專利名稱：拱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拱結(jié)構(gòu)，尤其是一種張力結(jié)構(gòu)，其由一個(gè)或多個(gè)被纜繩約束的鉸接拱組成，當(dāng)在無障礙區(qū)域上需要這種結(jié)構(gòu)來支撐物體時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可以被覆蓋形成建筑物或帳篷或用于其它目的。另外，本發(fā)明涉及安裝這種結(jié)構(gòu)的方法，該方法不需要大型起重機(jī)或其它重型設(shè)備，本發(fā)明還涉及使該結(jié)構(gòu)對意外損壞有恢復(fù)適應(yīng)力的方法。本發(fā)明也涉及用于該結(jié)構(gòu)的覆蓋系統(tǒng)。
現(xiàn)在作為經(jīng)濟(jì)地覆蓋大區(qū)域的方式張力結(jié)構(gòu)被完全地接受，并存在許多實(shí)例，在英國或許最有名的是千年圓頂(Millennium Dome)。這些結(jié)構(gòu)通常具有一種織物膜，該織物膜在支撐部件間被張緊來形成屋頂。在更小的結(jié)構(gòu)中，這些支撐件是桅桿或鋼拱，而在更大結(jié)構(gòu)中，例如圓頂(Dome)，織物可以在纜繩之間張開，而這些纜繩本身在主支撐件之間張緊。這是需要的，因?yàn)閷κ褂玫目椢锩姘宓某叽绱嬖趯?shí)際應(yīng)用的限制。因此大張力結(jié)構(gòu)由主支撐件、纜繩網(wǎng)和張緊織物組成。
所有現(xiàn)有張力結(jié)構(gòu)使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主支撐件，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主支撐件通常在纜繩網(wǎng)之前被安裝并且在結(jié)構(gòu)上是獨(dú)立的不依賴?yán)|繩網(wǎng)。通常它們占很大的部分，例如在千年圓頂?shù)奈U的情況下，運(yùn)輸和安裝它們是相對困難的。這些考慮趨向于限制可行的結(jié)構(gòu)的最大尺寸。千年圓頂接近依照傳統(tǒng)方式可以實(shí)現(xiàn)的極限尺寸。
因此在公知的結(jié)構(gòu)中，在能被橫跨的無間斷區(qū)域上存在限制，因?yàn)樾枰峁﹥?nèi)部支撐件。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)，其不需要內(nèi)部支撐件，但能覆蓋比先前可能的面積更大的面積。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用最少量材料的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種安裝這種結(jié)構(gòu)的方法，該方法不需要使用大型起重機(jī)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種覆蓋系統(tǒng)，該覆蓋系統(tǒng)適合與這種結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種拱結(jié)構(gòu)，該拱結(jié)構(gòu)包含多個(gè)相對剛性的撐桿、多個(gè)接頭、多個(gè)纜繩和至少兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中所述撐桿通過所述接頭連接在一起形成拱，第一套中的每根纜繩在一端連接到一接頭，而在它們的另一端連接到在所述拱的一側(cè)的第一結(jié)點(diǎn)，第二套中的每根纜繩在一端連接到一接頭，而在它們的另一端連接到在所述拱的另一側(cè)的第二結(jié)點(diǎn)。該接頭可以是剛性接頭或活動(dòng)接頭。在后者情況下，它們可以是球窩接頭、萬向接頭或鉸鏈，例如簡單的帶銷鉸鏈?；顒?dòng)接頭給予撐桿一定程度的相對角度自由度。
