專利名稱：徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穹頂結(jié)構(gòu)，尤其是一種徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
從遮風(fēng)擋雨及抵御侵害的基本要求，到各式各樣的表演聚會(huì)，建筑的功能隨著人們生活水平的提高在不斷演變。從古羅馬的萬神廟到現(xiàn)今的許多造型新穎的大跨度公共建筑(機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳、會(huì)展中心、大劇院、體育館等)，人們對(duì)于建筑在功能和形態(tài)上都在不斷綜合和創(chuàng)新?，F(xiàn)代建筑要求建筑由單一的功能向多功能化方向發(fā)展。例如多功能體育建筑既要為人們提供ー個(gè)遮風(fēng)擋雨的適宜空間進(jìn)行各種體育運(yùn)動(dòng)，又要體現(xiàn)出和大自然親近的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，還要能夠舉辦大型會(huì)議、比賽和演出。索桿張カ結(jié)構(gòu)體系由高強(qiáng)度索和壓桿組成，其質(zhì)量較小，收納率較大，且索桿連接的節(jié)點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)単。體系的基本特點(diǎn)是其一部分剛度由預(yù)應(yīng)カ提供，可以節(jié)省大量的材料；另外由于其應(yīng)力態(tài)恒定，它也是ー種結(jié)構(gòu)效率很高的體系。索穹頂結(jié)構(gòu)是由美國(guó)工程師Geiger首先提出的，它體現(xiàn)了 Fuller關(guān)于“拉カ海洋中的壓カ孤島”的張拉整體結(jié)構(gòu)思想，是ー種結(jié)構(gòu)效率極高額全張カ結(jié)構(gòu)。具有開啟式屋蓋的體育建筑越來越受到工程師的青睞，但目前國(guó)內(nèi)外已建成的開啟式屋蓋的跨度均不大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有開啟屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
ー種徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，包括邊環(huán)梁、脊索、環(huán)索、最內(nèi)圈撐桿、輔助撐桿、徑向索、上中心拉カ環(huán)索、下中心拉カ環(huán)索以及主動(dòng)索，所述的邊環(huán)梁由至少四根相同的梁首尾相連組成,上中心拉カ環(huán)索為ー根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿的上端形成ー個(gè)環(huán)；下中心拉カ環(huán)索為一根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿的下端形成一個(gè)環(huán)；脊索由多段拉索相連構(gòu)成，脊索的一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上，脊索的另一端連接在最內(nèi)圈撐桿上端，輔助撐桿上端與脊索的轉(zhuǎn)折點(diǎn)鉸接，輔助撐桿的下端與徑向索的一端鉸接，最外圈徑向索的另一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上，最內(nèi)圈徑向索的另一端連接在最內(nèi)圈撐桿的下端；環(huán)索為一根拉索依次穿越輔助撐桿的下端形成；所述主動(dòng)索的一端連接在最內(nèi)圈撐桿的中部，另一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上。所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，所述組成邊環(huán)梁的梁根數(shù)不小于4且不大于720。所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，所述的最內(nèi)圈撐桿標(biāo)高最高，以最內(nèi)圈撐桿為中心，沿脊索布置的輔助撐桿上端標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，同一環(huán)向上的輔助撐桿下端由環(huán)索相連。所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，上中心拉カ環(huán)索和下中心拉カ環(huán)索的每段拉索上套設(shè)第一鋼管，其長(zhǎng)度為相鄰最內(nèi)圈撐桿之間的距離；環(huán)索的每段拉索上套設(shè)第二鋼管，其長(zhǎng)度為相鄰輔助撐桿之間的距離。所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，所述的上中心拉カ環(huán)索、下中心拉カ環(huán)索、徑向索、脊索與環(huán)索為預(yù)應(yīng)カ拉索。所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，所述上中心拉カ環(huán)索、下中心拉カ環(huán)索、徑向索、脊索與環(huán)索采用高強(qiáng)度鋼絲、鋼絞線或者鋼絲繩。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明由錨固在邊環(huán)梁和最內(nèi)圈撐桿上的主動(dòng)索驅(qū)動(dòng)穹頂結(jié)構(gòu)的開啟，利用環(huán)索驅(qū)動(dòng)穹頂結(jié)構(gòu)的閉合，實(shí)現(xiàn)了索穹頂結(jié)構(gòu)的徑向開啟，其運(yùn)動(dòng)機(jī)理簡(jiǎn)單、構(gòu)造合理；本發(fā)明結(jié)構(gòu)的外荷載主要由索桿體系承擔(dān)，其自重輕，而且采用高強(qiáng)度拉索，結(jié)構(gòu)的剛度主要由預(yù)應(yīng)カ提供，其受カ性能十分優(yōu)越；另外，本結(jié)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)量遠(yuǎn)小于一般的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此給人一種簡(jiǎn)潔明快的效果，克服了常用折疊結(jié)構(gòu)感觀上桿件繁多凌亂的缺點(diǎn)；而且其設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，特別適合于具有大跨度開合屋蓋結(jié)構(gòu)。


