桁架上环索与索桁架下环索之间设置有索桁架交叉支撑索。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述外环的外部支点采用压力环的结构形式。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述索穹顶脊索采用整体式结构或分段式结构由内拉环至索桁架上环索沿径向贯通设置，多圈布置的索穹顶斜索均设置在对应索穹顶脊索的下方，所述索穹顶撑杆设置在对应索穹顶脊索与索穹顶斜索之间。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述索穹顶结构的屋面采用刚性屋面系统覆盖，用于支撑刚性屋面的附属结构包括在环向组件的索穹顶撑杆顶端沿索穹顶脊索设置的索穹顶主檩条以及在索桁架撑杆顶端沿索桁架脊索设置的索桁架主檩条，所述索穹顶主檩条和索桁架主檩条均呈辐射状布置，在所述索穹顶主檩条之间以及索桁架主檩条之间分别设置有次檩条，所述次檩条呈多圈环向布置。

本实用新型所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其所述索穹顶结构的屋面采用刚性屋面系统覆盖，用于支撑刚性屋面的附属结构包括多圈环向布置的索穹顶环形檩条和索桁架环形檩条，所述索穹顶环形檩条通过檩条连接件直接连接在索穹顶脊索上，所述索桁架环形檩条通过檩条连接件直接连接在索桁架脊索上。

本实用新型通过内部索穹顶结构支承于外部索桁架结构，组合形成一个张拉结构，利用张拉拉索，使拉索紧绷，拉索受拉，撑杆受压的受力原理及结构特点，采用环向组件构成环向的抗侧力体系，加强结构抵抗扭转和不对称荷载的能力，很好的弥补了由于未采用张拉膜材而抗扭性能较差、平面外稳定性较差的缺点，利于铺设刚性屋面。本实用新型结构传力直接，充分发挥拉索的高强特性，具有材料利用率高、刚度好、稳定性好、构造简洁、施工快速等优势，同时其采用的刚性屋面技术成熟，价格较低，适用于多种环境，在体育馆等大型公共建筑中具有更广泛的适用性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型中外部索桁架结构和内部索穹顶结构组合结构示意图。

图4是本实用新型中局部放大图。

图5是本实用新型的内部索穹顶结构中索穹顶脊索节点处连接结构示意图。

图6是本实用新型的内部索穹顶结构中索穹顶环索节点处连接结构示意图。

图7是本实用新型的内部索穹顶结构中索穹顶脊索上设置有用于连接索穹顶环形檩条的连接件示意图。

图中标记：1为外环，2为索桁架脊索，3为索桁架上环索，4为索桁架下环索，5为索桁架斜索，6为索桁架撑杆，7为索桁架交叉支撑索，8为内拉环，9为索穹顶脊索，10为索穹顶斜索，11为索穹顶环索，12为索穹顶撑杆，13为内环索，14为内撑杆，15为索穹顶环杆，16为索穹顶交叉支撑索，17为脊索节点连接构件，18为环索节点连接构件，19为檩条连接件。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定实用新型。

如图1-4所示，一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构。

所述外部索桁架结构包括外环1、索桁架脊索2、索桁架上环索3、索桁架下环索4以及索桁架斜索5，所述外环1的外部支点采用压力环的结构形式，以形成自平衡体系，所述索桁架脊索2一端与外环1支点相连，其另一端与索桁架上环索3相连，所述索桁架斜索5一端与外环1支点相连，其另一端与索桁架下环索4相连，所述索桁架脊索2和索桁架斜索5沿径向呈辐射状布置，在所述索桁架上环索3和索桁架下环索4之间设置有若干竖向布置的索桁架撑杆6，所述索桁架撑杆6设置在对应索桁架脊索2与索桁架斜索5之间，在所述索桁架上环索3与索桁架下环索4之间设置有索桁架交叉支撑索7。