因此，纜繩把系統(tǒng)分成三角形。這種布置使得能夠設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)來滿足為使結(jié)構(gòu)成為一種理論有效的結(jié)構(gòu)(理論上可能的最小重量)而必要的標(biāo)準(zhǔn)。這些包括需要在荷載包絡(luò)線(元件在其使用壽命的某一階段將經(jīng)受到的荷載情況的狀態(tài))里的某一點(diǎn)上在整個(gè)過程中使每個(gè)元件充分受力，使得沒有元件需要輔助機(jī)構(gòu)來給它們提供穩(wěn)定性，以及通過限定受壓元件的長度來使它們的重量最小化。因此這種結(jié)構(gòu)可以滿足麥克斯偉(Maxwell)和米切爾(Mitchell)的結(jié)構(gòu)效率(structural efficiency)定理。這樣形成的結(jié)構(gòu)可以比任何其他的結(jié)構(gòu)輕并能夠?qū)崿F(xiàn)更大的無障礙跨度。
纜繩的布置對于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。優(yōu)選地，它們將從中心定位的結(jié)點(diǎn)輻射，拱中的每個(gè)接頭上都連接一根纜繩。因此所述拱將受到兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的限制，在所述拱的每一側(cè)都有一個(gè)結(jié)點(diǎn)。
所述撐桿優(yōu)選的是圓截面管，圓截面管用塑料材料或金屬制造，例如鋁、鋁合金或鋼，優(yōu)選的是不銹鋼。這些部件的長度是包含這些部件的結(jié)構(gòu)的幾何形狀的函數(shù)，這些部件構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的一部分，且這些部件的尺寸將通過計(jì)算進(jìn)行確定來與出現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)中的力相適應(yīng)。例如，設(shè)計(jì)一種跨度為7.5m、長度為9.5m和高度為3m的小結(jié)構(gòu)來支撐10kN的總荷載，將需要長度為1.7m、外經(jīng)為30mm和壁厚1mm的鋁合金管。接頭優(yōu)選的是活動(dòng)接頭。在球窩接頭或萬向接頭情況下，它們將允許任何平面內(nèi)的相鄰撐桿之間的有限的相對角運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)帶銷鉸鏈的情況下，這將只允許在垂直于銷的軸線的平面內(nèi)的相對移動(dòng)。然而，帶銷鉸鏈可以連接到它們的相應(yīng)的撐桿中的一個(gè)或兩個(gè)上，使該鉸鏈和該撐桿之間的連接具有圍繞撐桿軸線旋轉(zhuǎn)的自由度。即使鉸鏈一側(cè)剛性連接到鉸鏈所連接的兩個(gè)撐桿之一上這種結(jié)構(gòu)布置也能工作。這種布置的成本小于制造一種合適的球窩接頭，但具有相等效的效果。與纜繩的連接可以通過成一角度的帶索來實(shí)現(xiàn)，該帶索也可在鉸鏈銷上旋轉(zhuǎn)。
纜繩優(yōu)選的是一種結(jié)實(shí)的、剛勁有硬度的、輕重量材料，優(yōu)選的是聚酰胺。更優(yōu)選的是長鏈聚對亞苯基對苯二酰胺例如凱夫拉爾(Kevlar)(Reg.T.M.)或高強(qiáng)度鋼。所述結(jié)點(diǎn)和拱的末端可以連接到地上，雖然這兩者中的一個(gè)或兩個(gè)可能都錨在地平面上方。
這些結(jié)構(gòu)元件件的強(qiáng)度和剛度特性以及施加到纜繩的預(yù)張拉力決定了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在任何特殊情況下，它們的值可以通過例如動(dòng)態(tài)松弛這樣的結(jié)構(gòu)分析的適當(dāng)方法來確定。
所述結(jié)構(gòu)的最簡單形式是一單個(gè)拱，在拱的每側(cè)具有一套纜繩，纜繩從每側(cè)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)輻射，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都固定到地上。所述拱可以由三個(gè)或更多個(gè)直撐桿組成，但是通常撐桿的數(shù)量在6和12之間。通常所有的撐桿長度相等，但這不是必須的。所述拱中的接頭通常位于一圓弧上，但位于其它形狀上也是可能的，包括不對稱形狀。
