車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁組成，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對應(yīng)剛性梁下方的拉索以及設(shè)置在剛性梁與拉索之間且沿拉索布置方向設(shè)置的多根豎向撐桿。本發(fā)明主要以軸向力抵抗外荷載，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量，而剛性梁又可承擔(dān)局部的彎矩，從而使得屋面可采用多種曲面造型，便于采用剛性屋面板，在體育場、足球場等大型公共建筑中具有廣泛的適用性。
【專利說明】
車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)。【背景技術(shù)】
[0002] 1962年美國著名建筑師Fuller提出了由索桿體系組成的張拉整體結(jié)構(gòu)( Tensegrity Systems)的思想。80年代，美國著名工程師Geiger對Fuller的思想進(jìn)行演變和發(fā)展，提出了索穹頂結(jié)構(gòu)體系(Cable Domes)，該體系被成功運(yùn)用于漢城奧運(yùn)會(huì)體育場館 (直徑119.8m和89.8m)、亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館(240mX 193m)等多項(xiàng)工程中。由于真正意義上的張拉整體結(jié)構(gòu)較難在大型結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用，科研工作者轉(zhuǎn)而探索實(shí)用性強(qiáng)的包含張拉整體結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)體系。其中車輻式張拉結(jié)構(gòu)傳力直接、輕盈美觀，被廣泛應(yīng)用于中部開口的非封閉大跨度建筑(如體育場、足球場等)中，如波蘭華沙國家體育場(314m X 280 m)、釜山體育場(180mX152 m)、巴西馬拉卡納體育場(298mX260m)以及國內(nèi)的深圳寶安體育場(230mX 237 m)和佛山世紀(jì)蓮體育場(直徑310m)等。他們的屋蓋無一例外的采用了柔性的輕質(zhì)膜材作為覆蓋材料，膜材雖然具有通透性好、自潔性好等特點(diǎn)，但造價(jià)高、對風(fēng)敏感、易老化、使用壽命小于建筑周期；同時(shí)膜材特有的建筑表現(xiàn)方式，不能完全滿足多樣化的建筑造型需求。剛性屋面(如直立鎖邊板)造價(jià)低、耐久性好、可適應(yīng)各種建筑造型， 是應(yīng)用更為廣泛的屋面材料。然而車輻式張拉結(jié)構(gòu)由于為全索桿體系，導(dǎo)致其難以采用剛性屋面，極大限制了其適用范圍。已有部分專家學(xué)者提出了便于采用剛性屋面的剛?cè)犭s交結(jié)構(gòu)，如張弦結(jié)構(gòu)、弦支穹頂結(jié)構(gòu)，利用撐桿連接上弦抗彎受壓構(gòu)件和下弦抗拉構(gòu)件形成自平衡體系，結(jié)構(gòu)的剛度較大，屋面覆蓋材料的適用范圍更廣。但張弦結(jié)構(gòu)與弦支穹頂結(jié)構(gòu)的上弦均為連續(xù)的剛性體系，如梁、桁架、網(wǎng)殼等，常用于體育館、會(huì)展館等封閉的建筑。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種適用于中部開口的非封閉建筑的新型張拉結(jié)構(gòu)體系，且便于采用剛性屋面的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明技術(shù)的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式:車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁組成，所述剛性梁的兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)連接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對應(yīng)剛性梁下方的拉索以及設(shè)置在剛性梁與拉索之間且沿拉索布置方向設(shè)置的多根豎向撐桿，所述拉索兩端分別與下部內(nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)連接，所述豎向撐桿兩端分別與剛性梁和拉索連接。
[0005]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述剛性梁的兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)鉸接，所述拉索兩端分別與下部內(nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)鉸接，所述豎向撐桿兩端分別與剛性梁和拉索鉸接。
[0006]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其在所述上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架。
[0007]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述斜腹桿兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索鉸接。
[0008]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對應(yīng)配合。
[0009]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對應(yīng)配合。
[0010]本發(fā)明所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對應(yīng)配合。
[0011]本發(fā)明主要以軸向力抵抗外荷載，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量，而剛性梁又可承擔(dān)局部的彎矩，從而使得屋面可采用多種曲面造型，便于采用剛性屋面板，在體育場、足球場等大型公共建筑中具有廣泛的適用性?！靖綀D說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明中上弦剛梁體系的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明中柔性拉索內(nèi)環(huán)體系與下弦張拉索桿體系的連接示意圖。
[0015]圖4是圖1的局部放大圖。
[0016]圖5和圖6是本發(fā)明中豎向撐桿兩端鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖7是本發(fā)明中上部內(nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖8是本發(fā)明中下部內(nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖9是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系輻射式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖10是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系三角式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖11是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系交叉式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。 [〇〇22]圖中標(biāo)記:1為剛性外環(huán)，2a為上部內(nèi)環(huán)索，2b為下部內(nèi)環(huán)索，3為剛性梁，4a為拉索，4b為豎向撐桿，5為環(huán)向桁架。【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。[〇〇24]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。
