CN107386513A - 一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，由分别设置在上层和下层的大开口型网壳结构和索杆体系构成，大开口型网壳结构由径向杆和纬向杆组成；索杆体系由环索、撑杆、径向拉杆和拉索节点组成，大开口型网壳结构和索杆体系的交界处形成有杆件节点和支座节点；径向杆沿环向闭合布置，径向杆在穹顶结构开口处与所述纵向杆相连并相交于所述杆件节点；环索与所述径向拉杆的交点为所述拉索节点，径向拉杆和撑杆的上端与杆件节点相连，下端与拉索节点相连。本发明结构能够充分发挥弦支穹顶结构中索杆体系和单层网壳复合的优势，达到方便加工和制作，降低施工难度的效果，有效解决上述现有体系用于大型体育场屋盖中各自存在的问题。

Description

一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构

技术领域

本发明属于建筑结构领域，涉及一种大跨场馆建筑屋盖结构，更具体地说涉及一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构。

背景技术

目前已建和在建的体育场屋盖常用的结构主要有网壳结构、悬挑桁架和索网结构这三种形式。这三种结构在使用过程中存在各自的特点与适用性。

网壳结构一般刚度较大，跨越能力强，结构整体性好，杆件和节点加工制作方便，施工安装难度低，因此常常被用于各类大跨度结构中。但是，网壳结构一般杆件较多，美观性较差，支座处水平反力大，且对下部结构设计负担大；当采用焊接球节点时，现场焊接量大。

悬挑桁架结构应用于多个体育场建筑中。它一般造型简洁美观，可以在工厂中进行结构单元预拼装，现场焊接量较小。但在这种结构中，悬挑桁架之间要通过设置较多的支撑和系杆以提高结构整体性；同时在施工过程中，往往受场地条件限制，需要较大吨位的起重设备。

索网结构是一种柔性空间全张力结构，简洁美观，空间跨越能力强，在最近几年建设的多个体育场等大跨度建筑中得以应用。在该体系中，为实现结构所需的刚度，索内一般需要施加较大的预拉力，使得拉索节点传力复杂；当拉索段间不平衡力较大时，拉索节点构造复杂，对施工张拉工艺和结构成型过程要求高，一般需要专门的预应力施工单位完成施工张拉。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，该结构可以避免网壳用于体育场屋盖时存在的支座水平向力较大的问题，避免悬挑桁架用于体育场时结构整体性较差的问题，避免索网结构用于体育场屋盖时存在的节点构造和施工张拉工艺复杂的问题，从而能够充分发挥弦支穹顶结构中索杆体系和单层网壳复合的优势，达到方便加工和制作，降低施工难度的效果，有效解决上述现有体系用于大型体育场屋盖中各自存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，由分别设置在上层和下层的大开口型网壳结构和索杆体系构成，所述大开口型网壳结构由径向杆和纬向杆组成；所述索杆体系由环索、撑杆、径向拉杆和拉索节点组成，所述大开口型网壳结构和索杆体系的交界处形成有杆件节点和支座节点；

所述径向杆沿环向闭合布置，所述径向杆在穹顶结构开口处与所述纵向杆相连并相交于所述杆件节点；所述环索与所述径向拉杆的交点为所述拉索节点，所述径向拉杆和撑杆的上端与杆件节点相连，下端与拉索节点相连。

进一步的，弦支穹顶结构的平面投影为空心椭圆环或空心圆环。弦支穹顶结构的平面投影的长轴外侧直径至少为150m，短轴外侧直径至少为100m。

进一步的，所述撑杆的上端与2～4根径向杆、2根纬向杆及2根以下径向拉杆相连。

进一步的，所述撑杆的下端与2根环索和2根径向拉杆相连。

进一步的，所述索杆体系内设有至少一圈环索和至少一圈撑杆，每圈撑杆至少设置3根，位于最内圈的撑杆彼此之间由径向拉杆相连。

进一步的，所述大开口型网壳结构和索杆体系在支座节点处交汇。大开口型网壳结构内的节点采用铸钢节点或焊接空心球节点。

进一步的，所述径向杆、纬向杆和撑杆由方形钢管或圆形钢管构成；所述环索采用钢丝束或钢绞线；所述径向拉杆采用钢拉杆。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明穹顶结构为自平衡结构体系，下部结构设计负担较小，对支座要求相对较低，施工过程得以简化；