本發(fā)明擴(kuò)展到兩個(gè)或更多個(gè)拱的組合，相鄰拱共用一個(gè)中間結(jié)點(diǎn)。可以使用任何數(shù)量的拱來提供無限種類的完整結(jié)構(gòu)形式的可能性，只要所述結(jié)構(gòu)形式滿足基本的三角形要求。當(dāng)所述拱被約束到地面固定件上而不是地面上方的結(jié)點(diǎn)上時(shí)，通過把纜繩連接到地上的一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)上，來實(shí)現(xiàn)三角形。各種變化的實(shí)例包括兩個(gè)相對的、平行的拱；四個(gè)類似的拱，它們的底部在正方形的角上，這四個(gè)拱共用一個(gè)公共中心結(jié)點(diǎn)；一長行拱，其形成一種類似隧道的結(jié)構(gòu)；一種多邊形排列的拱，這些拱共用一公共中心結(jié)點(diǎn)；不同尺寸的拱組合成多行或多邊形。
所述拱可以位于一平的垂直面內(nèi)或位于一傾斜面內(nèi)或它們可以根本不位于平的平面內(nèi)，只要這種結(jié)構(gòu)布置，當(dāng)用纜繩分成三角形時(shí)，滿足結(jié)構(gòu)效率的定理。
結(jié)構(gòu)效率的結(jié)果是對于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來說，每個(gè)部件都是必不可少的。如果由于任何原因，一部件撤走或折斷，所述結(jié)構(gòu)的倒塌就會(huì)發(fā)生?？紤]了各種方法來提供對這種破壞的恢復(fù)適應(yīng)力和抗力。首先，在易遭受損壞的區(qū)域增加保護(hù)，例如，在地平面附近，纜繩可以裝入鋼管中。第二，可以提供延伸到單獨(dú)的成套的結(jié)點(diǎn)的雙重纜繩系統(tǒng)，而每個(gè)系統(tǒng)將能夠抵抗至少一半總荷載。第三，某些安裝系統(tǒng)(如下所述)的纜繩可被用于在完成的結(jié)構(gòu)中提供一定程度的儲(chǔ)備。一種減少受到意外損壞可能性的替代方法是靠在結(jié)構(gòu)中組合三個(gè)或更多個(gè)拱，該結(jié)構(gòu)允許一個(gè)拱倒塌而不會(huì)使其它拱也倒塌。
這種結(jié)構(gòu)確實(shí)能夠具有非常大的跨度(大于1千米)但是這種大的結(jié)構(gòu)不能使用傳統(tǒng)方法來安裝，因?yàn)檫€不能提供合適的設(shè)備例如起重機(jī)。已經(jīng)發(fā)明了一種安裝方法，該方法只需要一地面絞盤和一臨時(shí)安裝桅桿，該方法構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
因此本發(fā)明也擴(kuò)展到一種安裝系統(tǒng)，該安裝系統(tǒng)包含一臨時(shí)纜繩的系索束緊系統(tǒng)，一臨時(shí)安裝桅桿和一絞盤，優(yōu)選地還包含一根纜索。優(yōu)選地，所述桅桿在所述拱腳之間的中點(diǎn)上軸轉(zhuǎn)連接在地面上。優(yōu)選地，當(dāng)桅桿靠近地面時(shí)，將一個(gè)纜繩結(jié)點(diǎn)連接到桅桿頂端。選擇所述桅桿高度，使得當(dāng)絞盤拉起桅桿時(shí)，所述結(jié)點(diǎn)將最后到達(dá)它的最終的正確的安裝位置，在該位置，該結(jié)點(diǎn)可以被永久地固定。然后所述桅桿和安裝束緊系索可以被撤走。
如果桅桿平放于地上被正確地定位安置，并且它的腳在基礎(chǔ)樞軸上，在安裝期間所述結(jié)構(gòu)中的力理論上處于平衡。然而，尤其當(dāng)使用活動(dòng)接頭時(shí)，它處于一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中，如果沒有輔助支撐將不能保持處于正確的形狀。這個(gè)輔助支撐可以通過三套非常輕的纜繩或通過其它方式來提供，例如通過臨時(shí)鎖住固定接頭。當(dāng)所述結(jié)構(gòu)處于正確形狀時(shí)，理論上在這些纜繩上不存在力。
優(yōu)選地，所述臨時(shí)安裝束緊系索包含放射狀纜繩，放射狀纜繩從安裝桅桿的底部向撐桿間的接頭放射狀延伸；交叉對角線纜繩，其從拱接頭延伸到在安裝桅桿一側(cè)的相鄰的永久纜繩上的點(diǎn)，這些纜繩上的點(diǎn)距離拱接頭一小段距離；連接交替的拱接頭的纜繩；以及非常輕的撐桿，其繃緊位于交叉支撐內(nèi)的永久纜繩的末端。
優(yōu)選地，為了經(jīng)濟(jì)和剛度的目的，所述纜繩用普通的繩材料制造，例如聚丙烯繩。
因此，本發(fā)明通過兩種方式來尋求克服各種困難。首先，通過使用“理論有效(theoretically efficient)”結(jié)構(gòu)布置來使所述部件的尺寸最小化，以及第二，通過利用這種布置的特性之一，所述結(jié)構(gòu)能被容易地安裝，安裝時(shí)使用地面絞盤而不需要臨時(shí)支撐件或起重機(jī)。
