CN108643362B - 一种斜拉-索桁张力结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斜拉‑索桁张力结构，包括：(1)屋盖***，含有空间索桁架结构、环索(1)、环梁(3)以及柱(4)，空间索桁架结构将环索(1)和环梁(3)连接，并通过预张力形成刚度，从而传递屋面荷载；和(2)悬吊***，包括索塔(6)、背索(7)和斜拉索(5)，通过悬吊***将整个罩棚吊起，背索(7)与斜拉索(5)作用力相反，能减小吊塔的受力，通过斜拉索(5)将屋盖***吊起，斜拉索(5)向上的拉力通过环索(1)向下的拉力平衡，并形成刚度，相邻径向鱼腹式索桁架(2)之间设置Y型谷索(2‑1)，相邻Y型谷索(2‑1)和径向鱼腹式索桁架(2)之间设置稳定索***，包括相互连接的交叉稳定索(2‑4)和下稳定索(2‑5)。

Description

一种斜拉-索桁张力结构

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是一种斜拉-索桁张力结构。

背景技术

张力结构是一种通过对结构构件施加预张力形成刚度并能承受外荷载的结构形式，通常由拉索、杆、膜等组成。这种结构形式自重轻、跨度大，十分适合应用于体育场、机场、展览馆等大跨度空间建筑领域，尤其是适用于大型体育场的罩棚结构中。体育场罩棚中最常见的张力结构类型为环形索桁张力结构，由受压外环梁、封闭内环索和径向索桁架组成，通过改变这三种构成单元的形式，可以得到各种不同类型的结构形式。目前最常用的环形索桁张力结构根据径向索桁架可分为两种：单环梁双环索型和双环梁单环索型。其中单环梁双环索型结构在上下环索间需要设置一圈飞柱，为了提高结构竖向刚度，这圈飞柱通常需要较大高度，这不仅影响建筑高度也影响体育场内部建筑效果。双环梁单环索型结构虽然只需要一层内环索，但同样为了提高结构竖向刚度，外层上下环梁间需要较大高度，对***环梁的整体刚度要求较高。另外，即使可以通过增加环索或环梁高度差来提高结构竖向刚度，但由于建筑效果等限制，这个高度差并不能无限增大，因此这类结构的竖向刚度较弱。

此外，现有技术的张力结构建筑形态比较单一，都呈内外封闭的环形效果。近年虽然也有新型开口月牙形结构体系出现，但规模较小，不适合大跨度空间建筑领域。

发明内容

为了克服现有技术存在的环形索桁张力结构建筑形态较为单一以及竖向刚度较小的问题，本发明提供一种斜拉-索桁张力结构。

本发明的目的在于提供一种斜拉-索桁张力结构，包括两个***，分别为：

(1)屋盖***，含有空间索桁架结构、环索(1)、环梁(3)以及柱(4)，所述屋盖***中空间索桁架结构将所述环索(1)和所述环梁(3)连接起来，并通过预张力形成刚度，从而传递屋面荷载；和

(2)悬吊***，包括索塔(6)、背索(7)和斜拉索(5)，通过所述悬吊***将整个罩棚吊起，所述悬吊***中的背索(7)与斜拉索(5)作用力相反，能有效减小吊塔的受力，所述悬吊***通过斜拉索(5)将屋盖***吊起，斜拉索(5)向上的拉力通过环索(1)向下的拉力平衡，并形成刚度。

优选的，所述空间索桁架结构采用径向鱼腹式索桁架(2)，包括上弦索(2-2)，相邻所述径向鱼腹式索桁架(2)之间设置Y型谷索(2-1)，所述Y型谷索(2-1)和所述径向鱼腹式索桁架(2)的上弦索(2-2)分别形成了膜面(2-3)的谷线和脊线。

优选的，在相邻Y型谷索(2-1)和径向鱼腹式索桁架(2)之间设置稳定索***，从而保证所述鱼腹式索桁架(2)的撑杆的稳定性，所述稳定索***包括相互连接的交叉稳定索(2-4)和下稳定索(2-5)。

优选的，所述悬吊***的所述索塔(6)采用桅杆替代。

优选的，所述空间索桁架结构还可以为单索或三角形索桁架。

优选的，所述环梁(3)、柱(4)和索塔(6)为结构体系边界，采用钢结构。

优选的，所述环梁(3)、柱(4)和索塔(6)为结构体系边界，采用混凝土结构。

本发明为大跨度空间建筑领域提供新的张力结构体系类型，为体育场类罩棚建筑形态提供新的方向。其有益效果在于：

(1)通过引入斜拉体系，能够有效提高结构的竖向刚度，从而适用于对竖向位移要求较高的大跨度建筑；

(2)有利于开拓鱼腹式索桁架以及其他形式的索桁架的应用范围；

(3)混凝土边界的采用可以降低造价，具有很好的经济性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的斜拉-索桁结构体系剖切示意图；

