專利名稱：具有緩和功能的葵花型索穹頂體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及建筑領(lǐng)域一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。具體是 由邊環(huán)梁，中心內(nèi)拉環(huán)，豎直撐桿，葵花形布置的脊索，斜索，環(huán)索以及緩和 裝置組成的一種張力結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景索穹頂結(jié)構(gòu)是美國工程師Gerger發(fā)展和推廣Fuller張拉整體結(jié)構(gòu)思想后實 現(xiàn)的一種新型預(yù)應(yīng)力大跨結(jié)構(gòu)，它體現(xiàn)了 Fuller關(guān)于"壓力的孤島存在于拉力 的海洋中"的思想，是一種結(jié)構(gòu)效率極高的全張力體系。面對目前日益廣泛的 張力結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合其自身的特點，研究一種能夠隨著外部作用變化而對結(jié)構(gòu) 自身進行調(diào)節(jié)，最終達到自適應(yīng)和自調(diào)節(jié)功能的結(jié)構(gòu)一直是人們的一個美好夢 想。上世紀(jì)80年代英國學(xué)者提出了荷載緩和體系(Load Relieving System)的 概念，并將其運用于一個索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的垃圾場中，引起了人們的關(guān)注。發(fā)明一種 構(gòu)造簡單，傳力明確，剛度合適的荷載緩和裝置，以實現(xiàn)葵花型索穹頂?shù)暮奢d 緩和功能是極有意義的。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。它具有邊環(huán)梁、中心內(nèi)拉環(huán)、豎直撐桿、脊索、斜索、環(huán)索以及緩和裝置； 由4根脊索鉸接成菱形狀單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網(wǎng)格，最內(nèi)層 菱形狀單元對角點與中心內(nèi)拉環(huán)鉸接，最外層菱形狀單元的對角點與邊環(huán)梁錨 接，豎直撐桿上端與脊索一端鉸接，豎直撐桿下端與斜索的一端鉸接，斜索的 另一端與脊索另一端鉸接，最外側(cè)斜索與邊環(huán)梁錨接，在豎直撐桿與斜索的連 接處還連接有環(huán)索，環(huán)索沿環(huán)向閉合布置，最外側(cè)斜索與邊環(huán)梁錨接處設(shè)置荷 載緩和裝置。所述的中心內(nèi)拉環(huán)標(biāo)高最高，豎直撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，沿徑向由內(nèi) 向外遞減。脊索、斜索和環(huán)索為預(yù)應(yīng)力拉索。邊環(huán)梁為承壓邊環(huán)梁。荷載緩 和裝置由彈性鋼板、錨固件和預(yù)埋光滑鋼板組成。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是l)結(jié)構(gòu)形式美觀，呈葵花形；2) 自重輕，結(jié)構(gòu)構(gòu)件較少；3) 本結(jié)構(gòu)可采用受拉性能優(yōu)越的高強度拉索和受壓性能優(yōu)越的混凝土環(huán)梁，充分發(fā)揮這兩種材料各自的特性；4) 受力性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力提供剛度，拉索始終處于受拉狀態(tài)，受壓 桿件數(shù)量少，充分發(fā)揮材料了的強度；5) 荷載緩和裝置構(gòu)造簡單，傳力明確，可以通過不同厚度不同長度的規(guī)格 化彈性鋼板的組合獲得所需的任意較大的彈性剛度；6) 在緩和裝置調(diào)節(jié)下，結(jié)構(gòu)體系能夠產(chǎn)生一種荷載自適應(yīng)效果，相同荷載 作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力較沒有緩和裝置時下降了約20%;7) 對于突發(fā)的大荷載，緩和裝置可以吸收一部分能量，減少荷載的沖擊作 用，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形來實現(xiàn)自我保護，在一定程度上可避免結(jié)構(gòu)倒塌。


