CN211007256U - 葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构 - Google Patents

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刘宏创
涂源
朱谢联
陈伟刚
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Abstract

本实用新型公开了葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构。现有技术结构施工难度大，节点构造复杂。本实用新型包括对称空间基本单元、内环索、外环梁。对称空间基本单元为空间立体四边形，包括四根上弦脊索、两根独立撑杆、两根共用撑杆、两根斜索、一根下弦环索段，独立撑杆的一端接脊索顶节点，共用撑杆的一端接脊索侧节点，斜索的一端接脊索底节点，同侧的独立撑杆、共用撑杆、斜索另一端汇交于一个下弦节点，下弦环索段的两端分别连接两个下弦节点。对称空间基本单元沿环向扩展，同圈下弦环索段首尾相连构成下弦环索；环向子结构沿径向扩展，最底部环向子结构支承在外环梁上，顶部设有内环索。本实用新型结构稳定，建筑造型简洁、美观、空间效果强。

Description

葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构
技术领域
本实用新型属于建筑学技术领域，具体涉及葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构。
背景技术
索穹顶结构具有优异的受力性能、优美的结构造型和出众的经济指标。目前的研究与实践，均以“拉索的海洋与压杆的孤岛”的Fuller构想为基础开展，即索穹顶内每个上下弦节点均只设有一根竖向受压杆件以形成张力场中的压力“孤岛”。由于压杆的水平投影为一个点，同一圈压杆投影形成一道点环，即压杆垂直于水平面，且互不连通，导致其稳定性较差。尤其是肋环型索穹顶结构，上弦节点没有环向构件对其进行约束，致使结构的抗扭刚度和稳定性均存在明显不足。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出了一种非传统“拉索的海洋与压杆的孤岛”Fuller构想的葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构。
本实用新型包括对称空间基本单元、内环索、外环梁。
每个对称空间基本单元包括四根上弦脊索、两根独立撑杆、两根共用撑杆、两根斜索、一根下弦环索段。
四根上弦脊索首尾相接，围合成空间立体四边形，该空间立体四边形的水平投影为两个共底等腰三角形组成的自由等腰四边形；相邻的两根上弦脊索交于一个脊索节点，包括一个脊索顶节点、一个脊索底节点、两个脊索侧节点；脊索顶节点与两个脊索侧节点构成一个等腰三角形的上平面，脊索底节点与两个脊索侧节点构成一个等腰三角形的下平面，上平面与下平面处于不同的平面。
两根独立撑杆的一端与对称空间基本单元的脊索顶节点相连，两根共用撑杆的一端分别与对称空间基本单元的两个脊索侧节点相连，两根斜索的一端连接在对称空间基本单元的脊索底节点上；同一侧的独立撑杆、共用撑杆、斜索的另一端汇交于一个下弦节点，下弦环索段的两端分别连接两个下弦节点。
同一对称空间基本单元的脊索顶节点和脊索底节点与索穹顶结构的中心轴处于同一平面，对称空间基本单元整体以该平面对称。
将对称空间基本单元沿环向扩展，即相邻两个对称空间基本单元共用一个脊索侧节点、一个下弦节点和一根共用撑杆，多个对称空间基本单元围合成圆环形的环向子结构；同一圈的对称空间基本单元的下弦环索段首尾相连构成该圈环向子结构的下弦环索。
将环向子结构沿径向扩展，即将下一环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点作为上一环向子结构中对称空间基本单元的脊索底节点；相邻两道环向子结构中，下道环向子结构中对称空间基本单元的上平面与上道环向子结构中对称空间基本单元的下平面处于不同的平面。
最底部环向子结构中的对称空间基本单元的脊索底节点支承于刚度较大的圆环形的外环梁；最顶部环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点通过内环索段连接，内环索段首尾相连构成内环索。
本实用新型的有益效果包括：
1、本实用新型建筑造型简洁、美观、空间效果强；
2、本实用新型和传统常规的葵花型索穹顶结构相比，环索数和斜索数可减少一半，减少了索材用量，有效降低工程造价，且便于施工张拉成形；
3、本实用新型设有多根撑杆，有效提高撑杆以及整个结构的稳定性；
4、本实用新型的提出，为索穹顶结构的建筑选型提供了新方案。
附图说明
图1为本实用新型整体结构俯视图；
图2为本实用新型整体结构立体图；
图3为对称空间基本单元的结构示意图；
图4为一个对称空间基本单元中上平面和下平面示意图；
图5为对称空间基本单元的侧视图；
图6为对称空间基本单元环向扩展示意图；
图7为一道环向子结构示意图；
图8为环向子结构径向扩展示意图；
图9为对称空间基本单元中上平面和下平面的位置示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，包括对称空间基本单元、内环索、外环梁。
如图3、4、5所示，每个对称空间基本单元包括四根上弦脊索1(图中实线)、两根独立撑杆2和两根共用撑杆3(图中密虚线)、两根斜索4(图中点划线)、一根下弦环索段5(图中疏虚线)。
四根上弦脊索1首尾相接，围合成空间立体四边形(图1、2中阴影部分)，该空间立体四边形的水平投影为两个共底等腰三角形组成的自由等腰四边形。相邻的两根上弦脊索1交于一个脊索节点，包括一个脊索顶节点A、一个脊索底节点B、两个脊索侧节点C和D。脊索顶节点A与两个脊索侧节点C和D构成一个等腰三角形的上平面Ⅰ，脊索底节点B与两个脊索侧节点C和D构成一个等腰三角形的下平面II，上平面Ⅰ与下平面II处于不同的平面。
两根独立撑杆2的一端与对称空间基本单元的脊索顶节点A相连，两根共用撑杆3的一端分别与对称空间基本单元的两个脊索侧节点C和D相连，两根斜索4的一端连接在对称空间基本单元的脊索底节点B上。一侧的独立撑杆2、共用撑杆3、斜索4的另一端汇交于一个下弦节点6，另一侧的独立撑杆2、共用撑杆3、斜索4的另一端汇交于另一个下弦节点，下弦环索段5的两端分别连接两个下弦节点6。下弦节点6位于四根上弦脊索围合的空间立体四边形两侧下方。
同一对称空间基本单元的脊索顶节点A和脊索底节点B与索穹顶结构的中心轴处于同一平面，对称空间基本单元整体以该平面对称。
如图6、7所示，将对称空间基本单元沿环向扩展，即相邻两个对称空间基本单元共用一个脊索侧节点C或D、一个下弦节点6和一根共用撑杆3，多个对称空间基本单元围合成圆环形的环向子结构。同一圈的对称空间基本单元的下弦环索段5首尾相连构成该圈环向子结构的下弦环索。同一圈的对称空间基本单元的多个下弦环索段5可以为一体，即整根环形的下弦环索。
如图8所示，将环向子结构沿径向扩展，即将下一环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点作为上一环向子结构中对称空间基本单元的脊索底节点，径向扩展至2～5道环向子结构，本实施例采用3道环向子结构(如图1和2)。相邻两道环向子结构中，下道环向子结构中对称空间基本单元的上平面Ⅰ与上道环向子结构中对称空间基本单元的下平面II处于不同的平面。
如图1、2所示，最底部环向子结构中的对称空间基本单元的脊索底节点支承于刚度较大的圆环形的外环梁7；最顶部环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点通过内环索段连接，内环索段首尾相连构成内环索8，内环索8也可以是整体环形。
如图9所示，每个上平面Ⅰ和下平面II与水平面的夹角通过下式求出。
Figure BDA0002197303430000041
其中，f为结构矢高，L为结构跨度，ri为第i个脊索节点与整体结构中心轴的水平距离，n为节点的数量。
本实用新型所述具体实施方案为本发明的较佳实施案例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (5)

