專利名稱：具有充氣膜壓桿的桁架體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種桁架結(jié)構(gòu)，具體是一種建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的組合充氣膜結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
膜結(jié)構(gòu)分為張拉結(jié)構(gòu)和充氣結(jié)構(gòu)，充氣膜結(jié)構(gòu)又分為氣承式和氣囊式?，F(xiàn)代意義 的充氣膜結(jié)構(gòu)起源于20世紀初，1917年英國工程師F. W.蘭徹斯特成功地把充氣原理應(yīng)用 到房屋結(jié)構(gòu)中，提出了用鼓風機吹脹膜布用作野戰(zhàn)醫(yī)院的設(shè)想，并申請了專利。1946年，美 國工程師Walter Bird建成第一個現(xiàn)代充氣膜結(jié)構(gòu)——多譜勒雷達穹頂。1970年日本大阪 萬國博覽會上，膜結(jié)構(gòu)被系統(tǒng)地推向世界，開始了剛性結(jié)構(gòu)向柔性結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，建成了大 型充氣膜結(jié)構(gòu)如氣承式的美國館、氣囊式的富士館等，這以后充氣膜結(jié)構(gòu)開始有了廣泛的 應(yīng)用。2002年，瑞士 Airlight公司和EMPA組合結(jié)構(gòu)研究中心的科技人員提出了一種充氣 梁，上翼緣為金屬壓桿，索按照梁的主應(yīng)力跡線布置作為下翼緣，氣囊作為梁的腹板形成了 組合梁，稱為氣撐式張弦梁，申請了多項專利技術(shù)并付諸了工程實踐。
1988年起，天津大學、哈爾濱建筑工程學院、同濟大學以及中國建筑科學研究院 等逐漸對薄膜結(jié)構(gòu)進行研究，并建成了長沙世界之窗劇場、深圳華僑城網(wǎng)球場、青島頤中體 育場、上海八萬人體育場等一批張拉膜結(jié)構(gòu)，張拉膜結(jié)構(gòu)在我國率先發(fā)展起來，應(yīng)用日益廣 泛。隨著膜材及加工技術(shù)的進步，氣承式膜結(jié)構(gòu)近年才得以較多的應(yīng)用。最早的如1995年 在北京順義建造的游泳館，以后有天津市規(guī)劃展覽館、北京朝陽公園羽毛球館等均為氣承 式膜結(jié)構(gòu)。而氣囊式膜結(jié)構(gòu)直至2008年，在國家游泳中心“水立方”和國家體育場“鳥巢” 頂部火炬庫工程中，弓I入國外技術(shù)才得以應(yīng)用于工程。
綜上所述，充氣膜結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用，以氣承式和氣囊式兩種結(jié)構(gòu)形式 為主。氣承式主要是靠膜面內(nèi)外的氣體壓力差成形，施加預(yù)張力和保持穩(wěn)定，承載力低，穩(wěn) 定性差。氣囊式膜結(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)，如日本的富士館、國家體育場“鳥巢”頂部的火炬庫工 程，用氣囊式拱作為承重結(jié)構(gòu)，但是承載力小，只能用于自承重的維護結(jié)構(gòu)；國家游泳中心 “水立方”是氣枕式膜結(jié)構(gòu)，屬于氣囊式膜結(jié)構(gòu)，但氣枕依附于骨架結(jié)構(gòu)上，屬于維護結(jié)構(gòu)， 同樣承載能力很小；氣撐式張弦梁，屬于一種改進的組合梁，跨度和承載能力很大，但上部 受壓翼緣仍為勁性金屬構(gòu)件，氣囊是橫向承壓僅作為上翼緣的橫向支撐以提高其穩(wěn)定性， 這就使得整個梁的設(shè)計、加工、運輸和安裝變得復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，采用小桿件拼出大跨度結(jié)構(gòu)的思想，將氣囊用 作結(jié)構(gòu)中的受壓桿件，提出一種具有充氣膜壓桿的桁架體系，此種結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、便攜，安 裝、拆卸方便的特點，可應(yīng)用于臨時橋梁、屋蓋、舞臺等結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
為了達到上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
具有充氣膜壓桿的桁架體系，其特征在于所述的桁架體系為柔性材料拼裝成的 結(jié)構(gòu)體系。充氣膜壓桿1、預(yù)應(yīng)力拉索2組成單榀桁架3，在單榀桁架3中，上弦桿和豎向腹桿為充氣膜壓桿1，斜向腹桿和下弦桿為預(yù)應(yīng)力拉索2，上弦桿和豎向腹桿組成“T”字型。
所述的桁架體系，充氣膜壓桿I材料為具有氣密性的PVC膜材，桿件充氣后才能有 相應(yīng)的抗壓剛度。
所述的桁架體系，充氣膜壓桿I充氣后為管狀桿件。