圖I是本發(fā)明最內(nèi)圈撐桿示意 圖2是閉合狀態(tài)上中心拉カ環(huán)索及其外部鋼管示意 圖3是閉合狀態(tài)環(huán)索及其外部鋼管示意 圖4是運(yùn)動(dòng)過程本發(fā)明示意 圖5是運(yùn)動(dòng)過程中環(huán)索及其外部鋼管示意 圖6是環(huán)索及其外部鋼管預(yù)應(yīng)カ分析示意圖。圖中1，邊環(huán)梁；2，脊索；3，環(huán)索；4，撐桿；41，最內(nèi)圈撐桿；42，輔助撐桿；5，徑向索；61，上中心拉カ環(huán)索；62，下中心拉カ環(huán)索；7，主動(dòng)索；8，第一鋼管；9，第二鋼管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，如圖I所示，包括邊環(huán)梁I、脊索2、環(huán)索3、最內(nèi)圈撐桿41、輔助撐桿42、徑向索5、上中心拉カ環(huán)索61、下中心拉カ環(huán)索62和主動(dòng)索7，所述的邊環(huán)梁I是由n根梁首尾相連組成的正n邊形環(huán)梁，n不小于4且不大于720，所述的上中心拉カ環(huán)索61是由ー根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿41的上端，并形成一個(gè)環(huán)，在上中心拉カ環(huán)索61的每段拉索外套一根第一鋼管8，其長(zhǎng)度為最內(nèi)圈撐桿之間的距離，上中心拉カ環(huán)索61外部共有n根第一鋼管8，如圖2所示。所述的下中心拉カ環(huán)索62是由ー根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿41的下端，并形成ー個(gè)環(huán)，在下中心拉カ環(huán)索62的每段拉索外套一根第一鋼管8，其長(zhǎng)度為最內(nèi)圈撐桿之間的距離，、下中心拉カ環(huán)索62外部共有n根第一鋼管8。脊索2的一端錨固在邊環(huán)梁I上，脊索2的另一端與上中心拉カ環(huán)索61連接，脊索2是向下弧形輻射狀，由多段拉索相連構(gòu)成，輔助撐桿42的上端與脊索2的轉(zhuǎn)折點(diǎn)鉸接，輔助撐桿42的下端與最外圈徑向索5的一端和環(huán)索3鉸接，最外圈徑向索5的另一端也錨固在邊環(huán)梁I上，最內(nèi)圈徑向索5的一端與脊索2的轉(zhuǎn)折點(diǎn)鉸接，最內(nèi)圈徑向索5的另一端與最內(nèi)圈撐桿41的下端鉸接，主動(dòng)索7的一端連接在最內(nèi)圈撐桿41的中部，另一端錨固在邊環(huán)梁I接點(diǎn)上。所述的環(huán)索3沿環(huán)向閉合布置，每個(gè)環(huán)為ー根拉索依次穿過輔助撐桿42的端部，在輔助撐桿42之間的每段環(huán)索3上套ー根第二鋼管9，第二鋼管9的長(zhǎng)度為輔助撐桿42之間的距離，如圖3所示。所述的上中心拉カ環(huán)索61標(biāo)高最高，撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，所述的上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62、脊索2、環(huán)索3、徑向索5為預(yù)應(yīng)カ拉索，所述的撐桿可以是金屬桿棒或者金屬管，所述的邊環(huán)梁I為受壓邊環(huán)梁，一般可以用鋼筋混凝土梁，剛度大，受壓性能好，施工也方便，徑向索5、主動(dòng)索7和脊索2的錨固用的鋼板可預(yù)埋在該梁上，張拉操作空間寬敞，操作方便，所有預(yù)應(yīng)カ拉索可以采用高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線或者鋼絲繩，
徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)開啟過程為放松上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62和每根環(huán)索3的約束，使索穹頂結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)カ移除，也即索穹頂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，向邊環(huán)梁I處收縮主動(dòng)索7，隨著主動(dòng)索7的不斷收縮，環(huán)索的長(zhǎng)度不斷増大，結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍不斷減小，中央沒有索穹頂覆蓋的范圍越來越大，直至主動(dòng)索7的長(zhǎng)度減小為最小，結(jié)構(gòu)的開啟過程結(jié)束，開啟過程中的結(jié)構(gòu)構(gòu)形如圖4所示，第一鋼管8在運(yùn)動(dòng)過程中如圖5所示。徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)閉合過程為放松主動(dòng)索7的約束，不斷張拉上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62和環(huán)索3，上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62和環(huán)索3的長(zhǎng)度減小，從而使所有桿件不斷向中部移動(dòng)，直至每段上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62的長(zhǎng)度等于第一鋼管8的長(zhǎng)度以及每段環(huán)索3的長(zhǎng)度等于第二鋼管9的長(zhǎng)度，繼續(xù)張拉上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62和環(huán)索3，使桿件中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而使機(jī)構(gòu)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)。