附图2为根据本发明实施例的单侧罩棚平面示意图；

附图3为根据本发明实施例的索桁架剖面示意图；

附图4为根据本发明实施例的无稳定索***的单侧罩棚主结构三维示意图；

附图5为根据本发明实施例的稳定索***布置三维结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。

参见附图1，一种斜拉-索桁张力结构，包括两个***，分别为：

(1)屋盖***，含有空间索桁架结构、环索1、环梁3以及环柱4，屋盖***中空间索桁架结构将环索1和环梁3连接起来，并通过预张力形成刚度，从而传递屋面荷载，其中附图3为索桁架的单元细节结构图；和(2)悬吊***，包括索塔6、背索7和斜拉索5，通过悬吊***将整个罩棚吊起，悬吊***中的背索7与斜拉索5作用力相反，能有效减小吊塔的受力，悬吊***通过斜拉索5将屋盖***吊起，斜拉索5向上的拉力通过环索1向下的拉力平衡，并形成刚度。

其中，空间索桁架结构采用径向鱼腹式索桁架2，包括上弦索2-2。同时参见附图5，相邻径向鱼腹式索桁架2之间设置Y型谷索2-1，Y型谷索2-1和径向鱼腹式索桁架2的上弦索2-2分别形成了膜面2-3的谷线和脊线。

不设置稳定索***的单侧罩棚主结构三维示意图参见图4，本领域技术人员可以预想的是，撑杆是不稳定的，而本实施例在相邻Y型谷索2-1和径向鱼腹式索桁架2之间设置稳定索***，从而保证鱼腹式索桁架2的撑杆的稳定性，稳定索***包括相互连接的交叉稳定索2-4和下稳定索2-5。屋盖***地稳定索***之间的连接关系见图5。

本实施例中的悬吊***的索塔6采用桅杆替代。

当然，本领域技术人员可以预见的是，空间索桁架结构还可以为单索或三角形索桁架，以及其他可以预想的索桁架结构，都在本申请的保护范围之内。环梁(3)、环柱(4)和索塔(6)为结构体系边界，采用钢结构或者混凝土结构，从而更加经济。

本发明为大跨度空间建筑领域提供新的张力结构体系类型，为体育场类罩棚建筑形态提供新的方向。其有益效果在于：

(1)通过引入斜拉体系，能够有效提高结构的竖向刚度，从而适用于对竖向位移要求较高的大跨度建筑；

(2)有利于开拓鱼腹式索桁架以及其他形式的索桁架的应用范围；

(3)混凝土边界的采用可以降低造价，具有很好的经济性。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种斜拉-索桁张力结构，其特征在于包括两个***，分别为：

(1)屋盖***，含有空间索桁架结构、环索(1)、环梁(3)以及柱(4)，所述屋盖***中空间索桁架结构将所述环索(1)和所述环梁(3)连接起来，并通过预张力形成刚度，从而传递屋面荷载；和

(2)悬吊***，包括索塔(6)、背索(7)和斜拉索(5)，通过所述悬吊***将整个罩棚吊起，所述悬吊***中的背索(7)与斜拉索(5)作用力相反，能有效减小吊塔的受力，所述悬吊***通过斜拉索(5)将屋盖***吊起，斜拉索(5)向上的拉力通过环索(1)向下的拉力平衡，并形成刚度；

所述空间索桁架结构采用径向鱼腹式索桁架(2)，包括上弦索(2-2)，相邻所述径向鱼腹式索桁架(2)之间设置Y型谷索(2-1)，所述Y型谷索(2-1)和所述径向鱼腹式索桁架(2)的上弦索(2-2)分别形成了膜面(2-3)的谷线和脊线；

在相邻Y型谷索(2-1)和径向鱼腹式索桁架(2)之间设置稳定索***，从而保证所述径向鱼腹式索桁架(2)的撑杆的稳定性，所述稳定索***包括相互连接的交叉稳定索和下稳定索(2-5)；

所述环梁(3)、柱(4)和索塔(6)为结构体系边界，所述柱(4)支撑所述环梁(3)。

2.根据权利要求1所述的一种斜拉-索桁张力结构，其特征在于：所述环梁(3)、柱(4)和索塔(6)采用钢结构。

3.根据权利要求1所述的一种斜拉-索桁张力结构，其特征在于：所述环梁(3)、柱(4)和索塔(6)采用混凝土结构。