主支撐件和纜繩網(wǎng)是相互依賴的，一個(gè)不存在，另一個(gè)也不可能存在。這使得主支撐件比可能使用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)小得多。例如，千年圓頂?shù)?2根桅桿每個(gè)大約是該圓屋頂本身的兩倍高，然而，形成根據(jù)本發(fā)明原理設(shè)計(jì)的一種等效的結(jié)構(gòu)的拱的單個(gè)撐桿可能或許只是該結(jié)構(gòu)本身高度的一半。細(xì)長撐桿的強(qiáng)度與它長度的平方成反比相關(guān)，這是為什么這種新型結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更有效的部分原因。
具有類似于本發(fā)明外觀的結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)建立和/或提出。術(shù)語“約束拱(restrained arch)”已經(jīng)被使用。然而迄今為止，還沒有已經(jīng)滿足本發(fā)明的基本原理的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的基本原理是基本上只有軸向力施加到主部件上以及結(jié)構(gòu)的幾何布置使該結(jié)構(gòu)能自約束(selfrestraining)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于主結(jié)構(gòu)的覆蓋系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一層膜、一套膜支撐肋拱、一套肋拱張緊纜繩、每個(gè)肋拱與一根張緊纜繩連接、用于張緊每根纜繩的裝置和與每個(gè)肋拱和相應(yīng)的張緊纜繩關(guān)聯(lián)的多個(gè)肋拱支撐部件，每個(gè)張緊纜繩連接到它相應(yīng)肋拱的末端，由此在肋拱上施加彎曲力，所述肋拱支撐部件被設(shè)置成與相應(yīng)的肋拱和張緊纜繩以一種間隔關(guān)系(spaced relationship)相互連接，以形成一種支撐肋拱子結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)還包括用于把支撐肋拱子結(jié)構(gòu)連接到主結(jié)構(gòu)上的裝置。
優(yōu)選地，所述支撐部件被設(shè)置成連接到所述主結(jié)構(gòu)上，優(yōu)選地連接到主結(jié)構(gòu)的主支撐纜繩。優(yōu)選地，所述膜連接到所述肋拱。優(yōu)選地，所述肋拱是I形截面。
所述支撐肋拱以類似于傘的徑向肋拱的方式起作用。所述覆蓋膜可以通過滑進(jìn)傾角凹槽或通過鉤子、環(huán)或其它合適的裝置而被連接到支撐肋拱上。每個(gè)肋拱將用一種具有合適的剛度和強(qiáng)度的彈性材料制造，例如鋁擠壓型材、壓制的金屬部件或增強(qiáng)塑料模制件。優(yōu)選地，所述肋拱在它們從所述主結(jié)構(gòu)的纜繩或拱上方經(jīng)過處由主結(jié)構(gòu)的纜繩或拱來支撐。每個(gè)肋拱依靠張緊纜繩受到一軸向壓縮力，優(yōu)選地，所述張緊纜繩正好在肋拱下延伸。該纜繩優(yōu)選地也從支撐結(jié)構(gòu)上方經(jīng)過。
每個(gè)支撐部件或“托架”優(yōu)選地在每個(gè)支撐點(diǎn)上支撐在所述支撐結(jié)構(gòu)上并保持肋拱和張緊纜繩處于恰當(dāng)位置。所述肋拱的末端由一根邊緣纜繩保持在適當(dāng)位置。這也可以用作張緊機(jī)構(gòu)的部分并可以被錨接到地上。所述張緊機(jī)構(gòu)可以由穿繩滑輪組組成，使得所述纜繩末端逆著它的肋拱的末端拉住該肋拱。這個(gè)可以通過在所述肋拱或纜繩的末端用防滑楔子加固或通過其它某一方法來被固定，或通過連接到邊緣纜繩來被固定。后者方法通常是優(yōu)選的，以便提供一種將足夠的張力引進(jìn)邊緣纜繩的裝置。
與肋拱的彎曲結(jié)合的肋拱受的壓縮使它起到拱的作用。通過覆蓋膜，肋拱被約束防止側(cè)向彎曲。通過肋拱與張緊纜繩的連接，肋拱被約束防止向上彎曲，肋拱通過其向上的彎曲來被約束防止它向下彎曲。因此它的表現(xiàn)非常像傘的肋，并且相對于其跨度，它是同樣地細(xì)長和剛性的。在連接膜之前，所述支撐托架給肋拱提供充分的橫向約束來保持它處于適當(dāng)位置。
