一种分段张弦预应力巨型网壳结构的制作方法

本发明涉及一种建筑结构用屋盖结构，具体地说是一种适用于超大跨度屋盖的分段张弦预应力巨型网壳结构。

背景技术：

随着社会经济的不断发展，人们对大跨空间结构的跨越能力提出了越来越高的要求，新的建筑材料、建造技术、分析理论等的不断涌现也推动着大跨空间结构向超大跨度发展。而随着结构跨度的增加，单一形式的传统大跨空间结构受力性能不合理性越来越突出，已无法适应超大跨度发展的需求。工程师们也在不断探索，提出了各种新型结构体系，如弦支穹顶、索穹顶、局部双层结构以及巨型网格结构等。随着预应力技术在钢结构体系中的应用与发展，在巨型网壳结构基础上引入预应力体系后，可进一步改善结构的受力性能，增强结构的跨越能力。然而，合理的预应力体系布置需综合考虑，现有张弦梁结构中撑杆长度随结构跨度增大而增大，撑杆稳定问题突出，而且拉索的通长布置也显著影响了室内空间。如将部分索和撑杆布置在结构外侧，则索和撑杆外露，受外界环境影响较大，不利于结构的维护，也不利于屋面布置与防水处理，影响结构的耐久性和屋面美观。

技术实现要素：

全跨竖向均布荷载作用下，拱在平面内的变形为中部凹陷，两侧凸起，拱可大致分为三个受力敏感区段；而在半跨竖向均布荷载作用下，拱的平面内变形为受荷载作用半跨凹陷，非受荷载作用半跨凸起，拱可大致分为两个受力敏感区段，考虑到半跨荷载可分别作用在左右半跨，因此，左右两侧均为拱的受力敏感区段。综合以上两种荷载工况，可将拱分为大致等长的三个受力敏感区段：左、右两侧及跨中拱段。

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，基于拱的受力特点并结合巨型网壳结构与预应力体系概念，提出一种分段张弦预应力巨型网壳结构，能以合理的受力性能实现结构超大跨，且能明显减小结构对使用空间的占用，同时，索和撑杆均布置在立体桁架拱下部，有利于结构维护及屋面布置与防水处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分段张弦预应力巨型网壳结构，包括交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳和布置于交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳下部的预应力索杆体系及稳定索系；所述交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳是由若干纵向立体桁架与横向立体桁架拱垂直交叉构成的大网格结构，所述纵向立体桁架与横向立体桁架拱交叉处构成各横向立体桁架拱的主节点；所述预应力索杆体系由各中间横向立体桁架拱下部对称布置的分段张弦预应力平面索杆体系构成，所述各分段张弦预应力平面索杆体系分成大致等长的三段，分别布置于所述各中间横向立体桁架拱的两侧及跨中，各段均由独立的一根预应力拉索与若干撑杆构成，所述各预应力拉索两端锚固于所述中间横向立体桁架拱的主节点，所述撑杆布置于各段内所述中间横向立体桁架拱的主节点与所述预应力拉索之间，各相邻段预应力拉索在所述中间横向立体桁架拱的相邻两主节点之间相互交叉。

进一步，所述稳定索系由各分段张弦预应力平面索杆体系的撑杆下端之间沿结构纵向平行布置的稳定索构成，所述各稳定索两端锚固于两端横向立体桁架拱的主节点。

进一步，所述各稳定索不施加预应力，仅保证所述各撑杆在其所在中间立体桁架拱平面外的稳定性。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明这种分段张弦预应力巨型网壳结构中预应力体系是基于拱的受力特点布置的，将预应力索杆体系分别布置于巨型网壳结构各立体桁架拱的各受力敏感区段内，可较好地约束各立体桁架拱的变形，进而提高整体结构的受力性能，较经济地实现结构超大跨；与普通张弦梁结构相比，分段张弦预应力立体桁架拱的撑杆长度大为减小，避免了结构跨度过大使得撑杆过长而导致的撑杆失稳问题，并能明显减小结构对使用空间的占用；索和撑杆均布置在立体桁架拱下部，有利于结构维护、屋面布置与防水处理，且两侧与跨中的撑杆长度和索中预应力值可分别调节。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳的结构示意图；

图3为图1所示实施例的预应力索杆体系的结构示意图；

图4为图3所示预应力索杆体系的c-c方向视图；

图5为图1所示实施例的稳定索系的结构示意图；

图6为图1所示实施例的预应力索杆体系与稳定索系组合的结构示意图；

图7为图1所示实施例的a-a剖面图；

图8为图1所示实施例的b-b剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

参照图1至图8，本实施例包括交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳i和布置于交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳下部的预应力索杆体系ii及稳定索系iii；所述交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳ⅰ是由若干纵向立体桁架1与横向立体桁架拱垂直交叉构成的大网格结构，所述纵向立体桁架1与各中间横向立体桁架拱2交叉处构成中间横向立体桁架拱主节点4，与两端横向立体桁架拱3交叉处构成端部横向立体桁架拱的主节点5；所述预应力索杆体系ii由各中间横向立体桁架拱2下部对称布置的分段张弦预应力平面索杆体系6构成，所述各分段张弦预应力平面索杆体系6分成大致等长的三段，分别布置于所述各中间横向立体桁架拱2的两侧及跨中，各段均由独立的一根预应力拉索7与若干撑杆8构成，所述各预应力拉索7两端锚固于所述中间横向立体桁架拱2的主节点4，所述撑杆8布置于各段内所述中间横向立体桁架拱2的主节点4与所述预应力拉索7之间，各相邻段预应力拉索7在所述中间横向立体桁架拱2的相邻两主节点之间相互交叉。

所述稳定索系iii由各分段张弦预应力平面索杆体系6的撑杆8下端之间沿结构纵向平行布置的稳定索9构成，所述各稳定索9两端锚固于两端横向立体桁架拱3的主节点5。所述各稳定索9不施加预应力，仅保证所述各撑杆8在其所在中间立体桁架拱平面外的稳定性。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种分段张弦预应力巨型网壳结构，包括交叉立体桁架系圆柱面巨型网壳、预应力索杆体系及稳定索系，所述预应力索杆体系由各中间横向立体桁架拱下部对称布置的分段张弦预应力平面索杆体系构成，各分段张弦预应力平面索杆体系分成大致等长的三段，分别布置于所述各中间横向立体桁架拱的两侧及跨中，所述稳定索系由各分段张弦预应力平面索杆体系的撑杆下端之间沿结构纵向平行布置的稳定索构成，所述各稳定索两端锚固于两端横向立体桁架拱的主节点。本发明避免了结构跨度过大使得撑杆过长而导致的撑杆失稳问题，并能明显减小结构对使用空间的占用，索和撑杆均布置在立体桁架拱下部，便于结构维护、屋面布置与防水处理。

技术研发人员：贺拥军;王继新;周绪红
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2017.11.27
技术公布日：2018.04.06