圖1為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系三維軸測圖； 圖2為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系上層葵花形脊索等軸測圖； 圖3為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系下層斜索、豎直撐桿、環(huán)索等軸 測圖；圖4為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系平面示意圖； 圖5為具有緩和功能的葵花型索穹頂體系剖面示意圖； 圖6為荷載緩和裝置平面示意圖； 圖7為荷載緩和裝置立面示意圖； 圖8算例1中斜索(XS4)內(nèi)力變化曲線； 圖9算例1中環(huán)索(HS3)內(nèi)力變化曲線。
具體實施方式
具有緩和功能的葵花型索穹頂體系具有邊環(huán)梁l、中心內(nèi)拉環(huán)2、豎直撐 桿3，脊索4、斜索5、環(huán)索6以及緩和裝置7;由4根脊索4鉸接成菱形狀 單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網(wǎng)格，最內(nèi)層菱形狀單元對角點與中心 內(nèi)拉環(huán)2鉸接，最外層菱形狀單元的對角點與邊環(huán)梁l錨接，豎直撐桿3上端 與脊索4 一端鉸接，豎直撐桿3下端與斜索5的一端鉸接，斜索5的另一端與 脊索4另一端鉸接，最外側(cè)斜索5與邊環(huán)梁1錨接，在豎直撐桿3與斜索5 的連接處還連接有環(huán)索6，環(huán)索6沿環(huán)向閉合布置，最外側(cè)斜索5與邊環(huán)梁1 錨接處設(shè)置荷載緩和裝置7。所述的中心內(nèi)拉環(huán)2標(biāo)高最高，豎直撐桿3頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減。脊索4、斜索5和環(huán)索6為預(yù)應(yīng)力拉索。邊環(huán)梁1為承壓邊環(huán)梁。 荷載緩和裝置7由彈性鋼板8、錨固件9和預(yù)埋光滑鋼板10組成。具有緩和功能的葵花型索穹頂體系由不同性能的材料組合而成。邊環(huán)梁為 受壓環(huán)梁，可利用下部結(jié)構(gòu)柱頂圈梁， 一般為鋼筋混凝土梁，剛度大，受壓性 能好，施工也方便，斜索和脊索的錨固用的鋼板可預(yù)埋在該梁上，張拉操作空 間寬敞，操作方便。脊索、斜索、環(huán)索可采用高強鋼絲，鋼絞線，鋼絲繩等。 拉索施工時，首先要確定其零應(yīng)力狀態(tài)下的長度，即所謂的張力結(jié)構(gòu)找形，然 后加工索頭、錨具和豎直撐桿，在實際施工中，拉索的初始預(yù)應(yīng)力值與設(shè)計值 仍有可能出現(xiàn)較大的差距，所以豎直撐桿可以設(shè)計為長度可調(diào)節(jié)的構(gòu)件，拉索 之間的連接可采用螺桿索頭，方便安裝和施工成型。結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝配完畢后，結(jié) 構(gòu)仍處于無應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)余下的小部分索張拉到位時，結(jié)構(gòu)成形并具有剛度， 可承受外部荷載作用。緩和裝置由彈性鋼板、錨固件和預(yù)埋光滑鋼板組成，彈 性鋼板可采用汽車普遍采用的彎曲減震鋼板，根據(jù)所需要的剛度，由不同厚度 和長度的彎曲鋼板組合而成。 下面給出一具體算例。算例l: 一個跨度為50m，承受軸對稱荷載作用的葵花型索穹頂，結(jié)構(gòu)的平面 圖和剖面圖如圖4、 5所示，在剖面圖中的豎向豎直撐桿高度分別為1.3m、 2.4m、 3.6m、 5.0m。該穹頂各拉索的截面積A和初始預(yù)應(yīng)力F。見表1，拉索 的彈性模量為1.8X10"MPa，壓桿的彈性模量為2.06X10"MPa，采用的緩和 裝置的彈簧單元的彈性剛度為9.0X103kN/m，可由不同規(guī)格的彈簧鋼板組合 而成。首先對該結(jié)構(gòu)施加初始預(yù)應(yīng)力(即施工張拉完成時，僅有自重的情況) 作為零級荷載，然后依次施加五級荷載豎向均布荷載q = 0.2kN/m2'， 0.4 kN/m2， 0.6kN/m2， 0.8 kN/m2， 1.0kN/m2，計算無緩和裝置和施加緩和裝置時 構(gòu)件的內(nèi)力變化。