[0025]如圖1-8所示，車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)1、 設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)1與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁3組成，所述剛性梁3的兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索2a和剛性外環(huán)1鉸接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對應(yīng)剛性梁3下方的拉索4a 以及設(shè)置在剛性梁3與拉索4a之間且沿拉索4a布置方向設(shè)置的多根豎向撐桿4b，所述拉索4a兩端分別與下部內(nèi)環(huán)索2b和剛性外環(huán)1鉸接，所述豎向撐桿4b兩端分別與剛性梁3和拉索 4a鉸接，其中，在所述上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架5,所述斜腹桿兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b鉸接，屋面覆蓋材料設(shè)置于上弦剛梁體系上。
[0026]本發(fā)明的受力原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:該結(jié)構(gòu)體系兼具張拉結(jié)構(gòu)體系與剛性結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)。通過在拉索中施加預(yù)張力，使上下部內(nèi)環(huán)索、下弦拉索、上弦剛性梁受拉，剛性外環(huán)受壓，豎向撐桿受壓，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于一種自平衡的張緊狀態(tài)，具有很好的結(jié)構(gòu)剛度。從整體受力上看，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向下的荷載時(shí)，上弦剛性梁及上部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，下弦拉索及下部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載；當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向上的荷載時(shí)，下弦拉索及下部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，上弦剛性梁及上部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載;若需要進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)剛度，可在上下內(nèi)環(huán)之間布置斜向構(gòu)件，形成內(nèi)環(huán)帶桁架。而從局部受力上看，下弦拉索通過豎向撐桿彈性支撐上弦剛性梁，減小剛性梁的局部彎矩。[〇〇27]如圖9所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對應(yīng)配合;或者，如圖10所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對應(yīng)配合;或者，如圖11所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a 分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對應(yīng)配合。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)(1)、 設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)(1)與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系 之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索(2a)和下 部內(nèi)環(huán)索(2b)組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁(3)組成，所述剛性梁(3)的兩端分別 與上部內(nèi)環(huán)索(2a)和剛性外環(huán)(1)連接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對應(yīng)剛性 梁(3)下方的拉索(4a)以及設(shè)置在剛性梁(3)與拉索(4a)之間且沿拉索(4a)布置方向設(shè)置 的多根豎向撐桿(4b)，所述拉索(4a)兩端分別與下部內(nèi)環(huán)索(2b)和剛性外環(huán)(1)連接，所述 豎向撐桿(4b)兩端分別與剛性梁(3)和拉索(4a)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性梁(3)的兩 端分別與上部內(nèi)環(huán)索(2a)和剛性外環(huán)(1)鉸接，所述拉索(4a)兩端分別與下部內(nèi)環(huán)索(2b) 和剛性外環(huán)(1)鉸接，所述豎向撐桿(4b)兩端分別與剛性梁(3)和拉索(4a)鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述上部內(nèi)環(huán)索 (2a)和下部內(nèi)環(huán)索(2b)之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斜腹桿兩端分別 與上部內(nèi)環(huán)索(2a)和下部內(nèi)環(huán)索(2b)鉸接。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 若干剛性梁(3)和若干拉索(4a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對應(yīng)配合。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 若干剛性梁(3)和若干拉索(4a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對應(yīng)配合。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的車輻式上置剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 若干剛性梁(3)和若干拉索(4a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對應(yīng)配合。
【文檔編號(hào)】E04B7/14GK106088438SQ201610606438
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號(hào)201610606438.3, CN 106088438 A, CN 106088438A, CN 201610606438, CN-A-106088438, CN106088438 A, CN106088438A, CN201610606438, CN201610606438.3
【發(fā)明人】馮遠(yuǎn), 向新岸, 王立維, 姚麗, 吳雨杭, 邱添
【申請人】中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司