车辐式下置刚弦张拉结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辐式下置刚弦张拉结构，包括设置在结构边缘处的刚性外环体系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环以及设置在刚性外环体系与柔性拉索内环之间的上弦张拉悬索体系和下弦刚梁体系，所述刚性外环体系由上部刚性外环和下部刚性外环组成，所述上、下部刚性外环之间设置有支撑杆件，所述下弦刚梁体系由若干刚性梁组成，所述上弦张拉悬索体系包括若干设置在对应刚性梁上方的拉索以及设置在刚性梁与拉索之间且沿拉索布置方向设置的多根竖向吊索。本发明主要以轴向力抵抗外荷载，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量，而刚性梁又可承担局部的弯矩，从而使得屋面可采用多种曲面造型，便于采用刚性屋面板，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。
【专利说明】
车辐式下置刚弦张拉结构
技术领域
[0001]本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种车辐式下置刚弦张拉结构。
【背景技术】
[0002]1962年美国著名建筑师Fuller提出了由索杆体系组成的张拉整体结构(Tensegrity Systems)的思想。80年代，美国著名工程师Geiger对FulIer的思想进行演变和发展，提出了索穹顶结构体系(Cable Domes)，该体系被成功运用于汉城奥运会体育场馆(直径119.8m和89.8m)、亚特兰大奥运会主体育馆(240mX 193m)等多项工程中。由于真正意义上的张拉整体结构较难在大型结构工程中应用，科研工作者转而探索实用性强的包含张拉整体结构原理的结构体系。其中车辐式张拉结构传力直接、轻盈美观，被广泛应用于中部开口的非封闭大跨度建筑(如体育场、足球场等)中，如波兰华沙国家体育场(314m X280 m)、釜山体育场(180mX152 m)、巴西马拉卡纳体育场(298mX260m)以及国内的深圳宝安体育场(230mX237 m)和佛山世纪莲体育场(直径310m)等。他们的屋盖无一例外的采用了柔性的轻质膜材作为覆盖材料，膜材虽然具有通透性好、自洁性好等特点，但造价高、对风敏感、易老化、使用寿命小于建筑周期；同时膜材特有的建筑表现方式，不能完全满足多样化的建筑造型需求。刚性屋面(如直立锁边板)造价低、耐久性好、可适应各种建筑造型，是应用更为广泛的屋面材料。然而车辐式张拉结构由于为全索杆体系，导致其难以采用刚性屋面，极大限制了其适用范围。已有部分专家学者提出了便于采用刚性屋面的刚柔杂交结构，如张弦结构、弦支穹顶结构，利用撑杆连接上弦抗弯受压构件和下弦抗拉构件形成自平衡体系，结构的刚度较大，屋面覆盖材料的适用范围更广。但张弦结构与弦支穹顶结构的上弦均为连续的刚性体系，如梁、桁架、网壳等，常用于体育馆、会展馆等封闭的建筑。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于:针对上述存在的问题，提供一种适用于中部开口的非封闭建筑的新型张拉结构体系，且便于采用刚性屋面的车辐式下置刚弦张拉结构。
[0004]本发明技术的技术方案实现方式:车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:包括设置在结构边缘处的刚性外环体系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环以及设置在刚性外环体系与柔性拉索内环之间的上弦张拉悬索体系和下弦刚梁体系，所述刚性外环体系由上部刚性外环和下部刚性外环组成，所述上部刚性外环和下部刚性外环之间设置有支撑杆件，所述下弦刚梁体系由若干刚性梁组成，所述刚性梁的两端分别与下部刚性外环和柔性拉索内环连接，所述上弦张拉悬索体系包括若干设置在对应刚性梁上方的拉索以及设置在刚性梁与拉索之间且沿拉索布置方向设置的多根竖向吊索，所述拉索两端分别与上部刚性外环和柔性拉索内环连接，所述竖向吊索两端分别与刚性梁和拉索连接。
[0005]本发明所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其所述刚性梁的两端分别与下部刚性外环和柔性拉索内环铰接，所述拉索两端分别与上部刚性外环和柔性拉索内环铰接，所述竖向吊索两端分别与刚性梁和拉索铰接。
[0006]本发明所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环外周呈辐射式布置且对应配合。
[0007]本发明所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环外周呈三角式布置且对应配合。
[0008]本发明所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环外周呈交叉式布置且对应配合。
[0009]本发明主要以轴向力抵抗外荷载，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量，而刚性梁又可承担局部的弯矩，从而使得屋面可采用多种曲面造型，便于采用刚性屋面板，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构示意图。