所述覆蓋膜本身是一種傳統(tǒng)的屋頂材料，例如成型金屬板，或更通常地，它將是一種織物或膨脹的ETFE薄膜軟墊。如果它是一種織物，通過用中心張緊纜繩拉緊它成V形槽，它可以被橫向張緊。如果它是一種ETFE薄膜軟墊，通過膨脹所述軟墊來張緊它。
在安裝主結(jié)構(gòu)之前，所述支撐托架、肋拱張緊纜繩或肋拱本身可以連接到主結(jié)構(gòu)的主結(jié)構(gòu)纜繩上，以使安裝容易。如果所述織物固定到肋拱的傾角凹槽中，可以用凹槽中的升降索將其拉升到所述結(jié)構(gòu)上?？梢栽诘仄矫嫔显谒鼋Y(jié)構(gòu)的相對側(cè)進(jìn)行這種作業(yè)，由此避免需要高空作業(yè)。
通過適當(dāng)改進(jìn)支撐托架，該覆蓋系統(tǒng)可以懸掛在支撐結(jié)構(gòu)下。
通過使用之間具有空氣空間的兩個(gè)或更多單個(gè)覆蓋膜，所述覆蓋系統(tǒng)可以提供絕緣。如果使用ETFE軟墊，它們提供的絕緣可以在它們的邊緣被保持，通過在肋拱深度內(nèi)裝入一層絕緣層并把所述軟墊邊緣一個(gè)在另一個(gè)上方地固定進(jìn)兩個(gè)傾角凹槽內(nèi)。
因此，本發(fā)明可以提供一種帶肋拱的支撐，其具有一層適用于所述結(jié)構(gòu)或其它類似結(jié)構(gòu)的覆蓋膜，并可以提供優(yōu)于現(xiàn)有系統(tǒng)的下列優(yōu)點(diǎn)。一種耐風(fēng)雨的膜可以很好地支撐在主結(jié)構(gòu)上。這將保護(hù)主結(jié)構(gòu)免遭天氣影響并可以用于支撐覆蓋區(qū)域內(nèi)設(shè)備。覆蓋物可以沿著平滑曲面圍繞所述結(jié)構(gòu)。所述肋拱容易安裝。在任何邊緣張緊纜繩上的力將大大小于用傳統(tǒng)覆蓋方法，例如在千年圓頂中使用的方法所產(chǎn)生的力。
可以通過各種方式實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)在將以舉例的方式參考附圖描述一些實(shí)施例，其中

圖1-4分別是根據(jù)本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)的側(cè)立面圖、平面圖、前立面圖和透視圖，該結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)拱；圖5a、5b和5c是根據(jù)本發(fā)明的一種拱的安裝中的連續(xù)階段的側(cè)視圖；圖6是在圖5c所示的階段中的兩個(gè)拱的側(cè)視圖，且在這兩個(gè)拱相互連接形成圖1的結(jié)構(gòu)之前；圖7是與圖5c相應(yīng)的透視圖；圖8表示安裝期間，拱平面中的支撐的型式；圖9是一種合適的結(jié)點(diǎn)的實(shí)例的透視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一種覆蓋系統(tǒng)的側(cè)視圖；和圖11是沿圖10中的AA線的截面。
在圖1-4中表示的整體結(jié)構(gòu)11包含兩個(gè)相似的拱結(jié)構(gòu)12和13。拱結(jié)構(gòu)12包含6個(gè)撐桿14，這些撐桿14通過5個(gè)球窩接頭15相互連接形成拱16；以及兩套纜繩17、18。拱16的兩個(gè)端點(diǎn)支撐在依靠基礎(chǔ)19固定到地上的球窩接頭上(未圖示)。
一套纜繩由7根單個(gè)纜繩17組成，它們中的兩根都有一端分別連接到基礎(chǔ)19上，它們中的另外5根都有一端分別連接到5個(gè)球窩接頭15中的一個(gè)球窩接頭上。7根纜繩中的每根纜繩的另一端在結(jié)點(diǎn)21上連接在一起，結(jié)點(diǎn)21在拱16的一側(cè)被錨固在地上。
第二套纜繩18類似地與在拱16的另一側(cè)的結(jié)點(diǎn)22連接，但在這種情況下，結(jié)點(diǎn)22不錨固在地上。
第二拱結(jié)構(gòu)13是第一拱結(jié)構(gòu)12的鏡像，其具有形成拱26的撐桿24和球窩接頭25，以及兩套纜繩27、28。第一結(jié)點(diǎn)31錨固在地上而第二結(jié)點(diǎn)32在地平面上方連接到第一拱結(jié)構(gòu)12的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)22上。
