CN2587967Y - 劲柔索张拉穹顶结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种劲柔索张拉穹顶结构，包括上弦索、下弦索、上弦索节点与下弦索节点间的压杆以及固定上弦索及下弦索的边环梁，上弦索由金属杆或金属管等劲性索构件和金属绳索或金属链等柔性索构件所组成。这种劲柔索张拉穹顶结构承载能力强、充分发挥材料强度，可大大节省环梁的材料用量，且屋面可用刚性轻质板也可用柔性膜材料，适用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种穹顶结构。
背景技术
大跨空间索穹顶结构即张拉整体结构，以其受力合理、构思巧妙、结构效率高、经济可行等优点而成功地应用于一些重要的大跨工程。该结构构成了一个巨大的自平衡体系，该体系是一个只有少量压杆的张拉整体体系。这种结构自重小，受拉构件稳定，无失稳问题，且压杆数量小、长度短，通过调节预应力可以改变结构刚度。
这种张拉整体结构由上弦索、下弦索、上下弦索之间的压杆、边环梁组成，其上、下弦索均采用柔性索构件，只能承受拉力，不能承受压力、剪力、弯矩、扭矩。而外荷载产生的弯矩、剪力等是由索拉力及索结构变形来取得平衡的。因此，索结构的变形较大，属大变形、小应变的几何非线性结构。这种张拉整体结构有如下缺点：
(1)由于张拉整体结构的主要受力构件是拉索，只能施加预应力才能成形，才具有足够的刚度来承受外荷载。而且所承受的荷载最大值即为所加的预应力。卸载索的内力趋于零时，该索即退出工作。此种情况下，高强度柔性索的强度没有发挥出来，造成浪费。
(2)为提高结构整体承载力，必须提高预应力量级，使得压杆及边环梁等的应力也相应提高，这样，这些构件要做得非常大，因此材料用量很大，使成本增加。
(3)索结构属柔性结构，在荷载作用下会发生较大变形，为适应其变形的特性，屋面体系宜采用柔性膜材料而不宜采用刚性板材，否则刚性板材在大变形下易发生裂缝、漏雨。但柔性膜材料的强度、耐久性、自洁性、保温性能较差，也影响了张拉整体结构的推广应用。
(4)对于索结构来说，不宜承受非节点荷载，因为它将增加局部和总体变形，节点处理也困难。
(5)这种张拉整体结构的非线性结构设计计算分析时难以收敛，增加了设计计算的难度和工作量。
实用新型内容
为了解决张拉整体结构存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种劲柔索张拉穹顶结构，这种结构承载能力强，在满足荷载要求时所需压杆及边环梁的强度低，材料用量较少，成本降低，而且屋面材料可用刚性板材，设计计算简便。
为了达到上述目的，本实用新型的劲柔索张拉穹顶结构采用了如下技术方案：劲柔索张拉穹顶结构由上弦索、下弦索、上弦索节点与下弦索节点间的压杆、固定上弦索及下弦索的边环梁构成，上弦索由多个劲性索构件及多个柔性索构件连接而成。
劲性构件可以为金属杆棒或金属管等，柔性索构件可以是钢丝绳、钢铰线等。
上述的上弦索中的劲性构件及柔性索构件的位置和数量根据具体的穹顶结构及荷载情况分析计算而定。
劲柔索张拉穹顶结构加工、安装及工作时可分为三个状态，即初始状态、预应力状态和荷载状态。预应力状态时其最大拉应力控制在0.8倍材料拉力屈服极限。而荷载态时，控制在最不利荷载产生的压应力不超过0.8倍的材料压力屈服极限。
由于劲柔索张拉穹顶结构的上弦索的构件中既有劲性构件又有柔性构件，较之纯柔性上弦索，不但其刚度大大增加，变形小，几何非线性降低，而且使其承载能力增强，所加预应力减小。由于预应力的减小，也使得压杆及还边梁所需强度降低，其材料成本减少，节点处理及施工成形的难度降低。由于整个劲柔索张拉穹顶结构的上弦索的刚性增加，所以屋面材料可用刚性轻质板，如彩色压型板、合金铝板、GRC板、太空板、阳光板及钢筋混凝土田字板等；也可以用柔性膜材料，使其适用范围更广；而且也使这种穹顶结构的动、静力分析简单得多，提高了设计效率。由于柔性索构件的存在，使其又保留了张拉整体结构的自重小、稳定等优点，使整个劲柔索张拉穹顶结构整体和局部达到最佳的一种优化结构。
附图说明
图1为劲柔索张拉穹顶结构剖面图；
图2为图1所示的劲柔索张拉穹顶结构的立体轴侧图；
图3为图1所示的劲柔索张拉穹顶结构的上弦索结构平面图；
图4为图1所示的劲柔索张拉穹顶结构的节点构造图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的劲柔索张拉穹顶结构作进一步说明。
如图1及图2所示，劲柔索张拉穹顶结构包括上弦索1、下弦索2、压杆3及边环梁4，下弦索构件为钢丝绳柔性索构件，在上弦索1与下弦索2的节点间有刚性压杆3支撑起上弦索1和下弦索2，并使其承受加设的预应力以使柔性索拉紧和成形。上弦索1及下弦索2被固定在环形的边环梁4上。
如图3所示，上弦索的节点间的构件有劲性的上弦杆5及柔性的钢丝绳索6。如图4所示，劲性的上弦杆5焊接在刚性压杆3上，在焊接点下有一个垫板7，柔性钢丝绳索6斜拉在焊接点与垫板7间的压杆3上。
这种劲柔索张拉穹顶结构的上弦索由于采用了柔性索和劲性索，使其既继承了张拉整体结构的自重小、稳定性强的优点，又克服了其缺点，使其承载能力有较大提高，压杆及边环梁的重量减小，且层面材料可用刚性轻质板，使其适用范围更广、设计计算分析简单、施工方便。
Claims (4)
1、一种劲柔索张拉穹顶结构，包括上弦索、下弦索、上弦索节点与下弦索节点间的压杆、固定上弦索及下弦索的边环梁，其特征在于：上弦索由多个劲性索构件及多个柔性索构件连接而成。
2、如权利要求1所述的劲柔索张拉穹顶结构：其特征在于：上述的劲性索构件为金属管。
3、如权利要求1所述的劲柔索张拉穹顶结构：其特征在于：上述的劲性索构件为金属杆。
4、如权利要求1所述的劲柔索张拉穹顶结构：其特征在于：上述的柔性索构件为金属绳索。
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| CN 02257599 CN2587967Y (zh) | 2002-09-29 | 2002-09-29 | 劲柔索张拉穹顶结构 |
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2002
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