多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，包括剛性外環(huán)、柔性拉索內(nèi)環(huán)體系、上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，在所述上弦剛梁體系下方設(shè)置有至少一道柔性拉索中環(huán)，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部?jī)?nèi)環(huán)索和下部?jī)?nèi)環(huán)索組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁組成，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對(duì)應(yīng)剛性梁下方的多級(jí)拉索，在所述柔性拉索中環(huán)與剛性梁之間設(shè)置有豎向撐桿，在各級(jí)拉索與對(duì)應(yīng)剛性梁之間分別設(shè)置有豎向撐桿。本發(fā)明主要以軸向力抵抗外荷載，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量，而剛性梁又可承擔(dān)局部的彎矩，從而使得屋面可采用多種曲面造型，便于采用剛性屋面板，在體育場(chǎng)、足球場(chǎng)等大型公共建筑中具有廣泛的適用性。
【專利說(shuō)明】
多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]1962年美國(guó)著名建筑師Fuller提出了由索桿體系組成的張拉整體結(jié)構(gòu)(Tensegrity Systems)的思想。80年代，美國(guó)著名工程師Geiger對(duì)FulIer的思想進(jìn)行演變和發(fā)展，提出了索穹頂結(jié)構(gòu)體系(Cable Domes)，該體系被成功運(yùn)用于漢城奧運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)館(直徑119.8m和89.8m)、亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館(240mX 193m)等多項(xiàng)工程中。由于真正意義上的張拉整體結(jié)構(gòu)較難在大型結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用，科研工作者轉(zhuǎn)而探索實(shí)用性強(qiáng)的包含張拉整體結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)體系。其中車(chē)輻式張拉結(jié)構(gòu)傳力直接、輕盈美觀，被廣泛應(yīng)用于中部開(kāi)口的非封閉大跨度建筑(如體育場(chǎng)、足球場(chǎng)等)中，如波蘭華沙國(guó)家體育場(chǎng)(314m X280 m)、釜山體育場(chǎng)(180mX152 m)、巴西馬拉卡納體育場(chǎng)(298mX260m)以及國(guó)內(nèi)的深圳寶安體育場(chǎng)(230mX237 m)和佛山世紀(jì)蓮體育場(chǎng)(直徑310m)等。他們的屋蓋無(wú)一例外的采用了柔性的輕質(zhì)膜材作為覆蓋材料，膜材雖然具有通透性好、自潔性好等特點(diǎn)，但造價(jià)高、對(duì)風(fēng)敏感、易老化、使用壽命小于建筑周期；同時(shí)膜材特有的建筑表現(xiàn)方式，不能完全滿足多樣化的建筑造型需求。剛性屋面(如直立鎖邊板)造價(jià)低、耐久性好、可適應(yīng)各種建筑造型，是應(yīng)用更為廣泛的屋面材料。然而車(chē)輻式張拉結(jié)構(gòu)由于為全索桿體系，導(dǎo)致其難以采用剛性屋面，極大限制了其適用范圍。已有部分專家學(xué)者提出了便于采用剛性屋面的剛?cè)犭s交結(jié)構(gòu)，如張弦結(jié)構(gòu)、弦支穹頂結(jié)構(gòu)，利用撐桿連接上弦抗彎受壓構(gòu)件和下弦抗拉構(gòu)件形成自平衡體系，結(jié)構(gòu)的剛度較大，屋面覆蓋材料的適用范圍更廣。但張弦結(jié)構(gòu)與弦支穹頂結(jié)構(gòu)的上弦均為連續(xù)的剛性體系，如梁、桁架、網(wǎng)殼等，常用于體育館、會(huì)展館等封閉的建筑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種適用于中部開(kāi)口的非封閉建筑的新型張拉結(jié)構(gòu)體系，且便于采用剛性屋面的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明技術(shù)的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式:多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開(kāi)口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，在所述上弦剛梁體系下方設(shè)置有至少一道柔性拉索中環(huán)，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部?jī)?nèi)環(huán)索和下部?jī)?nèi)環(huán)索組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁組成，所述剛性梁的兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)連接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對(duì)應(yīng)剛性梁下方的多級(jí)拉索，最內(nèi)一級(jí)的拉索一端與下部?jī)?nèi)環(huán)索連接，其另一端與剛性梁連接，中間級(jí)的拉索一端與柔性拉索中環(huán)連接，其另一端與剛性梁連接，最外一級(jí)的拉索一端與最外一道的柔性拉索中環(huán)連接，其另一端與剛性外環(huán)連接，在所述柔性拉索中環(huán)與剛性梁之間設(shè)置有豎向撐桿，在各級(jí)拉索與對(duì)應(yīng)剛性梁之間分別設(shè)置有豎向撐桿。
[0005]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述剛性梁的兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索和剛性外環(huán)鉸接，各級(jí)拉索及豎向撐桿的兩端分別與對(duì)應(yīng)部件鉸接。
[0006]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其在相鄰的中間級(jí)柔性拉索中環(huán)之間設(shè)置有抗風(fēng)索，所述抗風(fēng)索兩端分別與對(duì)應(yīng)柔性拉索中環(huán)和剛性梁連接。
[0007]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述抗風(fēng)索一端與靠外側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)鉸接，其另一端與靠?jī)?nèi)側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)對(duì)應(yīng)上方的剛性梁處鉸接。