撐桿16、26是圓截面鋁合金型材，纜繩17、18、27和28是凱夫拉爾纖維(Kevlar)(Reg.T.M.)。基礎(chǔ)19是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程的地基基礎(chǔ)，結(jié)點(diǎn)21、31是傳統(tǒng)的地基錨固裝置。結(jié)點(diǎn)22、32可以是任何便利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只要它們起到它們各自纜繩18、28的連接點(diǎn)的作用并能夠剛性地和可靠地連接在一起。在圖9中更詳細(xì)表示了一個(gè)實(shí)例。
拱結(jié)構(gòu)12的安裝(從與圖1和4中的拱的相對的側(cè)面表示)在圖5-7中表示。
首先，如上所述，撐桿14、球窩接頭15、纜繩17、18和結(jié)點(diǎn)21、21相互連接，并展開布置在地上，并且拱16近似成形。結(jié)點(diǎn)21穩(wěn)固地錨固在地上。一根纜索51連接到結(jié)點(diǎn)22上，并跨過撐柱52，撐柱52軸轉(zhuǎn)地連接到地上。一根臨時(shí)桅桿53，它的底部軸轉(zhuǎn)地連接到地上相同點(diǎn)，它的頂部連接到結(jié)點(diǎn)22上。
然后依靠絞盤54用力拉纜索51。該結(jié)構(gòu)從圖5a所示的位置前進(jìn)，隨著桅桿53向上軸轉(zhuǎn)，經(jīng)過圖5b所示的位置前到發(fā)展圖5c所示的位置。這里，拱16處于它最后的布置方位且所有纜繩17、18被拉緊。
然后對第二拱結(jié)構(gòu)13重復(fù)該操作，如圖6所示。各自結(jié)點(diǎn)22、32連接在一起，以此使得兩個(gè)拱結(jié)構(gòu)12、13被保持在拉緊中。然后拆開絞盤54、纜索51、撐柱52和桅桿52并撤走。
為了確保當(dāng)安裝拱結(jié)構(gòu)12、13時(shí)它們具有正確的形狀，如圖5、6、7和8所示，使用三套臨時(shí)的、輕的支撐纜繩61。第一套連接交替的球窩接頭15或19。第二套將臨時(shí)安裝桅桿53的底部連接到球窩接頭15上。第三套將球窩接頭15和19與相鄰主纜繩18上的點(diǎn)連接，如圖5、6和7所示。纜繩通過輕的張緊撐桿在這些連接點(diǎn)和它們在球窩接頭15上的端點(diǎn)之間被張緊。
圖9表示結(jié)點(diǎn)22的一個(gè)可能的合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)點(diǎn)22包含一半圓筒主體91，一個(gè)圓形上盤92和一個(gè)圓形下盤93焊接到該半圓筒體上。主體91具有布置在一段弧上的一系列孔94和一管95，管95連接到該半圓筒體的外表面上，以使管95的軸線與主體91的軸線成45°延伸。主體91還有另一孔96與管95成一條直線。上盤92有一對孔97和一中心孔98，中心孔98與管95和主體91中的孔96成一條直線。底盤93也有兩個(gè)孔(未圖示)，這兩個(gè)孔大致地與上盤92中的孔97等同對應(yīng)。
使用中，依靠孔94纜繩18連接到主體91上。管95和孔96、98用于安裝期間連接纜索51。管95用于將臨時(shí)安裝桅桿53連接到結(jié)點(diǎn)22上。孔98用于把例如燈這樣的輔助件連接到完成的結(jié)構(gòu)中?？?6用作第二拱13的纜索導(dǎo)向，以便當(dāng)安裝第二拱時(shí)，第二結(jié)點(diǎn)32被導(dǎo)向第一結(jié)點(diǎn)22。(圖6沒有表示使用中的該特征)。
結(jié)點(diǎn)32類似于結(jié)點(diǎn)22，除了它的上下盤與上下盤92、93的相應(yīng)位置偏離。因此，當(dāng)它們放在一起時(shí)，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)22、32中的相應(yīng)的上下盤處于互相疊置的關(guān)系。因此當(dāng)兩個(gè)拱結(jié)構(gòu)12、13完全安裝就位時(shí)，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)22、32安裝在一起形成一完整的圓柱體，并且相應(yīng)的上下盤92、93相互重疊。在該位置，盤92、93中的孔例如孔97對齊在一條直線上，使得結(jié)點(diǎn)22、33依靠位于孔例如孔97中的螺栓(未圖示)而連接在一起。
圖10和11表示一種覆蓋系統(tǒng)。所表示的該系統(tǒng)位于上述結(jié)構(gòu)上的適當(dāng)位置上；為了清楚，只表示出結(jié)構(gòu)11的纜繩17。
