CN111155696A - 一种肋环型多撑杆弦支穹顶 - Google Patents

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朱明亮
张步宽
郭正兴
张培伟
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Abstract

本发明公开了一种肋环型多撑杆弦支穹顶，该肋环型多撑杆弦支穹顶包括上部单层网壳和下部索杆体系，其中下部索杆体系包含斜索、环索、主撑杆、次撑杆。该新型结构是在传统弦支穹顶的内部除主撑杆外，沿径向在单层网壳和斜索之间增设次撑杆，次撑杆可有一根或多根。与传统弦支穹顶相比，多撑杆弦支穹顶结合了张弦梁和弦支穹顶两种结构的特点，在不增加环索数量的前提下，提高结构整体刚度，增大弦支穹顶的跨越能力；增强径向索的局部刚度，防止松弛；在不降低结构效率的前提下，降低撑杆高度进而增加净空；施工简单方便，适用于超大跨度建筑的屋盖，具有广阔的应用前景和推广价值。

Description

一种肋环型多撑杆弦支穹顶
技术领域
本发明属于土木工程的空间结构技术领域，公开了一种新型的预应力结构，具体涉及一种肋环型多撑杆弦支穹顶。
背景技术
随着对大跨度大空间的需求日益增长，人们创造性的提出了大量新型的大跨度预应力空间结构体系，其中弦支穹顶是支承于周边受压环梁上的一种预应力结构，具有很高的结构效率。它由上部单层网壳、下部斜索、环索、撑杆组成，对拉索施加预应力后整个结构形成张力结构，能有效提高结构刚度，其中，各环撑杆上端与单层网壳铰接连接，下端与斜索相连，并由环索连接在一起。当结构承受外部荷载时，撑杆能为单层网壳提供有效的弹性支撑。可见，撑杆在弦支穹顶中的作用是非常重要的，而传统弦支穹顶只在每圈环索与斜索连接处设置撑杆，因此，对上部单层网壳的支撑作用有限，若结构跨度增大时，往往只能通过增加下部索杆系的圈数来增加撑杆的数量，而这将显著增加工程造价。
虽然，现有的弦支穹顶结构有着卓越的空间跨越能力，但在需要应对更大跨度时，传统弦支穹顶存在某些不足之处：（1）下部索杆系对上部单层网壳的支撑点有限，且斜索在较大的屋面风荷载作用下容易松弛；（2）跨度进一步增大时需增加环索圈数，否则单根斜索长度过长，局部刚度降低；（3）外圈撑杆较长，占用内部使用空间。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种适用于超大跨度建筑的新型预应力结构体系，相较于传统肋环型弦支穹顶而言，它结合了平面张弦梁和弦支穹顶两种结构的特点，能提供更大的整体刚度和局部刚度，有效防止拉索松弛，降低撑杆高度，适用于更大的结构跨度，具有广泛的应用和推广前景。
技术方案如下：
一种肋环型多撑杆弦支穹顶，包括上部单层网壳和下部索杆体系，其中下部索杆体系包含斜索、环索、主撑杆、次撑杆；单层网壳在结构上部，为刚性节点连接的空间网格结构，下部索杆体系呈肋环型布置，其中斜索水平方向呈径向辐射状布置；竖直的主撑杆上端与单层网壳铰接，下端与斜索一端铰接，斜索另一端与单层网壳铰接；环索呈环形闭合布置，连接在主撑杆和斜索的连接处；除主撑杆外，沿径向在单层网壳与斜索之间设有次撑杆，次撑杆为一根或多根，下端通过索夹与斜索相连，上端通过销轴与单层网壳球节点连接。
进一步地，所述下部索杆体系至少应包含一圈斜索、一圈环索、一圈主撑杆、一圈次撑杆。
进一步地，所述主撑杆和次撑杆的长度满足H2﹥X2*H1/(X1+X2)，其中H1为主撑杆的长度，H2为次撑杆的长度，X1为主撑杆与相邻次撑杆之间的距离，X2为次撑杆与单层网壳、斜索交点之间的距离。
进一步地，所述斜索和环索为预应力拉索，主撑杆、次撑杆均为无缝圆钢管。
有益效果：与现有技术相比，本发明弥补了传统肋环型弦支穹顶的不足，存在以下优点：（1）多撑杆弦支穹顶在不增加环索数量的前提下，增大弦支穹顶的跨越能力，提高结构整体刚度；（2）次撑杆的存在可以有效提高斜索的局部刚度，防止拉索松弛；（3）多撑杆索穹顶能够显著降低撑杆高度进而增加净空。本发明适用于超大跨度的建筑屋盖，易于施工安装，综合经济效益良好，是一种具有广阔应用前景和推广价值的新型预应力大跨空间结构形式。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的平面布置图；
图3为本发明的剖面图；
图4为本发明的次撑杆构造及顶升施工示意图；
图5为本发明主次撑杆位置与长度关系示意图。
附图标记列表：
1-单层网壳；2-斜索；3-环索；4-主撑杆；5-次撑杆；6-索夹；7-销轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
肋环型多撑杆弦支穹顶结构设计：
（1）确定肋环型多撑杆弦支穹顶结构的几何拓扑关系，单层网壳1、斜索2、主撑杆4、次撑杆5呈径向辐射状布置，确定结构的支座约束条件；
（2）确定结构各构件的材料和截面规格；
（3）进行结构找形和找力分析，初步确定结构外形和预应力大小；
（4）进行结构极限承载能力状态和正常使用极限状态设计；
（5）进行必要的结构优化设计。
一种肋环型多撑杆弦支穹顶，见图1所示，主要包括单层网壳1和下部索杆体系，其中下部索杆体系包含斜索2、环索3、主撑杆4、次撑杆5。该新型结构是在传统肋环型弦支穹顶的内部除主撑杆4外，沿径向在单层网壳1和斜索2之间增设次撑杆5，次撑杆5设有多根，上下两端通过索夹6与斜索2相连。
单层网壳1与斜索2、环索3、主撑杆4、次撑杆5各构件之间均为铰接连接。斜索2有3圈，呈径向布置，环索3有两圈，为闭合环向布置，主撑杆4、次撑杆5均为竖直状态并呈径向排列。
如图5，主撑杆4和次撑杆5的长度满足H2﹥X2*H1/(X1+X2)，其中H1为主撑杆4的长度，H2为次撑杆5的长度，X1为主撑杆4与相邻次撑杆5之间的距离，X2为次撑杆5与单层网壳1、斜索2交点之间的距离。
斜索2和环索3为预应力拉索，主撑杆4、次撑杆5均为无缝圆钢管。
单层网壳和最外圈斜索连接于边环梁，边环梁为受压圈梁，可采用刚度较大的混凝土梁亦可采用钢结构圈梁。上部单层网壳施工完成后，结构仍处于无应力状态，刚度较弱，当进行完预应力张拉后结构成为预应力结构，次撑杆5能够提高结构局部刚度，有效防止拉索松弛，增大结构跨度。
具体的安装方法，包括以下步骤：
（1）采用胎架散拼的方法安装上部单层网壳1；
（2）对下部斜索2、环索3、主撑杆4和次撑杆5组成的索杆系进行提升，到位后依次连接主撑杆4、次撑杆5和斜索2；
（3）对斜索2进行张拉锚固，结构主动脱离胎架。

