一種正方形剛性索穹頂結構制造技術

本發明專利技術公開了一種正方形剛性索穹頂結構。剛性桿件為相互垂直網格，并在一個上凸雙曲面上，網格周邊設有邊環梁，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿件網格節點以及周邊剛性桿件的網格節點下設有與地面垂直的豎直撐桿，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的網格節點與內側相鄰豎直撐桿下端連有斜索，邊環梁與剛性桿件的節點與內側相鄰豎直撐桿的下端連有斜索，水平對稱軸和垂直對稱軸上的豎直撐桿下端連成正方形的下弦拉索，周邊的豎直撐桿下端相鄰節點之間連有下弦拉索，并在四角設置下弦拉索。本發明專利技術結構形式簡潔，受力性能優越，結構的承載力和穩定性都比相同跨度和矢跨比的張弦梁有較大提高，變形趨于平緩，同時節省空間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建筑領域，尤其涉及一種正方形剛性索穹頂結構。
技術介紹
索穹頂(Cable Dome)結構是美國工程師Geiger發展和推廣Fuller張拉整體思 想后實現的一種新型預張力大跨結構，它體現了 Fuller關于“壓力的孤島存在于拉力的海 洋中”的思想，是一種結構效率極高的全張力體系。從結構形式上看，Geiger設計的肋環型 索穹頂和Levy設計的葵花型索穹頂是現有索穹頂結構的兩種主要形式。肋環型索穹頂結 構主要由徑向脊索、徑向斜索、環索以及豎壓桿組成，并支撐于周邊受壓環梁上。肋環型索 穹頂結構的平面外剛度較小，在不對稱荷載的作用下，結構容易出現失穩現象，此外，還存 在著脊索容易退出工作等不足。葵花型索穹頂結構主要是把輻射狀布置的脊索改為聯方型 布置，這就較好地解決了肋環型索穹頂存在的平面外剛度不足、容易失穩的問題，但目前的 索穹頂結構還仍然存在以下問題脊索容易退出工作，結構平面只局限于圓形和橢圓形等 缺點。因此，研究一種正方形平面，承載力高、穩定性強的索穹頂結構是急需解決的關鍵問 題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種正方形剛性索穹頂結構。正方形剛性索穹頂結構中的剛性桿件為相互垂直網格，并在一個上凸雙曲面上， 剛性桿件的網格周邊設有邊環梁，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿件網格節點以及 周邊剛性桿件的網格節點下設有與地面垂直的豎直撐桿，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的 剛性桿件的網格節點與其內側相鄰豎直撐桿下端連有斜索，邊環梁與剛性桿件的節點與其 內側相鄰豎直撐桿的下端連有斜索，水平對稱軸和垂直對稱軸上的豎直撐桿下端連成正方 形的下弦拉索，網格周邊的豎直撐桿下端相鄰節點之間連有下弦拉索，豎直撐桿下端第一 節點與豎直撐桿下端第二節點之間連有下弦拉索，豎直撐桿下端第三節點與豎直撐桿下端 第四節點之間連有下弦拉索，豎直撐桿下端第五節點與豎直撐桿下端第六節點之間連有下 弦拉索，豎直撐桿下端第七節點與豎直撐桿下端第八節點之間連有下弦拉索。所述的剛性桿件相互之間的連接為剛性連接。所述的豎直撐桿與剛性桿件之間為 鉸接連接，豎直撐桿與下弦拉索之間為鉸接連接。所述的下弦拉索、斜索為施加預應力的拉 索。本專利技術與現有技術相比具有的有益效果是1)結構形式簡潔，提供了可為正方形平面應用的剛性索穹頂；2)自重輕，結構構件少；3)充分發揮高強度材料的性能，本結構可采用受拉性能優越的高強度拉索和受壓 性能優越的混凝土環梁，充分發揮這兩種材料各自的特性；4)將脊索換成剛性桿件，使結構的承載能力和穩定性都有了較大提高；5)避免了位移變化突然增大的現象，使曲面的變形更加均勻，最大位移有所減小。6)與相應的張弦梁相比，建筑的中部空間大大提高，解決了張弦梁這一影響使用 功能的問題。附圖說明圖1為正方形剛性索穹頂結構的三維軸測圖；圖2為正方形剛性索穹頂結構剛性桿件、豎壓桿及環梁的示意圖；圖3為正方形剛性索穹頂結構的斜索及下弦拉索示意圖；圖4為本專利技術的實施例剖面圖；圖5為與本專利技術相比較的張弦梁算例剖面圖；圖6為本專利技術與張弦梁的上弦節點布置圖；圖7為本專利技術實施例在豎直向下均布荷載作用下的荷載-位移圖；圖8為張弦梁在豎直向下均布荷載作用下的荷載-位移圖。具體實施例方式如圖1所示，正方形剛性索穹頂結構中的剛性桿件1為相互垂直網格，并在一個上 凸雙曲面上，剛性桿件1的網格周邊設有邊環梁5，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿 件1網格節點以及周邊剛性桿件1的網格節點下設有與地面垂直的豎直撐桿3，在水平對稱 軸和垂直對稱軸上的剛性桿件1的網格節點與其內側相鄰豎直撐桿3下端連有斜索4，邊環 梁5與剛性桿件1的節點與其內側相鄰豎直撐桿3的下端連有斜索4，水平對稱軸和垂直對 稱軸上的豎直撐桿3下端連成正方形的下弦拉索2，網格周邊的豎直撐桿3下端相鄰節點之 間連有下弦拉索2，豎直撐桿3下端第一節點11與豎直撐桿3下端第二節點12之間連有 下弦拉索2，豎直撐桿3下端第三節點13與豎直撐桿3下端第四節點14之間連有下弦拉 索2，豎直撐桿3下端第五節點15與豎直撐桿3下端第六節點16之間連有下弦拉索2，豎 直撐桿3下端第七節點17與豎直撐桿3下端第八節點18之間連有下弦拉索2。