對(duì)于常規(guī)的索穹頂結(jié)構(gòu)，其預(yù)應(yīng)カ分布可以通過平衡矩陣?yán)碚撉蟮?，而本發(fā)明在上中心拉カ環(huán)索61和下中心拉カ環(huán)索62和環(huán)索3外面套了ー根鋼管，其預(yù)應(yīng)カ方式了改變，其計(jì)算示意圖如圖6所示。T11為索穹頂結(jié)構(gòu)本身自應(yīng)カ模態(tài)賦予上中心拉カ環(huán)索61或下中心拉カ環(huán)索62或環(huán)索3的拉カ'T2為與鋼管中壓カC平衡的索拉力，所以徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)上中心拉カ環(huán)索61或下中心拉カ環(huán)索62或環(huán)索3的預(yù)應(yīng)カ為T' + T2。
權(quán)利要求
1.一種徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于包括邊環(huán)梁、脊索、環(huán)索、最內(nèi)圈撐桿、輔助撐桿、徑向索、上中心拉力環(huán)索、下中心拉力環(huán)索以及主動(dòng)索，所述的邊環(huán)梁由至少四根相同的梁首尾相連組成，上中心拉力環(huán)索為一根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿的上端形成一個(gè)環(huán)；下中心拉力環(huán)索為一根拉索依次穿越最內(nèi)圈撐桿的下端形成一個(gè)環(huán)；脊索由多段拉索相連構(gòu)成，脊索的一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上，脊索的另一端連接在最內(nèi)圈撐桿上端，輔助撐桿上端與脊索的轉(zhuǎn)折點(diǎn)鉸接，輔助撐桿的下端與徑向索的一端鉸接，最外圈徑向索的另一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上，最內(nèi)圈徑向索的另一端連接在最內(nèi)圈撐桿的下端；環(huán)索為一根拉索依次穿越輔助撐桿的下端形成；所述主動(dòng)索的一端連接在最內(nèi)圈撐桿的中部，另一端錨固在邊環(huán)梁接點(diǎn)上。
2.權(quán)利要求I所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述組成邊環(huán)梁的梁根數(shù)不小于4且不大于720。
3.權(quán)利要求2所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的最內(nèi)圈撐桿標(biāo)高最高，以最內(nèi)圈撐桿為中心，沿脊索布置的輔助撐桿上端標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，同一環(huán)向上的輔助撐桿下端由環(huán)索相連。
4.權(quán)利要求I或2或3所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上中心拉力環(huán)索和下中心拉力環(huán)索的每段拉索上套設(shè)第一鋼管，其長(zhǎng)度為相鄰最內(nèi)圈撐桿之間的距離；環(huán)索的每段拉索上套設(shè)第二鋼管，其長(zhǎng)度為相鄰輔助撐桿之間的距離。
5.權(quán)利要求4所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上中心拉力環(huán)索、下中心拉力環(huán)索、徑向索、脊索為預(yù)應(yīng)力拉索。
6.權(quán)利要求5所述徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上中心拉力環(huán)索、下中心拉力環(huán)索、徑向索、脊索采用高強(qiáng)度鋼絲、鋼絞線或者鋼絲繩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種徑向開啟式索穹頂結(jié)構(gòu)，包括邊環(huán)梁、脊索、環(huán)索、最內(nèi)圈撐桿、輔助撐桿、徑向索、上中心拉力環(huán)索、下中心拉力環(huán)索以及主動(dòng)索。由錨固在邊環(huán)梁和最內(nèi)圈撐桿上的主動(dòng)索驅(qū)動(dòng)穹頂結(jié)構(gòu)的開啟，利用環(huán)索驅(qū)動(dòng)穹頂結(jié)構(gòu)的閉合，實(shí)現(xiàn)了索穹頂結(jié)構(gòu)的徑向開啟，其運(yùn)動(dòng)機(jī)理簡(jiǎn)單、構(gòu)造合理；本發(fā)明結(jié)構(gòu)的外荷載主要由索桿體系承擔(dān)，其自重輕，而且采用高強(qiáng)度拉索，結(jié)構(gòu)的剛度主要由預(yù)應(yīng)力提供，其受力性能十分優(yōu)越；另外，本結(jié)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)量遠(yuǎn)小于一般的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此給人一種簡(jiǎn)潔明快的效果，克服了常用折疊結(jié)構(gòu)感觀上桿件繁多凌亂的缺點(diǎn)；而且其設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，特別適合于具有大跨度開合屋蓋結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E04B7/08GK102619301SQ201210060100
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者馮健, 蔡建國(guó) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)