[0008]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其在所述上部?jī)?nèi)環(huán)索和下部?jī)?nèi)環(huán)索之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架。
[0009]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述斜腹桿兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索和下部?jī)?nèi)環(huán)索鉸接。
[0010]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對(duì)應(yīng)配合。
[0011]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對(duì)應(yīng)配合。
[0012]本發(fā)明所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對(duì)應(yīng)配合。
[0013]本發(fā)明主要以軸向力抵抗外荷載，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量，而剛性梁又可承擔(dān)局部的彎矩，從而使得屋面可采用多種曲面造型，便于采用剛性屋面板，在體育場(chǎng)、足球場(chǎng)等大型公共建筑中具有廣泛的適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明中上弦剛梁體系的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明中柔性拉索內(nèi)環(huán)體系與下弦張拉索桿體系的連接示意圖。
[0017]圖4是圖1的局部放大圖。
[0018]圖5和圖6是本發(fā)明中豎向撐桿兩端鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7是本發(fā)明中豎向撐桿和拉索同剛性梁鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖8是本發(fā)明中上部?jī)?nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖9是本發(fā)明中下部?jī)?nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖10是本發(fā)明中柔性拉索中環(huán)鉸接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖11是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系輻射式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖12是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系三角式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖13是本發(fā)明中上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系交叉式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中標(biāo)記:I為剛性外環(huán)，2為柔性拉索中環(huán)，3a為上部?jī)?nèi)環(huán)索，3b為下部?jī)?nèi)環(huán)索，4為剛性梁，5a為拉索，5b為豎向撐桿，6為抗風(fēng)索，7為環(huán)向桁架。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。
[0029]如圖1-10所示，多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)
1、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開(kāi)口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)I與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，在所述上弦剛梁體系下方設(shè)置有至少一道柔性拉索中環(huán)2，本實(shí)施例為二級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部?jī)?nèi)環(huán)索3a和下部?jī)?nèi)環(huán)索3b組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁4組成，所述剛性梁4的兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索3a和剛性外環(huán)I鉸接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對(duì)應(yīng)剛性梁4下方的多級(jí)拉索5a，最內(nèi)一級(jí)的拉索5a—端與下部?jī)?nèi)環(huán)索3b鉸接，其另一端與剛性梁4鉸接，中間級(jí)的拉索5a—端與柔性拉索中環(huán)2鉸接，其另一端與剛性梁4鉸接，最外一級(jí)的拉索5a—端與最外一道的柔性拉索中環(huán)2鉸接，其另一端與剛性外環(huán)I鉸接，在所述柔性拉索中環(huán)2與剛性梁4之間設(shè)置有豎向撐桿5b，所述豎向撐桿兩端分別與柔性拉索中環(huán)和剛性梁鉸接，在各級(jí)拉索5a與對(duì)應(yīng)剛性梁4之間分別設(shè)置有豎向撐桿5b，所述豎向撐桿分別與拉索和剛性梁鉸接。
[0030]其中，在相鄰的中間級(jí)柔性拉索中環(huán)2之間設(shè)置有抗風(fēng)索6，所述抗風(fēng)索6—端與靠外側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)2鉸接，其另一端與靠?jī)?nèi)側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)2對(duì)應(yīng)上方的剛性梁4鉸接，在所述上部?jī)?nèi)環(huán)索3a和下部?jī)?nèi)環(huán)索3b之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架7，所述斜腹桿兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索3a和下部?jī)?nèi)環(huán)索3b鉸接，屋面覆蓋材料設(shè)置于上弦剛梁體系上。