所述内部索穹顶结构包括内拉环8以及设置在内拉环8与外部索桁架结构之间的至少一圈环向组件，所述环向组件将内拉环8与外部索桁架结构之间分隔为至少两级结构，在所述内拉环8与外部索桁架结构之间设置有沿径向呈辐射状布置的索穹顶脊索9，所述索穹顶脊索9一端与内拉环8相连，其另一端与外部索桁架结构的索桁架上环索3相连，所述索穹顶脊索9的中部与对应环向组件上端部相连，所述环向组件与索桁架上环索3之间以及环向组件与内拉环8之间分别设置有索穹顶斜索10，若环向组件为多圈，相邻环向组件之间设置有索穹顶斜索10，所述索穹顶斜索10沿径向呈辐射状布置，所述索穹顶脊索9采用整体式结构或分段式结构由内拉环8至索桁架上环索3沿径向贯通设置，多圈布置的索穹顶斜索10均设置在对应索穹顶脊索9的下方。

其中，所述环向组件包括索穹顶环索11和索穹顶撑杆12，在所述索穹顶环索11上方设置有连续的索穹顶环杆15，所述索穹顶撑杆12竖向设置在索穹顶环杆15与索穹顶环索11之间，且位于对应索穹顶脊索9与索穹顶斜索10之间，所述内拉环8下方设置有内环索13，在所述内拉环8与内环索13之间设置有若干竖向布置的内撑杆14，所述索穹顶脊索9的中部与对应环向组件的索穹顶撑杆12上端相连，最内圈的索穹顶斜索10一端与内环索13相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶撑杆12上端相连，最外圈的索穹顶斜索10一端与索桁架上环索3相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶环索11相连，若环向组件为多圈，中部的索穹顶斜索10一端与靠外圈的环向组件的索穹顶撑杆12上端相连，其另一端与靠内圈的环向组件的索穹顶环索11相连，在每一圈环向组件的索穹顶环杆15与索穹顶环索11之间以及内拉环8与内环索13之间均间隔地设置有索穹顶交叉支撑索16。

如图5所示，所述索穹顶环杆15、索穹顶撑杆12上端部、索穹顶脊索9以及对应索穹顶斜索10外端部通过脊索节点连接构件17连接在一起；如图6所示，所述索穹顶环索11、索穹顶撑杆12下端部以及对应索穹顶斜索10内端部通过环索节点连接构件18连接在一起。上述所有构件的连接均为铰接相连。

在本实施例中，所述索穹顶结构的屋面采用刚性屋面系统覆盖，如直立锁边板、铝板等。用于支撑刚性屋面的附属结构包括在环向组件的索穹顶撑杆12顶端沿索穹顶脊索9设置的索穹顶主檩条以及在索桁架撑杆6顶端沿索桁架脊索2设置的索桁架主檩条，所述索穹顶主檩条和索桁架主檩条均呈辐射状布置，在所述索穹顶主檩条之间以及索桁架主檩条之间分别设置有次檩条，所述次檩条呈多圈环向布置。

作为另一种结构，如图7所示，用于支撑刚性屋面的附属结构包括多圈环向布置的索穹顶环形檩条和索桁架环形檩条，所述索穹顶环形檩条通过檩条连接件19直接连接在索穹顶脊索9上，所述索桁架环形檩条通过檩条连接件19直接连接在索桁架脊索2上。

其中，外部的索桁架结构可加密索桁架脊索和索桁架斜索，有利于降低最外围刚性屋面檩条的跨度，减轻屋面自重。

本实用新型的受力原理及结构特点：内部索穹顶支承于外部索桁架结构，组合形成一个张拉结构。通过张拉拉索，使拉索紧绷，拉索受拉，撑杆受压。当受到向下的荷载时，斜索和下环索内力增加，脊索内力减小，抵抗外荷载；当受到向上荷载时，脊索和上环索内力增加，斜索和下环索内力减小，抵抗外荷载。交叉的支撑索、环杆和环索构成了环向的抗侧力体系，加强结构抵抗扭转和不对称荷载的能力，很好的弥补了由于未采用张拉膜材而抗扭性能较差、平面外稳定性较差的缺点，同时外部索桁架结构可采用比内部索穹顶结构更密的结构布置，可减小屋面系统的跨度，利于铺设刚性屋面。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构；

所述外部索桁架结构包括外环（1）、索桁架脊索（2）、索桁架上环索（3）、索桁架下环索（4）以及索桁架斜索（5），所述索桁架脊索（2）一端与外环（1）支点相连，其另一端与索桁架上环索（3）相连，所述索桁架斜索（5）一端与外环（1）支点相连，其另一端与索桁架下环索（4）相连，所述索桁架脊索（2）和索桁架斜索（5）沿径向呈辐射状布置，在所述索桁架上环索（3）和索桁架下环索（4）之间设置有若干竖向布置的索桁架撑杆（6），所述索桁架撑杆（6）设置在对应索桁架脊索（2）与索桁架斜索（5）之间；

