充气式张弦网壳结构及施工方法
【专利摘要】充气式张弦网壳结构及施工方法，本发明涉及张弦网壳结构及施工方法。本发明是要解决现有张弦网壳结构中撑杆稳定性能差、单纯充气膜结构遇风敏感的问题。充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳、低内压充气气囊和下弦索组成；方法：一、在工厂裁剪低内压充气气囊；二、现场拼装上弦单层网壳，然后将各方向的拉索分别穿过低内压充气气囊下部所对应的索套，再将各个拉索的两端分别通过锚具固定在上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点支座内；三、对低内压充气气囊充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成充气式张弦网壳结构的装配。本发明适用于一些大跨度、超大跨度的永久性或临时性大空间建筑。
【专利说明】充气式张弦网壳结构及施工方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及张弦网壳结构及施工方法。
【背景技术】
[0002]充气膜结构由于自重轻，工期短，经济等特点被应用于许多大跨度空间建筑中，它是对膜内气体加压使膜面鼓起至设计空间曲面，保持内外压差使膜面受压以确保刚度，从而维持形态并抵抗荷载，其中空气作为结构的一部分使得建筑的自重大为降低。但由于扁平膜屋盖有容易积雨雪的缺点，而且单纯的充气膜结构还具有遇风敏感的问题。
[0003]索承网壳体系是由单层网壳、撑杆及预应力拉索组成，撑杆上端与网壳节点铰接，下端通过径向拉索和环向箍索连成整体。通过对下部的柔性拉索施加预应力，可使单层网壳产生与正常使用荷载作用下反向的位移和内力，有效提高整体结构的刚度和稳定性，改善结构的受力性能。但此结构体系中间的撑杆具有稳定性的问题，而且中间撑杆不能给上部网壳提供连续支撑作用。
[0004]普通张弦网壳结构体系的施工一般采用主动施加预应力的方法，即直接对拉索实施张拉。但是张弦网壳结构体系的下弦拉索和上弦网壳是一个整体，不同的张拉方式和张拉顺序会对结构体系的受力造成很大影响。这对结构的施工造成很大困难。
【发明内容】
[0005]本发明是要解决现有张弦网壳结构中撑杆稳定性能差、单纯充气膜结构遇风敏感的问题的问题，而提供充气式张弦网壳结构及施工方法。
[0006]本发明充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳、低内压充气气囊和下弦索组成；所述上弦单层网壳是由钢管和焊接球节点组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳下端设置低内压充气气囊，在低内压充气气囊的下表面设置有多个A向索套和多个B向索套；在低内压充气气囊的下端设置下弦索；所述下弦索包括多个A向拉索和多个B向拉索，所述多个A向拉索与多个B向拉索分别穿过多个A向索套和多个B向索套，所述多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点内，且多个A向拉索与多个B向拉索相交。
[0007]上述充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的:
[0008]一、工厂裁剪低内压充气气囊，下端设置多个A向索套和多个B向索套；使所述低内压充气气囊不漏气且有一定承受能力；
[0009]二、将上弦单层网壳拼装完成，然后将多个A向拉索和多个B向拉索分别穿过低内压充气气囊下端的多个A向索套和多个B向索套，再将多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点内；
[0010]三、对低内压充气气囊充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成一种充气式张弦网壳结构的装配。
[0011]本发明充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳、低内压充气气囊和下弦索组成；所述上弦单层网壳是由钢管和焊接球节点组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳下端设置低内压充气气囊；在低内压充气气囊的下表面设置有多个径向索套；在低内压充气气囊的下端设置下弦索；所述下弦索包括一个环向拉索和多个径向拉索，所述多个径向拉索分别穿过多个径向索套；所述多个径向拉索的一端固定在环向拉索上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点内。
[0012]上述充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的:
[0013]一、工厂裁剪低内压充气气囊，下端设置多个径向索套；使所述低内压充气气囊不漏气且有一定承受能力；
[0014]二、将上弦单层网壳拼装完成，然后将多个径向拉索分别穿过低内压充气气囊下端的多个径向索套，再将多个径向拉索的一端固定在环向拉索上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点内；
[0015]三、对低内压充气气囊充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成一种充气式张弦网壳结构的装配。
[0016]本发明优点:
[0017]1、本发明上弦的刚性体系使得充气膜结构不直接与外界接触，消除了单纯充气膜结构遇风敏感的问题，同时提高了对外荷载的抵抗能力。再次，此类结构利用了空气压力对上弦构件提供连续支撑，提高了刚性体系的稳定性；同时，可利用充气内气压对结构实现初张拉，在初始成形过程无需张拉设备，施工便捷。充气膜的利用大大减轻了结构的自重，制作、运输、施工方便，十分适用于临时性建筑等。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为充气式张弦网壳结构的正视图；图2为充气式张弦网壳结构的轴测图；图3为充气式张弦网壳结构中上弦单层网壳的正视图；图4为充气式张弦网壳结构中上弦单层网壳的轴测图；图5为充气式张弦网壳结构中下拉索的结构图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:如图1、图2、图3和图4所示，本实施方式充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳1、低内压充气气囊2和下弦索3组成；所述上弦单层网壳I是由钢管4和焊接球节点5组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳I下端设置低内压充气气囊2 ;在低内压充气气囊2的下表面设置有多个A向索套和多个B向索套；在低内压充气气囊2的下端设置下弦索3 ;所述下弦索3包括多个A向拉索和多个B向拉索，所述多个A向拉索与多个B向拉索分别穿过多个A向索套和多个B向索套，所述多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳I外圆周上的焊接球节点5内，且多个A向拉索与多个B向拉索相交。
[0020]本实施方式所述低内压充气气囊2为整体或分块。
[0021]本实施方式上弦的刚性体系使得充气膜结构不直接与外界接触，消除了单纯充气膜结构遇风敏感的问题，同时提高了对外荷载的抵抗能力。再次，此类结构利用了空气压力对上弦构件提供连续支撑，提高了刚性体系的稳定性；同时，可利用充气内气压对结构实现初张拉，在初始成形过程无需张拉设备，施工便捷。充气膜的利用大大减轻了结构的自重，制作、运输、施工方便，十分适用于临时性建筑等。
[0022]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述低内压充气气囊3的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。其他与【具体实施方式】一相同。
[0023]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述多个A向索套和多个B向索套的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0024]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三不同的是:在所述低内压充气气囊3内部设置照明装置。如此设置，满足不同的建筑功能和美观要求。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0025]【具体实施方式】五:本实施方式充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的:
[0026]一、工厂裁剪低内压充气气囊，下端设置多个A向索套和多个B向索套；使所述低内压充气气囊不漏气且有一定承受能力；
[0027]二、将上弦单层网壳拼装完成，然后将多个A向拉索和多个B向拉索分别穿过低内压充气气囊下端的多个A向索套和多个B向索套，再将多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在上弦单层网壳外圆周上的焊接球节点内；
[0028]三、对低内压充气气囊充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成充气式张弦网壳结构的装配。
[0029]本实施方式上弦的刚性体系使得充气膜结构不直接与外界接触，消除了单纯充气膜结构遇风敏感的问题，同时提高了对外荷载的抵抗能力。再次，此类结构利用了空气压力对上弦构件提供连续支撑，提高了刚性体系的稳定性；同时，可利用充气内气压对结构实现初张拉，在初始成形过程无需张拉设备，施工便捷。充气膜的利用大大减轻了结构的自重，制作、运输、施工方便，十分适用于临时性建筑等。
[0030]【具体实施方式】六:如图5所示，本实施方式充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳
1、低内压充气气囊2和下弦索3组成；所述上弦单层网壳I是由钢管4和焊接球节点5组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳I下端设置低内压充气气囊2 ;在低内压充气气囊2的下表面设置有多个径向索套；在低内压充气气囊2的下端设置下弦索3 ;所述下弦索3包括一个环向拉索6和多个径向拉索7，所述多个径向拉索7分别穿过多个径向索套；所述多个径向拉索7的一端固定在环向拉索6上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳I外圆周上的焊接球节点5内。
[0031]本实施方式所述低内压充气气囊2为整体或分块。
[0032]本实施方式上弦的刚性体系使得充气膜结构不直接与外界接触，消除了单纯充气膜结构遇风敏感的问题，同时提高了对外荷载的抵抗能力。再次，此类结构利用了空气压力对上弦构件提供连续支撑，提高了刚性体系的稳定性；同时，可利用充气内气压对结构实现初张拉，在初始成形过程无需张拉设备，施工便捷。充气膜的利用大大减轻了结构的自重，制作、运输、施工方便，十分适用于临时性建筑等。
[0033]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】六不同的是:所述低内压充气气囊3的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。其他与【具体实施方式】六相同。
[0034]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】六或七不同的是:所述多个径向索套的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。其他与【具体实施方式】六或七相同。
[0035]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】六至八不同的是:在所述低内压充气气囊3内部设置照明装置。如此设置，满足不同的建筑功能和美观要求。其他与【具体实施方式】六至八相同。
[0036]【具体实施方式】十:本实施方式充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的:
[0037]—、工厂裁剪低内压充气气囊2，下端设置多个径向索套；使所述低内压充气气囊2不漏气且有一定承受能力；
[0038]二、将上弦单层网壳I拼装完成，然后将多个径向拉索7分别穿过低内压充气气囊2下端的多个径向索套，再将多个径向拉索7的一端固定在环向拉索6上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳I外圆周上的焊接球节点5内；
[0039]三、对低内压充气气囊2充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成充气式张弦网壳结构的装配。
[0040]本实施方式上弦的刚性体系使得充气膜结构不直接与外界接触，消除了单纯充气膜结构遇风敏感的问题，同时提高了对外荷载的抵抗能力。再次，此类结构利用了空气压力对上弦构件提供连续支撑，提高了刚性体系的稳定性；同时，可利用充气内气压对结构实现初张拉，在初始成形过程无需张拉设备，施工便捷。充气膜的利用大大减轻了结构的自重，制作、运输、施工方便，十分适用于临时性建筑等。
[0041]【具体实施方式】^:本实施方式与【具体实施方式】五或十不同的是:在对低内压充气气囊2充气完成后，再对下弦索3实施补张拉，完成结构初始预应力的建立。其他与【具体实施方式】五或十相同。
【权利要求】
1.充气式张弦网壳结构，其特征在于充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳(I)、低内压充气气囊(2)和下弦索(3)组成；所述上弦单层网壳(I)是由钢管(4)和焊接球节点(5)组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳(I)下端设置低内压充气气囊(2)，在低内压充气气囊(2)的下表面设置有多个A向索套和多个B向索套；在低内压充气气囊(2)的下端设置下弦索(3);所述下弦索(3)包括多个A向拉索和多个B向拉索，所述多个A向拉索与多个B向拉索分别穿过多个A向索套和多个B向索套，所述多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳(I)外圆周上的焊接球节点(5)内，且多个A向拉索与多个B向拉索相交。
2.根据权利要求1所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于所述低内压充气气囊(3)的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。
3.根据权利要求1所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于所述多个A向索套和多个B向索套的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。
4.根据权利要求1所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于在所述低内压充气气囊(3)内部设置照明装置。
5.根据权利要求1所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的: 一、工厂裁剪低内压充气气囊(2)，下端设置多个A向索套和多个B向索套；使所述低内压充气气囊(2)不漏气且有一定承受能力； 二、将上弦单层网壳(I)拼装完成，然后将多个A向拉索和多个B向拉索分别穿过低内压充气气囊⑵下端的多个A向索套和多个B向索套，再将多个A向拉索与多个B向拉索的两端分别通过锚具固定在上弦单层网壳(I)外圆周上的焊接球节点内； 三、对低内压充气气囊(2)充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成充气式张弦网壳结构的装配。
6.充气式张弦网壳结构，其特征在于充气式张弦网壳结构由上弦单层网壳(I)、低内压充气气囊(2)和下弦索(3)组成；所述上弦单层网壳(I)是由钢管(4)和焊接球节点(5)组成的单层网壳结构；在所述上弦单层网壳(I)下端设置低内压充气气囊(2);在低内压充气气囊(2)的下表面设置有多个径向索套；在低内压充气气囊(2)的下端设置下弦索(3)；所述下弦索(3)包括一个环向拉索(6)和多个径向拉索(7)，所述多个径向拉索(7)分别穿过多个径向索套；所述多个径向拉索(7)的一端固定在环向拉索(6)上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳(I)外圆周上的焊接球节点(5)内。
7.根据权利要求6所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于所述低内压充气气囊(3)的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。
8.根据权利要求6所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于所述多个径向索套的材质为四氟乙烯无织物基材膜材料。
9.根据权利要求6所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于在所述低内压充气气囊(3)内部设置照明装置。
10.根据权利要求6所述的充气式张弦网壳结构，其特征在于充气式张弦网壳结构的施工方法是按照以下步骤进行的: 一、工厂裁剪低内压充气气囊(2)，下端设置多个径向索套；使所述低内压充气气囊(2)不漏气且有一定承受能力；二、将上弦单层网壳(I)拼装完成，然后将多个径向拉索(7)分别穿过低内压充气气囊(2)下端的多个径向索套，再将多个径向拉索(7)的一端固定在环向拉索(6)上，另一端分别通过锚具固定在所述上弦单层网壳(I)外圆周上的焊接球节点(5)内； 三、对低内压充气气囊(2)充气至设计气压，建立结构初始预应力，完成充气式张弦网壳结构的装配。
【文档编号】E04B7/14GK104131639SQ201410392157
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】曹正罡, 范峰, 万宗帅 申请人:哈尔滨工业大学