所述的剛性桿件1相互之間的連接為剛性連接。所述的豎直撐桿3與剛性桿件1 之間為鉸接連接，豎直撐桿3與下弦拉索2之間為鉸接連接。所述的下弦拉索2、斜索4為 施加預應力的拉索。正方形剛性索穹頂結構是脊索改為剛性桿件的新型索穹頂體系，它由不同強度的 材料組合而成。其中，邊環梁為受壓邊環梁，可利用結構柱頂圈梁，一般為鋼筋混凝土梁，剛 度大，受壓性能好，施工也方便，與其相連的斜索和剛性桿件的錨固件可預埋在該梁上，張 拉操作空間寬敞，操作方便。斜索和環索可采用高強鋼絲、鋼絞線或鋼絲繩等，剛性桿件和 豎直撐桿可采用型鋼。拉索施工時，首先要確定其零應力狀態下的長度，加工索頭、錨具。索 與索連接、索與梁連接的節點已有許多形式可選擇。結構的構件裝配完畢后，結構仍處于無 應力狀態，當余下的小部分索張拉到位時，結構成形，可承受外部荷載作用。下面給出一具體實施例。正方形剛性索穹頂結構，跨度為48m，矢高3m，承受軸對稱均布荷載P，如圖4所示， 豎直撐桿高度為均為3m，截面積均為48. 70cm2。索截面面積為14. 33cm2,剛性桿件截面積 為43. 23cm2,拉索的彈性模量為1. 85enPa,剛性桿件的彈性模量為2. 06#1^。與相同跨度和矢跨比的張弦梁進行比較，如圖5所示，圖中尺寸單位為米。在兩結構用鋼量基本相同情 況下，端部斜索XS3的預應力設為1000kN，兩者的計算結果如圖7、8所示。從圖7、8可以看 出，正方形剛性索穹頂的節點位移變化較為均勻，整個結構變形更為平穩，且最大位移也要 較張弦梁結構小，更為重要的是正方形剛性索穹頂結構大大提高了建筑空間，本例中建筑 中部凈空增加了 :3m。權利要求1.一種正方形剛性索穹頂結構，其特征在于剛性桿件(1)為相互垂直網格，并在一個 上凸雙曲面上，剛性桿件(1)的網格周邊設有邊環梁(5)，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的 剛性桿件(1)網格節點以及周邊剛性桿件(1)的網格節點下設有與地面垂直的豎直撐桿 (3)，在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿件(1)的網格節點與其內側相鄰豎直撐桿(3) 下端連有斜索G)，邊環梁(5)與剛性桿件⑴的節點與其內側相鄰豎直撐桿(3)的下端連 有斜索G)，水平對稱軸和垂直對稱軸上的豎直撐桿C3)下端連成正方形的下弦拉索0)， 網格周邊的豎直撐桿( 下端相鄰節點之間連有下弦拉索O)，豎直撐桿( 下端第一節點 (11)與豎直撐桿C3)下端第二節點(1 之間連有下弦拉索O)，豎直撐桿C3)下端第三節 點(1 與豎直撐桿C3)下端第四節點(14)之間連有下弦拉索O)，豎直撐桿C3)下端第五 節點(1 與豎直撐桿C3)下端第六節點16之間連有下弦拉索O)，豎直撐桿C3)下端第七 節點(17)與豎直撐桿(3)下端第八節點(18)之間連有下弦拉索(2)。2.根據權利要求1所述的一種正方形剛性索穹頂結構，其特征在于所述的剛性桿件 (1)相互之間的連接為剛性連接。3.根據權利要求1所述的一種正方形剛性索穹頂結構，其特征在于所述的豎直撐桿 ⑶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種正方形剛性索穹頂結構，其特征在于剛性桿件（１）為相互垂直網格，并在一個上凸雙曲面上，剛性桿件（１）的網格周邊設有邊環梁（５），在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿件（１）網格節點以及周邊剛性桿件（１）的網格節點下設有與地面垂直的豎直撐桿（３），在水平對稱軸和垂直對稱軸上的剛性桿件（１）的網格節點與其內側相鄰豎直撐桿（３）下端連有斜索（４），邊環梁（５）與剛性桿件（１）的節點與其內側相鄰豎直撐桿（３）的下端連有斜索（４），水平對稱軸和垂直對稱軸上的豎直撐桿（３）下端連成正方形的下弦拉索（２），網格周邊的豎直撐桿（３）下端相鄰節點之間連有下弦拉索（２），豎直撐桿（３）下端第一節點（１１）與豎直撐桿（３）下端第二節點（１２）之間連有下弦拉索（２），豎直撐桿（３）下端第三節點（１３）與豎直撐桿（３）下端第四節點（１４）之間連有下弦拉索（２），豎直撐桿（３）下端第五節點（１５）與豎直撐桿（３）下端第六節點１６之間連有下弦拉索（２），豎直撐桿（３）下端第七節點（１７）與豎直撐桿（３）下端第八節點（１８）之間連有下弦拉索（２）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李志安，高博青，岑迪欽，
申請(專利權)人：杭州華東鋼結構制造有限公司，浙江大學，
類型：發明
國別省市：86[]