專利名稱：索桿弦支穹頂?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及建筑領(lǐng)域應(yīng)用的一種穹頂，具體為索桿弦支穹頂。
技術(shù)背景近年來(lái)隨著預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了一大批新型結(jié)構(gòu)體系，如索穹 頂和弦支穹頂結(jié)構(gòu)。索穹頂，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，體系輕盈，絕大部分構(gòu)件為受拉構(gòu)件等特點(diǎn)；弦支穹頂是將索穹頂和單層網(wǎng)殼結(jié)合在一起而形成的新結(jié)構(gòu)， 增大了屋面剛度，降低施工難度。但是這兩種結(jié)構(gòu)體系還分別存在以下不足:(1) 索穹頂結(jié)構(gòu)上下兩層均為柔性體系，除撐桿之外的桿件均不能承擔(dān)壓 力，使得索穹頂?shù)氖┕るy度很大，雖然面世多年，但是至今建成的實(shí)際結(jié)構(gòu) 很少。(2) 為保證索穹頂結(jié)構(gòu)所有的索都處于受拉狀態(tài)，必須提高預(yù)應(yīng)力量級(jí)， 使得壓桿和邊環(huán)梁等的應(yīng)力增大，所以必須設(shè)置非常牢固的支座或者在支座 處布置巨大的環(huán)梁，加重了支撐結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)材料。(3) 由于索穹頂大部分桿件為受拉的索，使得索穹頂結(jié)構(gòu)整體剛度不大， 在荷載作用下變形較大，屋面材料一般為輕質(zhì)的膜結(jié)構(gòu)等。(4) 弦支穹頂結(jié)構(gòu)上層單層網(wǎng)殼中絕大部分桿件受壓，不利于受壓構(gòu)件的 平面外穩(wěn)定和上層單層網(wǎng)殼的平面外局部穩(wěn)定性。(5) 弦支穹頂上層單層網(wǎng)殼內(nèi)力由下層鋼索和者外荷載作用被動(dòng)產(chǎn)生，不 能自我調(diào)整內(nèi)力，使得上層單層網(wǎng)殼環(huán)向桿件大部分被動(dòng)受壓，不能自我調(diào) 整以減小壓力。實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種索桿弦支穹頂結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了索穹頂和弦支穹頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，受力簡(jiǎn)潔，壓桿少，其自身形成 封閉的受力體系減小或消除對(duì)支座和邊環(huán)梁的作用，穩(wěn)定性和承載力高，大 大節(jié)約了材料。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型釆用了如下技術(shù)方案包括上下兩部分，上層由中心壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成，上徑向桿2 在穹頂中心處與中心壓力環(huán)1連接，在周邊與邊環(huán)梁7連接，中間與上環(huán)向 索3連接，上層呈網(wǎng)格形布置。下層由下徑向索5、下環(huán)向索6和撐桿4組成， 撐桿4的上端與上層節(jié)點(diǎn)連接，下端與下層節(jié)點(diǎn)連接，下徑向索5 —端與撐 桿4下端節(jié)點(diǎn)連接，另一端與穹頂上層節(jié)點(diǎn)連接，下環(huán)向索6沿環(huán)向閉合布 置，與下徑向索5和撐桿4的下端節(jié)點(diǎn)連接；上下兩層在邊環(huán)梁7處匯交在 一起。通過(guò)張拉下環(huán)向索6或者下徑向索5或者調(diào)整撐桿4的長(zhǎng)度，在結(jié)構(gòu) 中施加預(yù)應(yīng)力，并可通過(guò)張拉或放松上環(huán)向索3調(diào)整構(gòu)件的內(nèi)力。所述的上層中心壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7連接成的 網(wǎng)格形式是肋環(huán)形。所述的下徑向索5單根沿徑向布置，其一端與撐桿4的下端連接，另一 端與上層節(jié)點(diǎn)連接。所述的上層中心壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7連接成的 網(wǎng)格形式是聯(lián)方形。所述的下徑向索5雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐桿4的下端連 接，另兩端分別與上層的不同節(jié)點(diǎn)連接。所述的撐桿4的長(zhǎng)度應(yīng)保證下徑向索5與撐桿4的交角為銳角。所述的上層結(jié)構(gòu)的外輪廓形狀可以為圓形或橢圓形或多邊形。所述的上環(huán)向索3、下徑向索5、下環(huán)向索6可以為柔性鋼絲繩、鋼鉸線、 纜索等或鋼拉桿。所述的上徑向桿2為可有承受壓力的剛性桿，可以是圓形或方形的鋼管 也可以是各種型鋼等。所述的下徑向索5可以單根沿徑向布置，也可以雙根交叉布置。 由于這種索桿弦支穹頂?shù)乃袆傂詶U受壓、所有柔性桿受拉，使其受力