所述内部索穹顶结构包括内拉环（8）以及设置在内拉环（8）与外部索桁架结构之间的至少一圈环向组件，所述环向组件将内拉环（8）与外部索桁架结构之间分隔为至少两级结构，在所述内拉环（8）与外部索桁架结构之间设置有沿径向呈辐射状布置的索穹顶脊索（9），所述索穹顶脊索（9）一端与内拉环（8）相连，其另一端与外部索桁架结构的索桁架上环索（3）相连，所述索穹顶脊索（9）的中部与对应环向组件上端部相连，所述环向组件与索桁架上环索（3）之间以及环向组件与内拉环（8）之间分别设置有索穹顶斜索（10），若环向组件为多圈，相邻环向组件之间设置有索穹顶斜索（10），所述索穹顶斜索（10）沿径向呈辐射状布置。

2.根据权利要求1所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述环向组件包括索穹顶环索（11）和索穹顶撑杆（12），所述内拉环（8）下方设置有内环索（13），在所述内拉环（8）与内环索（13）之间设置有若干竖向布置的内撑杆（14），所述索穹顶脊索（9）的中部与对应环向组件的索穹顶撑杆（12）上端相连，最内圈的索穹顶斜索（10）一端与内环索（13）相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶撑杆（12）上端相连，最外圈的索穹顶斜索（10）一端与索桁架上环索（3）相连，其另一端与对应环向组件的索穹顶环索（11）相连，若环向组件为多圈，中部的索穹顶斜索（10）一端与靠外圈的环向组件的索穹顶撑杆（12）上端相连，其另一端与靠内圈的环向组件的索穹顶环索（11）相连。

3.根据权利要求2所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：在所述索穹顶环索（11）上方设置有连续的索穹顶环杆（15），所述索穹顶撑杆（12）竖向设置在索穹顶环杆（15）与索穹顶环索（11）之间，在每一圈环向组件的索穹顶环杆（15）与索穹顶环索（11）之间以及内拉环（8）与内环索（13）之间均间隔地设置有索穹顶交叉支撑索（16）。

4.根据权利要求3所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述索穹顶环杆（15）、索穹顶撑杆（12）上端部、索穹顶脊索（9）以及对应索穹顶斜索（10）外端部通过脊索节点连接构件（17）连接在一起，所述索穹顶环索（11）、索穹顶撑杆（12）下端部以及对应索穹顶斜索（10）内端部通过环索节点连接构件（18）连接在一起。

5.根据权利要求1所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：在所述索桁架上环索（3）与索桁架下环索（4）之间设置有索桁架交叉支撑索（7）。

6.根据权利要求1所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述外环（1）的外部支点采用压力环的结构形式。

7.根据权利要求2所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述索穹顶脊索（9）采用整体式结构或分段式结构由内拉环（8）至索桁架上环索（3）沿径向贯通设置，多圈布置的索穹顶斜索（10）均设置在对应索穹顶脊索（9）的下方，所述索穹顶撑杆（12）设置在对应索穹顶脊索（9）与索穹顶斜索（10）之间。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述索穹顶结构的屋面采用刚性屋面系统覆盖，用于支撑刚性屋面的附属结构包括在环向组件的索穹顶撑杆（12）顶端沿索穹顶脊索（9）设置的索穹顶主檩条以及在索桁架撑杆（6）顶端沿索桁架脊索（2）设置的索桁架主檩条，所述索穹顶主檩条和索桁架主檩条均呈辐射状布置，在所述索穹顶主檩条之间以及索桁架主檩条之间分别设置有次檩条，所述次檩条呈多圈环向布置。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：所述索穹顶结构的屋面采用刚性屋面系统覆盖，用于支撑刚性屋面的附属结构包括多圈环向布置的索穹顶环形檩条和索桁架环形檩条，所述索穹顶环形檩条通过檩条连接件（19）直接连接在索穹顶脊索（9）上，所述索桁架环形檩条通过檩条连接件（19）直接连接在索桁架脊索（2）上。