[0031]本發(fā)明的受力原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:該結(jié)構(gòu)體系兼具張拉結(jié)構(gòu)體系與剛性結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)。通過(guò)在拉索中施加預(yù)張力，使上、下部?jī)?nèi)環(huán)索、柔性拉索中環(huán)、下弦拉索、上弦剛性梁受拉，剛性外環(huán)和豎向撐桿受壓，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于一種自平衡的張緊狀態(tài)，具有很好的結(jié)構(gòu)剛度。結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外呈逐級(jí)受力狀態(tài)，從整體受力上看，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向下的荷載時(shí)，上弦剛性梁及上部?jī)?nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，下弦拉索及下部?jī)?nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載;當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向上的荷載時(shí)，下弦拉索及下部?jī)?nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，上弦剛性梁及上部?jī)?nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載;若需要進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)剛度，可在上、下部?jī)?nèi)環(huán)索之間布置斜向構(gòu)件，形成內(nèi)環(huán)帶桁架。而從局部受力上看，下弦拉索通過(guò)豎向撐桿彈性支撐上弦剛性梁，減小剛性梁的局部彎矩;抗風(fēng)斜索降低上弦剛性梁在風(fēng)荷載作用下的彎矩。該多級(jí)剛弦張拉結(jié)構(gòu)在相同懸挑跨度下大大降低上下弦間距，減小了撐桿高度，在保證受力效率的同時(shí)，有效的解決了傳統(tǒng)車(chē)輻式張拉結(jié)構(gòu)撐桿較高，影響場(chǎng)內(nèi)空間的缺陷。
[0032]如圖11所示，所述若干剛性梁4和若干拉索5a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對(duì)應(yīng)配合;或者，如圖12所示，所述若干剛性梁4和若干拉索5a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對(duì)應(yīng)配合;或者，如圖13所示，所述若干剛性梁4和若干拉索5a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對(duì)應(yīng)配合。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)外邊緣處的剛性外環(huán)(I)、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開(kāi)口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)(I)與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的上弦剛梁體系和下弦張拉索桿體系，在所述上弦剛梁體系下方設(shè)置有至少一道柔性拉索中環(huán)(2)，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部?jī)?nèi)環(huán)索(3a)和下部?jī)?nèi)環(huán)索(3b)組成，所述上弦剛梁體系由若干剛性梁(4)組成，所述剛性梁(4)的兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索(3a)和剛性外環(huán)(1)連接，所述下弦張拉索桿體系包括若干設(shè)置在對(duì)應(yīng)剛性梁(4)下方的多級(jí)拉索(5a)，最內(nèi)一級(jí)的拉索(5a)—端與下部?jī)?nèi)環(huán)索(3b)連接，其另一端與剛性梁(4)連接，中間級(jí)的拉索(5a)—端與柔性拉索中環(huán)(2)連接，其另一端與剛性梁(4)連接，最外一級(jí)的拉索(5a)—端與最外一道的柔性拉索中環(huán)(2)連接，其另一端與剛性外環(huán)(I)連接，在所述柔性拉索中環(huán)(2)與剛性梁(4)之間設(shè)置有豎向撐桿(5b)，在各級(jí)拉索(5a)與對(duì)應(yīng)剛性梁(4)之間分別設(shè)置有豎向撐桿(5b)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性梁(4)的兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索(3a)和剛性外環(huán)(I)鉸接，各級(jí)拉索(5a)及豎向撐桿(5b)的兩端分別與對(duì)應(yīng)部件鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:在相鄰的中間級(jí)柔性拉索中環(huán)(2)之間設(shè)置有抗風(fēng)索(6)，所述抗風(fēng)索(6)兩端分別與對(duì)應(yīng)柔性拉索中環(huán)(2)和剛性梁(4)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述抗風(fēng)索(6)—端與靠外側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)(2)鉸接，其另一端與靠?jī)?nèi)側(cè)的一道柔性拉索中環(huán)(2)對(duì)應(yīng)上方的剛性梁(4)處鉸接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述上部?jī)?nèi)環(huán)索(3a)和下部?jī)?nèi)環(huán)索(3b)之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架(7)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斜腹桿兩端分別與上部?jī)?nèi)環(huán)索(3a)和下部?jī)?nèi)環(huán)索(3b)鉸接。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述若干剛性梁(4)和若干拉索(5a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對(duì)應(yīng)配合。8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述若干剛性梁(4)和若干拉索(5a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對(duì)應(yīng)配合。9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的多級(jí)車(chē)輻式剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述若干剛性梁(4)和若干拉索(5a)分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對(duì)應(yīng)配合。
【文檔編號(hào)】E04B7/14GK106088338SQ201610606975
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日 公開(kāi)號(hào)201610606975.8, CN 106088338 A, CN 106088338A, CN 201610606975, CN-A-106088338, CN106088338 A, CN106088338A, CN201610606975, CN201610606975.8
【發(fā)明人】馮遠(yuǎn), 向新岸, 王立維, 姚麗, 吳雨杭, 邱添
【申請(qǐng)人】中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司