簡(jiǎn)潔、計(jì)算設(shè)計(jì)非常方便。另外，上層徑向壓桿的內(nèi)力非常接近，故可采用 統(tǒng)一規(guī)格的桿件，加工制造非常方便。由于在不布置邊環(huán)梁的情況下，這種穹頂也可以形成了力封閉體系，所以， 在正常荷載作用下，可以消除對(duì)邊緣支撐結(jié)構(gòu)的水平作用力，不需要布置巨 大的環(huán)梁或者加大支座，減少了支撐結(jié)構(gòu)的材料消耗，降低了成本。由于本實(shí)用新型的索桿弦支穹頂?shù)纳蠈硬贾昧四軌虺袚?dān)壓力的上徑向桿， 使屋面剛度得到了顯著提高，所以屋面可用剛性輕質(zhì)板也可用柔性模材料， 適用范圍廣，并能夠跨越更大的跨度。由于本實(shí)用新型的受壓桿件少，受拉桿件多，且均為髙強(qiáng)鋼索，充分發(fā)揮 了材料強(qiáng)度，所以其自重比弦支穹頂更輕，可跨越跨度更大。本實(shí)用新型上 層結(jié)構(gòu)徑向桿端彎矩很小，上徑向桿之間可以剛接也可以鉸接。當(dāng)采用鉸接 節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以形成張拉整體結(jié)構(gòu)，大大方便了施工。由于本實(shí)用新型的上環(huán)向索可以拉緊也可以放松，所以可以通過(guò)拉緊或者 放松上環(huán)向索，調(diào)整上徑向桿的壓力，使其壓力值更小、更均勻，從而提高 整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和極限承載力。由于一方面上徑向桿的壓力得到了減小， 另一方面與上徑向桿相連的上環(huán)向索為拉力，這樣加強(qiáng)了對(duì)上層的節(jié)點(diǎn)位置 的約束作用，從而使與該節(jié)點(diǎn)相連的壓桿構(gòu)件穩(wěn)定性得到了提高。


圖1上層為聯(lián)方形網(wǎng)格的索桿弦支穹頂立體軸側(cè)圖圖2為圖1所示的圓形索桿穹頂上層索桿體系布置圖 圖3為圖1所示的橢圓形索桿穹頂上層索桿體系布置圖 圖4為圖1所示的圓形索桿穹頂下層支撐體系軸側(cè)圖 圖5為圖1所示的橢圓形索桿穹頂下層支撐體系軸側(cè)圖 圖6為圖1所示的索桿穹頂結(jié)構(gòu)剖面圖 圖7上層為肋環(huán)形網(wǎng)格的索桿弦支穹頂立體軸側(cè)圖 圖8為圖7所示的索桿穹頂下層支撐體系軸側(cè)圖
圖9為圖7所示的索桿穹頂上層索桿體系布置圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1 如9詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。 實(shí)施例l如圖l、圖2、圖4、圖6所示，本實(shí)施例主要包括上下兩部分，上層由中心 壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成，上徑向桿2在穹頂中心 處與中心環(huán)梁l鉸接，在周邊與邊環(huán)梁7鉸接，中間與上環(huán)向索3鉸接，呈 聯(lián)方形網(wǎng)格布置，網(wǎng)格外形輪廓形狀為圓形。下層由下徑向索5、下環(huán)向索6 和撐桿4組成，撐桿4的上端與上層節(jié)點(diǎn)連接，下端與下層節(jié)點(diǎn)連接；下徑 向索5雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐桿4的下端連接，另兩端分別 與上層的不同節(jié)點(diǎn)連接。下環(huán)向索6沿環(huán)向閉合布置，與下徑向索5和撐桿4 的下端節(jié)點(diǎn)連接；上下兩層在邊環(huán)梁7處匯交在一起。撐桿4的長(zhǎng)度應(yīng)保證下徑向索5與撐桿4的交角為60度。上環(huán)向索3、下 徑向索5、下環(huán)向索6選為柔性鋼絲繩，上徑向桿2選用是圓形鋼管。通過(guò)張 拉下環(huán)向索6，在結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力。 實(shí)施例2如圖3、圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于其 上層中心壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成的網(wǎng)格外形輪廓 形狀為橢圓形。撐桿4的長(zhǎng)度應(yīng)保證下徑向索5與撐桿4的交角為70度。上 環(huán)向索3、下徑向索5、下環(huán)向索6選為鋼鉸線，上徑向桿2選用是方形鋼管。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于其上層中心壓力環(huán)1、 上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成的網(wǎng)格外形輪廓形狀為多邊形。撐桿 4的長(zhǎng)度應(yīng)保證下徑向索5與撐桿4的交角為55度。上環(huán)向索3、下徑向索5、 下環(huán)向索6選為纜索，上徑向桿2選用是型鋼。實(shí)施例4