該系統(tǒng)包含一肋拱101、一張緊纜繩102、一套5個(gè)支撐托架103和一層覆蓋膜104。肋拱101是一種I截面鋁擠壓型材，在其每側(cè)具有縱向傾角凹槽(未圖示)。纜繩102使用鋼、凱夫拉爾(Kevlar)或其它合適的繩。在纜繩102的每端，有拉緊繩105，通過滑輪系統(tǒng)106，拉緊繩105作用在纜繩102的相應(yīng)端，以便把纜繩102的每一端與肋拱101連接并張緊纜繩102。而這會(huì)在肋拱101上施加彎曲力。
每個(gè)支撐托架103包含一鞍狀座107和兩根金屬絲108，鞍狀座107連接到主纜繩17上。張緊纜繩102穿過固定到鞍狀座107上的孔眼(未圖示)，金屬絲連接到肋拱101上。可以理解，托架103用于保持張緊纜繩102中的張力和確定它的形狀。
膜104是可膨脹的ETFE軟墊形式。這些具有一外圍邊緣凸起(未圖示)，該邊緣凸起位于肋拱101的傾角凹槽中。也可以理解，實(shí)踐中將有幾個(gè)肋拱/纜繩/托架的輔助部件。因此，膜104部件將形成一層連續(xù)覆蓋物。
張緊纜繩102(或繩105)的末端連接到邊緣張緊纜繩109，邊緣張緊纜繩在不同點(diǎn)上錨固在地上。
權(quán)利要求
1.一種拱結(jié)構(gòu)，其包含多個(gè)相對剛性的撐桿、多個(gè)接頭、多個(gè)纜繩和至少兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中所述撐桿通過所述接頭連接在一起形成拱，第一套中的每根纜繩在一端連接到一接頭，在它們另一端連接到在所述拱的一側(cè)的第一結(jié)點(diǎn)，第二套中的每根纜繩在一端連接到一接頭，在它們另一端連接到在所述拱的另一側(cè)的第二結(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述撐桿是用塑料材料或例如鋁、鋁合金或鋼這樣的金屬制造的圓截面管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接頭是剛性接頭或活動(dòng)接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接頭是球窩接頭、萬向接頭或鉸鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接頭是帶銷鉸鏈，其連接到它們的相應(yīng)的撐桿的一個(gè)或兩個(gè)上，使該鉸鏈和撐桿之間的連接具有圍繞撐桿軸線旋轉(zhuǎn)的自由度。
6.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述纜繩是一種結(jié)實(shí)的、剛勁的、輕重量材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述纜繩是用聚酰胺制造。
8.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于使用中所述結(jié)點(diǎn)和所述拱的末端連接到地上。
9.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所有撐桿長度相等。
10.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述拱中的接頭位于一圓弧上。
11.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述拱由6至12根撐桿組成。
12.一種兩個(gè)或更多的根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的拱的組合，其特征在于相鄰的拱分享一中間結(jié)點(diǎn)接點(diǎn)。
13.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述纜繩在地平面附近裝入鋼管中和/或包括附加纜繩來在結(jié)構(gòu)中提供一定程度儲(chǔ)備。