[0011 ]图2是本发明中下弦刚梁体系的结构示意图。
[0012]图3是本发明中柔性拉索内环与上弦张拉悬索体系的连接示意图。
[0013]图4是图1的局部放大图。
[0014]图5和图6是本发明中竖向吊索两端铰接节点的结构示意图。
[0015]图7是本发明中柔性拉索内环铰接节点的结构示意图。
[0016]图8是本发明中下弦刚梁体系和上弦张拉悬索体系辐射式布置的结构示意图。
[0017]图9是本发明中下弦刚梁体系和上弦张拉悬索体系三角式布置的结构示意图。
[0018]图10是本发明中下弦刚梁体系和上弦张拉悬索体系交叉式布置的结构示意图。
[0019]图中标记:I为柔性拉索内环，2a为上部刚性外环，2b为下部刚性外环，3为刚性梁，4a为拉索，4b为竖向吊索，5为支撑杆件。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
[0022]如图1-7所示，车辐式下置刚弦张拉结构，包括设置在结构边缘处的刚性外环体系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环I以及设置在刚性外环体系与柔性拉索内环I之间的上弦张拉悬索体系和下弦刚梁体系，所述刚性外环体系由上部刚性外环2a和下部刚性外环2b组成，所述上部刚性外环2a和下部刚性外环2b之间设置有支撑杆件5，所述下弦刚梁体系由若干刚性梁3组成，所述刚性梁3的两端分别与下部刚性外环2b和柔性拉索内环I铰接，所述上弦张拉悬索体系包括若干设置在对应刚性梁3上方的拉索4a以及设置在刚性梁3与拉索4a之间且沿拉索4a布置方向设置的多根竖向吊索4b，所述拉索4a两端分别与上部刚性外环2a和柔性拉索内环I铰接，所述竖向吊索4b两端分别与刚性梁3和拉索4a铰接，其中，屋面覆盖材料设置于下弦刚梁体系上。
[0023]本发明的受力原理及结构特点是:该结构体系兼具张拉结构体系与刚性结构体系的特点。通过在拉索中施加预张力，使柔性拉索内环、上弦拉索、下弦刚性梁、竖向吊索受拉，上、下部刚性外环受压，整个结构处于一种自平衡的张紧状态，具有很好的结构刚度。从整体受力上看，当结构受到向下的荷载时，下弦刚性梁内力减小，上弦拉索内力增大，抵抗外荷载；当结构受到向上的荷载时，上弦拉索内力减小，下弦刚性梁内力增大，抵抗外荷载；而从局部受力上看，上弦拉索通过竖向吊索弹性支撑下弦刚性梁，减小刚性梁的局部弯矩。
[0024]如图8所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环I外周呈辐射式布置且对应配合;或者，如图9所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环I外周呈三角式布置且对应配合;或者，如图10所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环I外周呈交叉式布置且对应配合。
[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:包括设置在结构边缘处的刚性外环体系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环(I)以及设置在刚性外环体系与柔性拉索内环(I)之间的上弦张拉悬索体系和下弦刚梁体系，所述刚性外环体系由上部刚性外环(2a)和下部刚性外环(2b)组成，所述上部刚性外环(2a)和下部刚性外环(2b)之间设置有支撑杆件(5)，所述下弦刚梁体系由若干刚性梁(3)组成，所述刚性梁(3)的两端分别与下部刚性外环(2b)和柔性拉索内环(I)连接，所述上弦张拉悬索体系包括若干设置在对应刚性梁(3)上方的拉索(4a)以及设置在刚性梁(3)与拉索(4a)之间且沿拉索(4a)布置方向设置的多根竖向吊索(4b)，所述拉索(4a)两端分别与上部刚性外环(2a)和柔性拉索内环(I)连接，所述竖向吊索(4b)两端分别与刚性梁(3)和拉索(4a)连接。2.根据权利要求1所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:所述刚性梁(3)的两端分别与下部刚性外环(2b)和柔性拉索内环(I)铰接，所述拉索(4a)两端分别与上部刚性外环(2a)和柔性拉索内环(I)铰接，所述竖向吊索(4b)两端分别与刚性梁(3)和拉索(4a)铰接。3.根据权利要求1和2中任意一项所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:所述若干刚性梁(3)和若干拉索(4a)分别沿柔性拉索内环(I)外周呈辐射式布置且对应配合。4.根据权利要求1和2中任意一项所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:所述若干刚性梁(3)和若干拉索(4a)分别沿柔性拉索内环(I)外周呈三角式布置且对应配合。5.根据权利要求1和2中任意一项所述的车辐式下置刚弦张拉结构，其特征在于:所述若干刚性梁(3)和若干拉索(4a)分别沿柔性拉索内环(I)外周呈交叉式布置且对应配合。
【文档编号】E04B7/14GK106013575SQ201610606908
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】向新岸, 冯远, 王立维, 姚丽, 吴雨杭, 邱添
【申请人】中国建筑西南设计研究院有限公司