專利名稱：索桿弦支穹頂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑領域應用的一種穹頂，具體為索桿弦支穹頂。
背景技術：
近年來隨著預應力鋼結構的發(fā)展，涌現出了一大批新型結構體系，如索穹頂和弦支穹頂結構。索穹頂，具有構造簡單，體系輕盈，絕大部分構件為受拉構件等特點；弦支穹頂是將索穹頂和單層網殼結合在一起而形成的新結構，增大了屋面剛度，降低施工難度。但是這兩種結構體系還分別存在以下不足(1)索穹頂結構上下兩層均為柔性體系，除撐桿之外的桿件均不能承擔壓力，使得索穹頂的施工難度很大，雖然面世多年，但是至今建成的實際結構很少。
(2)為保證索穹頂結構所有的索都處于受拉狀態(tài)，必須提高預應力量級，使得壓桿和邊環(huán)梁等的應力增大，所以必須設置非常牢固的支座或者在支座處布置巨大的環(huán)梁，加重了支撐結構負擔，浪費材料。
(3)由于索穹頂大部分桿件為受拉的索，使得索穹頂結構整體剛度不大，在荷載作用下變形較大，屋面材料一般為輕質的膜結構等。
(4)弦支穹頂結構上層單層網殼中絕大部分桿件受壓，不利于受壓構件的平面外穩(wěn)定和上層單層網殼的平面外局部穩(wěn)定性。
(5)弦支穹頂上層單層網殼內力由下層鋼索和者外荷載作用被動產生，不能自我調整內力，使得上層單層網殼環(huán)向桿件大部分被動受壓，不能自我調整以減小壓力。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種索桿弦支穹頂結構，這種結構結合了索穹頂和弦支穹頂的優(yōu)點，受力簡潔，壓桿少，其自身形成封閉的受力體系減小或消除對支座和邊環(huán)梁的作用，穩(wěn)定性和承載力高，大大節(jié)約了材料。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案包括上下兩部分，上層由中心壓力環(huán)1、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成，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)點連接，下端與下層節(jié)點連接，下徑向索5一端與撐桿4下端節(jié)點連接，另一端與穹頂上層節(jié)點連接，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)點連接；上下兩層在邊環(huán)梁7處匯交在一起。通過張拉下環(huán)向索6或者下徑向索5或者調整撐桿4的長度，在結構中施加預應力，并可通過張拉或放松上環(huán)向索3調整構件的內力。
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)點連接。
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)點連接。
所述的撐桿4的長度應保證下徑向索5與撐桿4的交角為銳角。
所述的上層結構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的所有剛性桿受壓、所有柔性桿受拉，使其受力簡潔、計算設計非常方便。另外，上層徑向壓桿的內力非常接近，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，可以消除對邊緣支撐結構的水平作用力，不需要布置巨大的環(huán)梁或者加大支座，減少了支撐結構的材料消耗，降低了成本。
由于本發(fā)明的索桿弦支穹頂的上層布置了能夠承擔壓力的上徑向桿，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。
由于本發(fā)明的受壓桿件少，受拉桿件多，且均為高強鋼索，充分發(fā)揮了材料強度，所以其自重比弦支穹頂更輕，可跨越跨度更大。本發(fā)明上層結構徑向桿端彎矩很小，上徑向桿之間可以剛接也可以鉸接。當采用鉸接節(jié)點時，可以形成張拉整體結構，大大方便了施工。
由于本發(fā)明的上環(huán)向索可以拉緊也可以放松，所以可以通過拉緊或者放松上環(huán)向索，調整上徑向桿的壓力，使其壓力值更小、更均勻，從而提高整個結構的穩(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，這樣加強了對上層的節(jié)點位置的約束作用，從而使與該節(jié)點相連的壓桿構件穩(wěn)定性得到了提高。


圖1上層為聯(lián)方形網格的索桿弦支穹頂立體軸側2為圖1所示的圓形索桿穹頂上層索桿體系布置3為圖1所示的橢圓形索桿穹頂上層索桿體系布置4為圖1所示的圓形索桿穹頂下層支撐體系軸側5為圖1所示的橢圓形索桿穹頂下層支撐體系軸側6為圖1所示的索桿穹頂結構剖面7上層為肋環(huán)形網格的索桿弦支穹頂立體軸側8為圖7所示的索桿穹頂下層支撐體系軸側9為圖7所示的索桿穹頂上層索桿體系布置圖具體實施方式
下面結合圖1～如9詳細說明本實施例。
實施例1如圖1、圖2、圖4、圖6所示，本實施例主要包括上下兩部分，上層由中心壓力環(huán)1、上徑向桿2、上環(huán)向索3和邊環(huán)梁7組成，上徑向桿2在穹頂中心處與中心環(huán)梁1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)方形網格布置，網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)點連接，下端與下層節(jié)點連接；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)點連接；上下兩層在邊環(huán)梁7處匯交在一起。
撐桿4的長度應保證下徑向索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。通過張拉下環(huán)向索6，在結構中施加預應力。
實施例2如圖3、圖5所示，本實施例與實施例1的結構相同，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組成的網格外形輪廓形狀為橢圓形。撐桿4的長度應保證下徑向索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。
實施例3本實施例與實施例1的結構相同，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組成的網格外形輪廓形狀為多邊形。撐桿4的長度應保證下徑向索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。
實施例4
如圖7～圖9所示，本實施例與實施例1的部分結構相同，不同之處在于上層中心壓力環(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。
實施例5本實施例與實施例4的結構相同，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組成的網格外形輪廓形狀為橢圓形。
實施例6本實施例與實施例4的結構相同，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組成的網格外形輪廓形狀為多邊形。
實施例7本實施例與實施例1的結構相同，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構結合了索穹頂和弦支穹頂結構的優(yōu)點，即保證了足夠的剛度又能夠實現張拉整體，支座推力很小，有效降低材料消耗，充分利用材料受拉強度，使內力轉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.根據權利要求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)連接成的網格形式是肋環(huán)形。
3.根據權利要求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)點連接。
4.根據權利要求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)連接成的網格形式是聯(lián)方形。
5.根據權利要求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)點連接。
6.根據權利以要求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.根據權利以要求1所述的索桿弦支穹頂，其特征在于上層結構的外輪廓形狀可以為圓形或橢圓形或多邊形。
8.根據權利以要求1或權利要求7所述的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.根據權利以要求1或權利要求7所述的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。
全文摘要
本發(fā)明涉及建筑領域應用的一種穹頂，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)向索沿環(huán)向閉合布置，上下兩層在邊環(huán)梁處匯交在一起。本發(fā)明結構受力簡潔，壓桿的桿構件穩(wěn)定性和整個結構的整體穩(wěn)定性高，極限承載力大。
文檔編號E04B7/14GK101029522SQ20071006496
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者張愛林, 劉學春, 張慶亮, 王冬梅, 李鵬飛, 鞠曉臣, 王敬仁 申請人:北京工業(yè)大學