所述的桁架體系，充氣膜壓桿I的內(nèi)壓范圍為150KPa 200KPa，并在預(yù)應(yīng)力拉索 2的索頭處設(shè)置調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力拉索2長度的調(diào)節(jié)螺桿。內(nèi)壓的大小根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力要求而定， 內(nèi)壓不同，結(jié)構(gòu)所具有的剛度也不同。在承載力滿足要求的情況下，為了使充氣桿件的內(nèi)壓 盡可能小，同時結(jié)構(gòu)又能有足夠的剛度，以滿足結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的要求，可以通過調(diào) 節(jié)預(yù)應(yīng)力拉索2索頭處的調(diào)節(jié)螺桿，用以改變拉索的長度，進而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的起拱高度，以滿 足結(jié)構(gòu)的撓度要求。所述的桁架體系，組成單榀桁架3的桿件以桁架中部的充氣膜壓桿I 為對稱軸呈軸對稱。
所述的桁架體系，組成單榀桁架3的桿件只有充氣膜壓桿1、預(yù)應(yīng)力拉索2，且桿件 之間用鉸接節(jié)點連接。
本發(fā)明的桁架體系，在自重和外荷載作用下，每個桿件所受軸力始終不變號，充氣 膜壓桿I為受壓桿件，預(yù)應(yīng)力拉索2為受拉桿件。
本發(fā)明的桁架體系，具有構(gòu)造簡單，桿件規(guī)格統(tǒng)一，傳力明確，材料新穎，同時有便 攜、拆裝方便的特點。此種結(jié)構(gòu)最突出的特點是，整個體系除了連接節(jié)點外，構(gòu)件材料皆為 柔性材料，真正做到便攜易裝，可重復(fù)使用。


圖1為本發(fā)明的立體軸測圖。
圖2為本發(fā)明的正立面圖。
圖中1-充氣膜壓桿；2_預(yù)應(yīng)力拉索；3_單榀桁架。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1、圖2對本發(fā)明做進一步說明如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括充氣膜 壓桿1、預(yù)應(yīng)力拉索2組成單榀桁架3。充氣膜壓桿I材料為具有氣密性的柔性膜材，充氣 后才能有相應(yīng)的剛度，充氣后為管狀桿件。單榀桁架3上弦桿與豎向腹桿呈“T”字型且組 成“T”字型上弦桿和腹桿腹桿皆為充氣膜壓桿1，斜向腹桿和下弦桿為預(yù)應(yīng)力拉索2，在此 桁架中所有的桿件以桁架中部的充氣膜壓桿I為對稱軸呈軸對稱。單榀桁架3中桿件和桿 件間通過鉸接節(jié)點連接，組裝過程中，通過調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力拉索2的長度來調(diào)節(jié)桁架的起拱高 度，以滿足結(jié)構(gòu)使用時的撓度要求。桁架一端采用固定鉸支座，另一端采用可動鉸支座。
權(quán)利要求
1.具有充氣膜壓桿的桁架體系，其特征在于所述的桁架體系為柔性材料拼裝成的結(jié)構(gòu)體系，包括充氣膜壓桿(I)、預(yù)應(yīng)力拉索(2)組成單榀桁架(3)，單榀桁架拼裝成整體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于充氣膜壓桿 (I)采用具有氣密性的柔性膜材制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于充氣膜壓桿(1)充氣后為管狀承壓桿件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于預(yù)應(yīng)力拉索(2)的長度可調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于單榀桁架(3) 的上弦桿與豎向的腹桿呈“T”字型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于組成“T”字型的上弦桿和豎向的腹桿皆為充氣膜壓桿(I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于組成單榀桁架(3)的桿件以桁架中部的充氣膜壓桿(I)為對稱軸呈軸對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有充氣膜壓桿的新型桁架體系，其特征在于組成單榀桁架(3 )的桿件皆為充氣膜壓桿(I)、預(yù)應(yīng)力拉索(2 )。
全文摘要
本發(fā)明為具有充氣膜壓桿的桁架體系，屬于新體系范疇。采用小桿件拼出大跨度結(jié)構(gòu)的思想，提出了用柔性材料構(gòu)造承重結(jié)構(gòu)的新思路，基于充氣膜壓桿構(gòu)造桁架體系。在此結(jié)構(gòu)中，用充氣壓桿作為受壓桿件，索作為受拉桿件。充氣膜壓桿在不充氣的狀態(tài)下為柔性的桿件，充氣后為具有抗壓剛度的勁性桿件，其抗壓剛度依充氣膜壓桿的直徑和內(nèi)部氣壓而定。整個結(jié)構(gòu)體系用柔性材料通過鉸接節(jié)點拼裝而成，充氣后勁性的充氣膜壓桿配合柔性預(yù)應(yīng)力拉索共同工作。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是真正便攜、易裝的輕型桁架結(jié)構(gòu)，特別適用于需要快速移動、即裝即用的場合，可作為屋蓋結(jié)構(gòu)，臨時性橋梁等，對于抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建具有特別重要的意義。
文檔編號E04B1/34GK102995747SQ20121052074
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者張毅剛, 劉魯, 向陽, 谷強, 王振, 韓中良 申請人:北京工業(yè)大學