(2)本发明穹顶结构的上部网壳结构可以提高屋盖结构的整体性；

(3)本发明穹顶结构作为一种刚柔并济的复合结构体系，可以减少下部结构环索中施加的预应力，同时拉索节点构造大幅简化；

(4)本发明穹顶结构最大限度地利用了压弯构件和抗拉构件两种结构材料的特性，能够利用尽量少的材料建造大跨度结构；

(5)本发明穹顶结构容易选择屋面材料，可以采用刚性材料覆盖屋面，比索网结构中采用的膜材相对便宜，可以减少整体工程造价；

(6)本发明穹顶结构相比网壳结构，拉杆数量大大减少，美观性突出。

附图说明

图1为本发明的三维立体线框结构示意图；

图2为本发明的索杆体系的结构示意图；

图3为本发明的三维立体结构示意图；

图4为本发明的大开口型网壳结构的平面结构示意图；

图5为本发明弦支穹顶结构的剖视结构示意图。

附图标记：1-径向杆，2-纬向杆，3-环索，4-撑杆，5-径向拉杆，6-杆件节点，7-拉索节点，8-支座节点

具体实施方式

为了进一步了解本发明的内容、特点及效果，举以下实例，并详细说明：

请参阅图1至图5，一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构体系。本发明包括分别设在上层的大开口型网壳结构和下层的索杆体系结构两部分。本实施例中大开口型网壳结构为单层，由径向杆1和纬向杆2组成；径向杆1在杆件节点6处和纬向杆2相连；上层网壳结构采用Kiewitt8+联方型球面网壳结构。下层索杆体系由环索3、撑杆4、径向拉杆5和拉索节点7组成；环索3沿环向闭合布置；撑杆4的上端和杆件节点6相连，下端与拉索节点7相连；径向拉杆5有的两根为一组，呈放射状，尖端和拉索节点7相连，尾部和杆件节点6或支座节点8相连，有的一根一组，跟拉索节点7、杆件节点6或支座节点8相连。

具体的，本实施例中环索3有2圈，每圈高度都不相同，材质为高强钢丝束。弦支穹顶结构的平面投影的长轴外侧直径L1为150m，短轴外侧直径L2为100m。

撑杆4有2圈，每圈撑杆长度相近，材料为强度Q345B的圆钢管。

具体的，本发明大跨度弦支穹顶结构的杆件节点6、拉索节点7和支座节点8采用铸钢节点或焊接空心球节点。径向杆1和纬向杆2采用材料强度为Q345B的圆钢管。径向拉杆5采用钢拉杆。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，由分别设置在上层和下层的大开口型网壳结构和索杆体系构成，所述大开口型网壳结构由径向杆(1)和纬向杆(2)组成；所述索杆体系由环索(3)、撑杆(4)、径向拉杆(5)和拉索节点(7)组成，所述大开口型网壳结构和索杆体系的交界处形成有杆件节点(6)和支座节点(8)；

所述径向杆(1)沿环向闭合布置，所述径向杆(1)在穹顶结构开口处与所述纵向杆(2)相连并相交于所述杆件节点(6)；所述环索(3)与所述径向拉杆(5)的交点为所述拉索节点(7)，所述径向拉杆(5)和撑杆(4)的上端与杆件节点(6)相连，下端与拉索节点(7)相连。

2.根据权利要求1所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，弦支穹顶结构的平面投影为空心椭圆环或空心圆环。

3.根据权利要求1或2所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述弦支穹顶结构的平面投影的长轴外侧直径至少为150m，短轴外侧直径至少为100m。

4.根据权利要求1所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述撑杆(4)的上端与2～4根径向杆(1)、2根纬向杆(2)及2根以下径向拉杆(5)相连。

5.根据权利要求1或4所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述撑杆(4)的下端与2根环索(3)和2根径向拉杆(5)相连。

6.根据权利要求1所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述索杆体系内设有至少一圈环索(3)和至少一圈撑杆(4)，每圈撑杆(4)至少设置3根，位于最内圈的撑杆(4)彼此之间由径向拉杆(5)相连。

7.根据权利要求1所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述大开口型网壳结构和索杆体系在支座节点(8)处交汇。

8.根据权利要求1或7所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述大开口型网壳结构内的节点采用铸钢节点或焊接空心球节点。

9.根据权利要求1所述一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构，其特征在于，所述径向杆(1)、纬向杆(2)和撑杆(4)由方形钢管或圆形钢管构成；所述环索(3)采用钢丝束或钢绞线；所述径向拉杆(5)采用钢拉杆。