1.葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，包括对称空间基本单元、内环索、外环梁；其特征在于：
每个对称空间基本单元包括四根上弦脊索、两根独立撑杆、两根共用撑杆、两根斜索、一根下弦环索段；
四根上弦脊索首尾相接，围合成空间立体四边形，该空间立体四边形的水平投影为两个共底等腰三角形组成的自由等腰四边形；相邻的两根上弦脊索交于一个脊索节点，包括一个脊索顶节点、一个脊索底节点、两个脊索侧节点；脊索顶节点与两个脊索侧节点构成一个等腰三角形的上平面，脊索底节点与两个脊索侧节点构成一个等腰三角形的下平面，上平面与下平面处于不同的平面；
两根独立撑杆的一端与对称空间基本单元的脊索顶节点相连，两根共用撑杆的一端分别与对称空间基本单元的两个脊索侧节点相连，两根斜索的一端连接在对称空间基本单元的脊索底节点上；同一侧的独立撑杆、共用撑杆、斜索的另一端汇交于一个下弦节点，下弦环索段的两端分别连接两个下弦节点；
同一对称空间基本单元的脊索顶节点和脊索底节点与索穹顶结构的中心轴处于同一平面，对称空间基本单元整体以该平面对称；
将对称空间基本单元沿环向扩展，即相邻两个对称空间基本单元共用一个脊索侧节点、一个下弦节点和一根共用撑杆，多个对称空间基本单元围合成圆环形的环向子结构；同一圈的对称空间基本单元的下弦环索段首尾相连构成该圈环向子结构的下弦环索；
将环向子结构沿径向扩展，即将下一环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点作为上一环向子结构中对称空间基本单元的脊索底节点；相邻两道环向子结构中，下道环向子结构中对称空间基本单元的上平面与上道环向子结构中对称空间基本单元的下平面处于不同的平面；
最底部环向子结构中的对称空间基本单元的脊索底节点支承于刚度较大的圆环形的外环梁；最顶部环向子结构中对称空间基本单元的脊索顶节点通过内环索段连接，内环索段首尾相连构成内环索。
2.如权利要求1所述的葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，其特征在于：所述的上平面和下平面与水平面的夹角θi通过下式得到：
Figure FDA0002197303420000021
其中，f为结构矢高，L为结构跨度，ri为第i个脊索节点与整体结构中心轴的水平距离，n为节点的数量。
3.如权利要求1所述的葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，其特征在于：所述的环向子结构为2～5道。
4.如权利要求1所述的葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，其特征在于：同一圈的对称空间基本单元的多个下弦环索段为一体，形成整根环形的弦环索。
5.如权利要求1所述的葵花三撑杆双斜索型索穹顶结构，其特征在于：所述的内环索为整根环形。
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