如圖7 圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的部分結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于上層中心壓力環(huán)l、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成的網(wǎng)格形式為肋 環(huán)型；并且下層徑向索5單根沿徑向布置，其一端與撐桿4的下端連接，另 一端與上層節(jié)點(diǎn)連接。上環(huán)向索3、下徑向索5、下環(huán)向索6選為柔性鋼絲繩， 上徑向桿2選用是鋼拉桿。 實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于其上層中心壓力環(huán)1、 上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成的網(wǎng)格外形輪廓形狀為橢圓形。 實(shí)施例6本實(shí)施例與實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于其上層中心壓力環(huán)1、 上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成的網(wǎng)格外形輪廓形狀為多邊形。 實(shí)施例7本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于其上層上徑向桿2與中 心壓力環(huán)1剛性連接，上層徑向桿2與邊環(huán)梁7鋼性連接。這種索桿弦支穹頂結(jié)構(gòu)結(jié)合了索穹頂和弦支穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，即保證了足 夠的剛度又能夠?qū)崿F(xiàn)張拉整體，支座推力很小，有效降低材料消耗，充分利 用材料受拉強(qiáng)度，使內(nèi)力轉(zhuǎn)移到承載能力高的鋼索中，其重量更輕。受壓的 上徑向桿壓力小，穩(wěn)定性和極限承載力高，能夠滿足建造更大跨度得需要。
權(quán)利要求1、索桿弦支穹頂，其特征在于包括上下兩部分，上層包括有中心壓力環(huán)(1)、上徑向桿(2)、上環(huán)向索(3)和邊環(huán)梁(7)，其中，上徑向桿(2)在穹頂中心處與中心壓力環(huán)(1)連接，在周邊與邊環(huán)梁(7)連接，中間與上環(huán)向索(3)連接，上層呈網(wǎng)格形布置；下層包括有下徑向索(5)、下環(huán)向索(6)和撐桿(4)，撐桿(4)的上端與上層節(jié)點(diǎn)連接，下徑向索(5)的兩端分別與撐桿(4)的下端和上層節(jié)點(diǎn)連接，在下徑向索(5)和撐桿(4)的連接處還連接有下環(huán)向索(6)，下環(huán)向索(6)沿環(huán)向閉合布置；上下兩層在邊環(huán)梁(7)處匯交在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的上層中心壓力 環(huán)(1)、上徑向桿(2)、上環(huán)向索(3)和邊環(huán)梁(7)連接成的網(wǎng)格形式是 肋環(huán)形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的下徑向索(5) 單根沿徑向布置，其一端與撐桿(4)的下端連接，另一端與上層節(jié)點(diǎn)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的上層中心壓力 環(huán)(1)、上徑向桿(2)、上環(huán)向索(3)和邊環(huán)梁(7)連接成的網(wǎng)格形式是 聯(lián)方形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的下徑向索(5) 雙根交叉成"V"型布置，其交叉端與撐桿(4)的下端連接，另兩端分別與 上層的不同節(jié)點(diǎn)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利以要求1所述的索桿弦支穹頂，其特征在于下徑向索(5)與 撐桿(4)的交角為銳角。
7、 根據(jù)權(quán)利以要求l所述的索桿弦支穹頂，其特征在于上層結(jié)構(gòu)的外輪廓 形狀可以為圓形或橢圓形或多邊形。
8、 根據(jù)權(quán)利以要求1或權(quán)利要求7所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的上環(huán)向索(3)、下徑向索(5)、下環(huán)向索(6)為柔性鋼絲繩或鋼鉸線或纜 索或鋼拉桿。
9、根據(jù)權(quán)利以要求1或權(quán)利要求7所述的索桿弦支穹頂，其特征在于所述的上徑向桿(2)是圓形鋼管或方形鋼管或型鋼。
專利摘要本實(shí)用新型涉及建筑領(lǐng)域應(yīng)用的一種穹頂，具體為索桿弦支穹頂。包括上下兩部分，上層包括有中心壓力環(huán)(1)、上徑向桿(2)、上環(huán)向索(3)和邊環(huán)梁(7)，上徑向桿(2)在穹頂中心處與中心壓力環(huán)(1)連接，在周邊與邊環(huán)梁(7)連接，中間與上環(huán)向索(3)連接，上層呈網(wǎng)格形布置。下層包括有下徑向索(5)、下環(huán)向索(6)和撐桿(4)，撐桿(4)的上端與上層節(jié)點(diǎn)連接，下徑向索(5)的兩端分別與撐桿(4)的下端和上層節(jié)點(diǎn)連接，在下徑向索(5)和撐桿的連接處還連接有下環(huán)向索，下環(huán)向索沿環(huán)向閉合布置，上下兩層在邊環(huán)梁處匯交在一起。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)潔，壓桿的桿構(gòu)件穩(wěn)定性和整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性高，極限承載力大。
文檔編號(hào)E04B1/342GK201024561SQ20072010404
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者劉學(xué)春, 張慶亮, 張愛(ài)林, 李鵬飛, 王冬梅, 王敬仁, 鞠曉臣 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)