专利名称：索杆弦支穹顶的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶，具体为索杆弦支穹顶。
背景技术：
近年来随着预应力钢结构的发展，涌现出了一大批新型结构体系，如索穹顶和弦支穹顶结构。索穹顶，具有构造简单，体系轻盈，绝大部分构件为受拉构件等特点；弦支穹顶是将索穹顶和单层网壳结合在一起而形成的新结构，增大了屋面刚度，降低施工难度。但是这两种结构体系还分别存在以下不足(1)索穹顶结构上下两层均为柔性体系，除撑杆之外的杆件均不能承担压力，使得索穹顶的施工难度很大，虽然面世多年，但是至今建成的实际结构很少。
(2)为保证索穹顶结构所有的索都处于受拉状态，必须提高预应力量级，使得压杆和边环梁等的应力增大，所以必须设置非常牢固的支座或者在支座处布置巨大的环梁，加重了支撑结构负担，浪费材料。
(3)由于索穹顶大部分杆件为受拉的索，使得索穹顶结构整体刚度不大，在荷载作用下变形较大，屋面材料一般为轻质的膜结构等。
(4)弦支穹顶结构上层单层网壳中绝大部分杆件受压，不利于受压构件的平面外稳定和上层单层网壳的平面外局部稳定性。
(5)弦支穹顶上层单层网壳内力由下层钢索和者外荷载作用被动产生，不能自我调整内力，使得上层单层网壳环向杆件大部分被动受压，不能自我调整以减小压力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种索杆弦支穹顶结构，这种结构结合了索穹顶和弦支穹顶的优点，受力简洁，压杆少，其自身形成封闭的受力体系减小或消除对支座和边环梁的作用，稳定性和承载力高，大大节约了材料。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案包括上下两部分，上层由中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成，上径向杆2在穹顶中心处与中心压力环1连接，在周边与边环梁7连接，中间与上环向索3连接，上层呈网格形布置。下层由下径向索5、下环向索6和撑杆4组成，撑杆4的上端与上层节点连接，下端与下层节点连接，下径向索5一端与撑杆4下端节点连接，另一端与穹顶上层节点连接，下环向索6沿环向闭合布置，与下径向索5和撑杆4的下端节点连接；上下两层在边环梁7处汇交在一起。通过张拉下环向索6或者下径向索5或者调整撑杆4的长度，在结构中施加预应力，并可通过张拉或放松上环向索3调整构件的内力。
所述的上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7连接成的网格形式是肋环形。
所述的下径向索5单根沿径向布置，其一端与撑杆4的下端连接，另一端与上层节点连接。
所述的上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7连接成的网格形式是联方形。
所述的下径向索5双根交叉成“V”型布置，其交叉端与撑杆4的下端连接，另两端分别与上层的不同节点连接。
所述的撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为锐角。
所述的上层结构的外轮廓形状可以为圆形或椭圆形或多边形。
所述的上环向索3、下径向索5、下环向索6可以为柔性钢丝绳、钢铰线、缆索等或钢拉杆。
所述的上径向杆2为可有承受压力的刚性杆，可以是圆形或方形的钢管也可以是各种型钢等。
所述的下径向索5可以单根沿径向布置，也可以双根交叉布置。
由于这种索杆弦支穹顶的所有刚性杆受压、所有柔性杆受拉，使其受力简洁、计算设计非常方便。另外，上层径向压杆的内力非常接近，故可采用统一规格的杆件，加工制造非常方便。
由于在不布置边环梁的情况下，这种穹顶也可以形成了力封闭体系，所以，在正常荷载作用下，可以消除对边缘支撑结构的水平作用力，不需要布置巨大的环梁或者加大支座，减少了支撑结构的材料消耗，降低了成本。
由于本发明的索杆弦支穹顶的上层布置了能够承担压力的上径向杆，使屋面刚度得到了显著提高，所以屋面可用刚性轻质板也可用柔性模材料，适用范围广，并能够跨越更大的跨度。
由于本发明的受压杆件少，受拉杆件多，且均为高强钢索，充分发挥了材料强度，所以其自重比弦支穹顶更轻，可跨越跨度更大。本发明上层结构径向杆端弯矩很小，上径向杆之间可以刚接也可以铰接。当采用铰接节点时，可以形成张拉整体结构，大大方便了施工。
由于本发明的上环向索可以拉紧也可以放松，所以可以通过拉紧或者放松上环向索，调整上径向杆的压力，使其压力值更小、更均匀，从而提高整个结构的稳定性和极限承载力。由于一方面上径向杆的压力得到了减小，另一方面与上径向杆相连的上环向索为拉力，这样加强了对上层的节点位置的约束作用，从而使与该节点相连的压杆构件稳定性得到了提高。
图1上层为联方形网格的索杆弦支穹顶立体轴侧2为图1所示的圆形索杆穹顶上层索杆体系布置3为图1所示的椭圆形索杆穹顶上层索杆体系布置4为图1所示的圆形索杆穹顶下层支撑体系轴侧5为图1所示的椭圆形索杆穹顶下层支撑体系轴侧6为图1所示的索杆穹顶结构剖面7上层为肋环形网格的索杆弦支穹顶立体轴侧8为图7所示的索杆穹顶下层支撑体系轴侧9为图7所示的索杆穹顶上层索杆体系布置图具体实施方式
下面结合图1～如9详细说明本实施例。
实施例1如图1、图2、图4、图6所示，本实施例主要包括上下两部分，上层由中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成，上径向杆2在穹顶中心处与中心环梁1铰接，在周边与边环梁7铰接，中间与上环向索3铰接，呈联方形网格布置，网格外形轮廓形状为圆形。下层由下径向索5、下环向索6和撑杆4组成，撑杆4的上端与上层节点连接，下端与下层节点连接；下径向索5双根交叉成“V”型布置，其交叉端与撑杆4的下端连接，另两端分别与上层的不同节点连接。下环向索6沿环向闭合布置，与下径向索5和撑杆4的下端节点连接；上下两层在边环梁7处汇交在一起。
撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为60度。上环向索3、下径向索5、下环向索6选为柔性钢丝绳，上径向杆2选用是圆形钢管。通过张拉下环向索6，在结构中施加预应力。
实施例2如图3、图5所示，本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于其上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为椭圆形。撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为70度。上环向索3、下径向索5、下环向索6选为钢铰线，上径向杆2选用是方形钢管。
实施例3本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于其上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为多边形。撑杆4的长度应保证下径向索5与撑杆4的交角为55度。上环向索3、下径向索5、下环向索6选为缆索，上径向杆2选用是型钢。
实施例4
如图7～图9所示，本实施例与实施例1的部分结构相同，不同之处在于上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格形式为肋环型；并且下层径向索5单根沿径向布置，其一端与撑杆4的下端连接，另一端与上层节点连接。上环向索3、下径向索5、下环向索6选为柔性钢丝绳，上径向杆2选用是钢拉杆。
实施例5本实施例与实施例4的结构相同，不同之处仅在于其上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为椭圆形。
实施例6本实施例与实施例4的结构相同，不同之处仅在于其上层中心压力环1、上径向杆2、上环向索3和边环梁7组成的网格外形轮廓形状为多边形。
实施例7本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于其上层上径向杆2与中心压力环1刚性连接，上层径向杆2与边环梁7钢性连接。
这种索杆弦支穹顶结构结合了索穹顶和弦支穹顶结构的优点，即保证了足够的刚度又能够实现张拉整体，支座推力很小，有效降低材料消耗，充分利用材料受拉强度，使内力转移到承载能力高的钢索中，其重量更轻。受压的上径向杆压力小，稳定性和极限承载力高，能够满足建造更大跨度得需要。
权利要求
1.索杆弦支穹顶，其特征在于包括上下两部分，上层包括有中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)，其中，上径向杆(2)在穹顶中心处与中心压力环(1)连接，在周边与边环梁(7)连接，中间与上环向索(3)连接，上层呈网格形布置；下层包括有下径向索(5)、下环向索(6)和撑杆(4)，撑杆(4)的上端与上层节点连接，下径向索(5)的两端分别与撑杆(4)的下端和上层节点连接，在下径向索(5)和撑杆(4)的连接处还连接有下环向索(6)，下环向索(6)沿环向闭合布置；上下两层在边环梁(7)处汇交在一起。
2.根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的上层中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)连接成的网格形式是肋环形。
3.根据权利要求2所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的下径向索(5)单根沿径向布置，其一端与撑杆(4)的下端连接，另一端与上层节点连接。
4.根据权利要求1所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的上层中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)连接成的网格形式是联方形。
5.根据权利要求4所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的下径向索(5)双根交叉成“V”型布置，其交叉端与撑杆(4)的下端连接，另两端分别与上层的不同节点连接。
6.根据权利以要求1所述的索杆弦支穹顶，其特征在于下径向索(5)与撑杆(4)的交角为锐角。
7.根据权利以要求1所述的索杆弦支穹顶，其特征在于上层结构的外轮廓形状可以为圆形或椭圆形或多边形。
8.根据权利以要求1或权利要求7所述的所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的上环向索(3)、下径向索(5)、下环向索(6)为柔性钢丝绳或钢铰线或缆索或钢拉杆。
9.根据权利以要求1或权利要求7所述的所述的索杆弦支穹顶，其特征在于所述的上径向杆(2)是圆形钢管或方形钢管或型钢。
全文摘要
本发明涉及建筑领域应用的一种穹顶，具体为索杆弦支穹顶。包括上下两部分，上层包括有中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向索(3)和边环梁(7)，上径向杆(2)在穹顶中心处与中心压力环(1)连接，在周边与边环梁(7)连接，中间与上环向索(3)连接，上层呈网格形布置。下层包括有下径向索(5)、下环向索(6)和撑杆(4)，撑杆(4)的上端与上层节点连接，下径向索(5)的两端分别与撑杆(4)的下端和上层节点连接，在下径向索(5)和撑杆(4)的连接处还连接有下环向索(6)，下环向索沿环向闭合布置，上下两层在边环梁处汇交在一起。本发明结构受力简洁，压杆的杆构件稳定性和整个结构的整体稳定性高，极限承载力大。
文档编号E04B7/14GK101029522SQ20071006496
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月30日 优先权日2007年3月30日
发明者张爱林, 刘学春, 张庆亮, 王冬梅, 李鹏飞, 鞠晓臣, 王敬仁 申请人:北京工业大学