附圖5、 6、 7、 8分別是斜索(XS4)，環(huán)索(HS3)內(nèi)力變化曲 線。計算結(jié)果表明，該體系在緩和裝置調(diào)節(jié)下，能夠產(chǎn)生一種荷載自適應(yīng)效 果，相同荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力較沒有緩和裝置時下降了約20%。 從算例可見，本發(fā)明的效果是顯著的，方案是可行的。表1:拉索JS1JS2JS3JS4XS1XS2XS3XS4HS1HS2HS3A/cm28.854.434.434.434.912.462.464.434.918.8511.8FO/kN85.662.6113.6217.428.534.663125157.7254.5438.4權(quán)利要求1.一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征在于它具有邊環(huán)梁(1)，中心內(nèi)拉環(huán)(2)、豎直撐桿(3)、脊索(4)、斜索(5)、環(huán)索(6)以及緩和裝置(7)；由4根脊索(4)鉸接成菱形狀單元，由多個菱形狀單元對接成葵花形網(wǎng)格，最內(nèi)層菱形狀單元對角點與中心內(nèi)拉環(huán)(2)鉸接，最外層菱形狀單元對角點與邊環(huán)梁(1)錨接，豎直撐桿(3)上端與脊索(4)一端鉸接，豎直撐桿(3)下端與斜索(5)的一端鉸接，斜索(5)的另一端與脊索(4)另一端鉸接，最外側(cè)斜索(5)與邊環(huán)梁(1)錨接，在豎直撐桿(3)與斜索(5)的連接處還連接有環(huán)索(6)，環(huán)索(6)沿環(huán)向閉合布置，最外側(cè)斜索(5)與邊環(huán)梁(1)錨接處設(shè)置荷載緩和裝置(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征 在于所述的中心內(nèi)拉環(huán)(2)標(biāo)高最高，豎直撐桿(3)頂部標(biāo)高環(huán)向相同，沿徑 向由內(nèi)向外遞減。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征 在于所述的脊索(4)、斜索(5)和環(huán)索(6)為預(yù)應(yīng)力拉索。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征 在于，所述的邊環(huán)梁(l)為承壓邊環(huán)梁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征 在于，所述的荷載緩和裝置(7)是彈性體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系，其特征 在于，所述的荷載緩和裝置(7)由彈性鋼板(8)、錨固件(9)和預(yù)埋光滑鋼板(10) 組成。
專利摘要本實用新型公開了一種具有緩和功能的葵花型索穹頂體系。它由有邊環(huán)梁、中心內(nèi)拉環(huán)、豎直撐桿、脊索、斜索、環(huán)索以及緩和裝置組成；脊索呈葵花形布置，最內(nèi)層脊索與中心內(nèi)拉環(huán)鉸接，最外層脊索與邊環(huán)梁錨接，豎直撐桿上端與脊索一端鉸接，豎直撐桿下端與斜索的一端鉸接，斜索的另一端與脊索另一端鉸接，最外側(cè)斜索與邊環(huán)梁錨接，在豎直撐桿與斜索的連接處還連接有環(huán)索，環(huán)索沿環(huán)向閉合布置，最外側(cè)斜索與邊環(huán)梁錨接處設(shè)置荷載緩和裝置。荷載緩和裝置由彈性鋼板、錨固件和預(yù)埋光滑鋼板組成。本實用新型結(jié)構(gòu)形式美觀，受力性能優(yōu)越，在緩和裝置調(diào)節(jié)下，能夠產(chǎn)生荷載自適應(yīng)效果，相同荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力較沒有緩和裝置時下降了約20％。
文檔編號E04B1/32GK201172904SQ20082008572
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者付智強, 應(yīng)金良, 王昌洪, 馬洪步, 高博青 申請人:晟元集團有限公司;浙江大學(xué)