Claims (5)

1.一种肋环型多撑杆弦支穹顶，其特征在于，包括上部单层网壳（1）和下部索杆体系，其中下部索杆体系包含斜索（2）、环索（3）、主撑杆（4）、次撑杆（5）；单层网壳（1）位于结构上部，为刚性节点连接的空间网格结构，下部索杆体系成肋环型布置，其中斜索（2）水平方向呈径向辐射状布置；竖直的主撑杆（4）上端与单层网壳（1）焊接球节点铰接，下端与斜索（2）一端铰接，斜索（2）另一端与单层网壳（1）铰接；环索（3）呈环形闭合布置，连接在主撑杆（4）和斜索（2）的连接处；除主撑杆（4）外，沿径向在单层网壳（1）和斜索（2）之间还设有次撑杆（5），次撑杆（5）为一根或多根，下端通过索夹（6）与斜索（2）相连，上端通过销轴（7）与单层网壳（1）铰接。
2.根据权利要求1所述的一种肋环型多撑杆弦支穹顶，其特征在于：所述下部索杆体系至少应包含一圈斜索、一圈环索、一圈主撑杆、一圈次撑杆。
3.根据权利要求1所述的一种肋环型多撑杆弦支穹顶，其特征在于：所述主撑杆（4）长度和次撑杆（5）长度应满足H2﹥X2*H1/(X1+X2)，其中H1为主撑杆（4）的长度，H2为次撑杆（5）的长度，X1为主撑杆（4）与相邻次撑杆（5）之间的距离，X2为次撑杆（5）与单层网壳（1）、斜索（2）交点之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种肋环型多撑杆弦支穹顶，其特征在于：所述斜索（2）和环索（3）为预应力拉索。
5.根据权利要求1所述的一种肋环型多撑杆弦支穹顶，其特征在于：所述主撑杆（4）、次撑杆（5）均为无缝圆钢管。
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