14.一種用于前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的拱結(jié)構(gòu)的安裝系統(tǒng)，所述安裝系統(tǒng)包含一臨時(shí)纜繩的系索束緊系統(tǒng)、一臨時(shí)安裝桅桿和一絞盤；使用中所述桅桿軸轉(zhuǎn)連接在地上并處在所述拱的底部之間，一個(gè)纜繩結(jié)點(diǎn)連接到桅桿頂端，選擇所述桅桿高度，使得當(dāng)絞盤拉起桅桿時(shí)，所述結(jié)點(diǎn)將最后到達(dá)它的預(yù)定安裝位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的安裝系統(tǒng)，其特征在于所述系索包含放射狀纜繩，這些纜繩從安裝桅桿的底部延伸到撐桿間的接頭；交叉對角線纜繩，其從拱接頭延伸到在安裝桅桿那側(cè)的相鄰永久纜繩上的點(diǎn)，該永久纜繩上的點(diǎn)離拱接頭一小段距離；連接交替拱接頭的纜繩；以及非常輕的撐桿，其繃緊位于交叉支撐內(nèi)的永久纜繩的末端。
16.一種用于權(quán)利要求1-13任何一個(gè)所述的拱結(jié)構(gòu)的覆蓋系統(tǒng)，所述覆蓋系統(tǒng)包含一層膜、一套膜支撐肋拱、一套肋拱張緊纜繩、每個(gè)肋拱與一根纜繩相聯(lián)、用于張緊每根纜繩的裝置和多個(gè)肋拱支撐部件，其與每個(gè)肋拱和各自張緊纜繩相聯(lián)，每個(gè)張緊纜繩連接到它各自肋拱的末端，由此將彎曲力施加在肋拱上，所述肋拱支撐部件被布置成與相應(yīng)的肋拱和張緊纜繩以一種間隔關(guān)系相互連接，形成一種支撐肋拱子結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)還包括用于把支撐肋拱子結(jié)構(gòu)連接到主結(jié)構(gòu)上的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于布置所述支撐部件連接到所述主結(jié)構(gòu)上，優(yōu)選地連接到主結(jié)構(gòu)的主支撐纜繩。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述膜連接到所述肋拱。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述肋拱是I形截面。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述肋拱在它們從主結(jié)構(gòu)的纜繩或拱上方經(jīng)過處由主結(jié)構(gòu)的纜繩或拱來支撐。
21.根據(jù)權(quán)利要求16-20中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)支撐部件呈“托架”形式，該托架在每個(gè)支撐點(diǎn)上支撐在所述支撐結(jié)構(gòu)上并保持肋拱和張緊纜繩處于正確位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求16-20中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述肋拱的末端由一根邊緣纜繩保持在適當(dāng)位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求16-22中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述張緊機(jī)構(gòu)由穿繩滑輪組組成，使得所述纜繩末端逆著它的肋拱末端拉緊。
24.根據(jù)權(quán)利要求16-23中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述覆蓋膜本身是一種傳統(tǒng)的屋頂材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述覆蓋膜是一種織物并被橫向張緊，用中心張緊纜繩把所述織物拉成V形槽。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于所述覆蓋膜是一種膨脹的ETFE薄膜袋形式。
27.根據(jù)權(quán)利要求16-26中任何一個(gè)所述的覆蓋系統(tǒng)，其特征在于使用之間具有空氣空間的兩個(gè)或更多單個(gè)覆蓋膜。
全文摘要
一種拱結(jié)構(gòu)(12)包含幾個(gè)撐桿(14)和兩套纜繩(17，18)，撐桿(14)通過5個(gè)接頭(15)相互連接形成一拱(16)。所述拱(16)的兩端支撐在球窩接頭上，該球窩接頭固定在地上。
文檔編號E04B7/08GK1416491SQ0180634
公開日2003年5月7日 申請日期2001年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月10日
發(fā)明者愛德華·哈爾福德 申請人:彼得丹恩有限公司