專利名稱：勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穹頂結(jié)構(gòu)。
這種張拉整體結(jié)構(gòu)由上弦索、下弦索、上下弦索之間的壓桿、邊環(huán)梁組成，其上、下弦索均采用柔性索構(gòu)件，只能承受拉力，不能承受壓力、剪力、彎矩、扭矩。而外荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力等是由索拉力及索結(jié)構(gòu)變形來取得平衡的。因此，索結(jié)構(gòu)的變形較大，屬大變形、小應(yīng)變的幾何非線性結(jié)構(gòu)。這種張拉整體結(jié)構(gòu)有如下缺點(diǎn)(1)由于張拉整體結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件是拉索，只能施加預(yù)應(yīng)力才能成形，才具有足夠的剛度來承受外荷載。而且所承受的荷載最大值即為所加的預(yù)應(yīng)力。卸載索的內(nèi)力趨于零時(shí)，該索即退出工作。此種情況下，高強(qiáng)度柔性索的強(qiáng)度沒有發(fā)揮出來，造成浪費(fèi)。
(2)為提高結(jié)構(gòu)整體承載力，必須提高預(yù)應(yīng)力量級(jí)，使得壓桿及邊環(huán)梁等的應(yīng)力也相應(yīng)提高，這樣，這些構(gòu)件要做得非常大，因此材料用量很大，使成本增加。
(3)索結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，在荷載作用下會(huì)發(fā)生較大變形，為適應(yīng)其變形的特性，屋面體系宜采用柔性膜材料而不宜采用剛性板材，否則剛性板材在大變形下易發(fā)生裂縫、漏雨。但柔性膜材料的強(qiáng)度、耐久性、自潔性、保溫性能較差，也影響了張拉整體結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。
(4)對(duì)于索結(jié)構(gòu)來說，不宜承受非節(jié)點(diǎn)荷載，因?yàn)樗鼘⒃黾泳植亢涂傮w變形，節(jié)點(diǎn)處理也困難。
(5)這種張拉整體結(jié)構(gòu)的非線性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析時(shí)難以收斂，增加了設(shè)計(jì)計(jì)算的難度和工作量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)采用了如下技術(shù)方案勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)由上弦索、下弦索、上弦索節(jié)點(diǎn)與下弦索節(jié)點(diǎn)間的壓桿、固定上弦索及下弦索的邊環(huán)梁構(gòu)成，上弦索由多個(gè)勁性索構(gòu)件及多個(gè)柔性索構(gòu)件連接而成。
勁性構(gòu)件可以為金屬桿棒或金屬管等，柔性索構(gòu)件可以是鋼絲繩、鋼鉸線等。
上述的上弦索中的勁性構(gòu)件及柔性索構(gòu)件的位置和數(shù)量根據(jù)具體的穹頂結(jié)構(gòu)及荷載情況分析計(jì)算而定。
勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)加工、安裝及工作時(shí)可分為三個(gè)狀態(tài)，即初始狀態(tài)、預(yù)應(yīng)力狀態(tài)和荷載狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)其最大拉應(yīng)力控制在0.8倍材料拉力屈服極限。而荷載態(tài)時(shí)，控制在最不利荷載產(chǎn)生的壓應(yīng)力不超過0.8倍的材料壓力屈服極限。
由于勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)的上弦索的構(gòu)件中既有勁性構(gòu)件又有柔性構(gòu)件，較之純?nèi)嵝陨舷宜?，不但其剛度大大增加，變形小，幾何非線性降低，而且使其承載能力增強(qiáng)，所加預(yù)應(yīng)力減小。由于預(yù)應(yīng)力的減小，也使得壓桿及還邊梁所需強(qiáng)度降低，其材料成本減少，節(jié)點(diǎn)處理及施工成形的難度降低。由于整個(gè)勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)的上弦索的剛性增加，所以屋面材料可用剛性輕質(zhì)板，如彩色壓型板、合金鋁板、GRC板、太空板、陽光板及鋼筋混凝土田字板等；也可以用柔性膜材料，使其適用范圍更廣；而且也使這種穹頂結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜力分析簡(jiǎn)單得多，提高了設(shè)計(jì)效率。由于柔性索構(gòu)件的存在，使其又保留了張拉整體結(jié)構(gòu)的自重小、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)整體和局部達(dá)到最佳的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
如

圖1及圖2所示，勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)包括上弦索1、下弦索2、壓桿3及邊環(huán)梁4，下弦索構(gòu)件為鋼絲繩柔性索構(gòu)件，在上弦索1與下弦索2的節(jié)點(diǎn)間有剛性壓桿3支撐起上弦索1和下弦索2，并使其承受加設(shè)的預(yù)應(yīng)力以使柔性索拉緊和成形。上弦索1及下弦索2被固定在環(huán)形的邊環(huán)梁4上。
如圖3所示，上弦索的節(jié)點(diǎn)間的構(gòu)件有勁性的上弦桿5及柔性的鋼絲繩索6。如圖4所示，勁性的上弦桿5焊接在剛性壓桿3上，在焊接點(diǎn)下有一個(gè)墊板7，柔性鋼絲繩索6斜拉在焊接點(diǎn)與墊板7間的壓桿3上。
這種勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)的上弦索由于采用了柔性索和勁性索，使其既繼承了張拉整體結(jié)構(gòu)的自重小、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)，使其承載能力有較大提高，壓桿及邊環(huán)梁的重量減小，且層面材料可用剛性輕質(zhì)板，使其適用范圍更廣、設(shè)計(jì)計(jì)算分析簡(jiǎn)單、施工方便。
權(quán)利要求
1.一種勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，包括上弦索、下弦索、上弦索節(jié)點(diǎn)與下弦索節(jié)點(diǎn)間的壓桿、固定上弦索及下弦索的邊環(huán)梁，其特征在于上弦索由多個(gè)勁性索構(gòu)件及多個(gè)柔性索構(gòu)件連接而成。
2.如權(quán)利要求1所述的勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于上述的勁性索構(gòu)件為金屬管。
3.如權(quán)利要求1所述的勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于上述的勁性索構(gòu)件為金屬桿。
4.如權(quán)利要求1所述的勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于上述的柔性索構(gòu)件為金屬繩索。
5.如權(quán)利要求1所述的勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)其最大拉應(yīng)力控制在0.8倍材料拉力屈服極限，在荷載態(tài)時(shí)，最大拉應(yīng)力控制在最不利荷載產(chǎn)生的壓應(yīng)力不超過0.8倍的材料壓力屈服極限。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)，包括上弦索、下弦索、上弦索節(jié)點(diǎn)與下弦索節(jié)點(diǎn)間的壓桿以及固定上弦索及下弦索的邊環(huán)梁，上弦索由金屬桿或金屬管等勁性索構(gòu)件和金屬繩索或金屬鏈等柔性索構(gòu)件所組成。這種勁柔索張拉穹頂結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)、充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，可大大節(jié)省環(huán)梁的材料用量，且屋面可用剛性輕質(zhì)板也可用柔性膜材料，適用范圍廣。
文檔編號(hào)E04B7/14GK1415809SQ0215953
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者徐國彬 申請(qǐng)人:徐國彬