一种环形索支撑结构及弦支穹顶的制作方法

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种环形索支撑结构及弦支穹顶。

背景技术：

环形索结构，是利用径向索和环向索通过预张力提供形成结构刚度以承受竖向荷载的一类空间结构体系。典型的环形索结构包括索桁架、弦支穹顶、环型张弦梁等，是一类常见的空间结构体系。以弦支穹顶为例，弦支穹顶结构由一个单层网壳、撑杆、环索和斜索组成，撑杆上端与刚性单层网壳节点连接，下端与环索和斜索交点连接；而斜索一端与撑杆下端连接，另一端与下一圈环索对应的撑杆上端连接；同一环撑杆下端通过环索连接在一起。在竖向荷载作用下，荷载由上端单层网壳通过撑杆传递给拉索系统，拉索受力后，索力增大，产生向上的力，通过撑杆反作用于单层网壳上，因此索撑系统对单层网壳起到弹性支承的作用，有助于提高单层网壳的竖向刚度，调整单层网壳构件内力分布，同时最外圈斜索上端连接与单层网壳支座位置，单层网壳对支座产生向场外的推力，而斜索对支座产生向场内的拉力，索撑系统有助于减小单层网壳对支座的水平推力。弦支穹顶受力合理，传力效率高，自重轻，竖向刚度较高，室内观感良好，可跨越比单层网壳更大的跨度，因此广泛应用于大中型跨度的场馆屋盖结构中。

环形索结构中，随着跨度的增大，要保持充足的结构刚度，需要更大的环向索拉力，相应的拉索截面也更大。由于多道拉索同时破断的概率比一道拉索破断概率小，而且小直径拉索质量较容易保证，为了提高结构安全度，一般采用两道或多道拉索形成环形索结构的环索。现有技术一般将拉索水平布置，这样的拉索节点比较成熟。但显著的缺点是多道环索的长短不同，索力不同，而且索夹的尺寸和自重也较大，使得结构整体效率降低；同时对室内观感、照明等带来不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环形索支撑结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种环形索支撑结构，包括两道环索和多道斜索，所述两道环索竖向并排布置，所述环索和斜索通过索夹节点连接，所述索夹节点与撑杆连接。

进一步地，所述索夹节点为铸钢件索夹或锻件索夹。

进一步地，所述索夹节点包括断开型索夹和贯通型索夹，根据环索索力、斜索索力和索头尺寸在不同位置设置所述断开型索夹或贯通型索夹。

进一步地，所述贯通型索夹设置于环索夹角接近180°处，所述断开型索夹设置于环索夹角偏离180°处。

进一步地，所述贯通型索夹包括相连接的索夹钢铸件和耳板钢铸件，所述索夹钢铸件包括环索连接部和斜索连接部，所述环索连接部具有用于穿过环索的通孔，所述斜索连接部包括用于连接斜索的开口，所述耳板钢铸件与撑杆连接。

进一步地，所述索夹钢铸件和耳板钢铸件通过高强螺栓连接。

进一步地，所述断开型索夹设置于两段环索之间，为具有三个开口的一体化铸钢件，三个开口分别连接斜索和两段环索，所述断开型索夹中部设有用于连接撑杆的开孔。

本发明还提供一种弦支穹顶，包括所述的环形索支撑结构，该环形索支撑结构通过撑杆支撑连接刚性单层网壳。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

1)本发明将环索竖向布置，与常规的多索水平并排布置的索夹相比，这种布索方式使得环索长度和索力基本平均一致。

2)与现有技术相比，本发明索夹节点的水平尺寸、体积和自重较小。

3)本发明索夹节点与撑杆连接，可将索夹节点与撑杆合二为一，索夹节点的高度对室内观感影响较小，因此竖向布置的索夹性能与视觉效果均优于传统水平并排布置的索夹。

4)本发明设置有断开型索夹和贯通型索夹，解决小夹角多边形环索的不平衡力的问题。

附图说明

图1为本发明贯通型索夹的立面结构示意图；

图2为本发明贯通型索夹的平面结构示意图；

图3为本发明断开型索夹的立面结构示意图；

图4为本发明断开型索夹的平面结构示意图；

图5为实施例中弦支穹顶的结构示意图；

图6为实施例中弦支穹顶在贯通型索夹处的立面结构示意图；

图7为实施例中弦支穹顶在断开型索夹处的立面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种环形索支撑结构，包括两道环索和多道斜索，两道环索竖向并排布置，环索和斜索通过索夹节点连接，索夹节点通过高强螺栓分别与环索和斜索固定连接，并与撑杆连接。通过竖向并排布置的环索布置方式，解决了索夹节点受力的问题，有利于减小索夹尺寸，降低结构重量，提升室内观感，方便施工建造。本实施例中，环索设置有两道，两道环索竖直设置，在提高拉索安全性的同时不会显著增大节点尺寸和自重。

索夹节点为铸钢件索夹或锻件索夹。本实施例中，断开型索夹为一整体的铸钢件，铸钢件形态根据拉索索头形式进行设计，而贯通型索夹由耳板铸钢件和索夹铸钢件两个铸钢件组成。

索夹节点包括断开型索夹和贯通型索夹，根据环索索力、斜索索力和索头尺寸在不同位置设置断开型索夹或贯通型索夹。环形索结构最初应用于平面投影为圆形的大跨度屋盖中，而后逐步应用于平面投影为椭圆形、八边形、切角矩形等对称的屋盖中，环索平面投影也因此衍生出多种对应形态。而拉索均需通过施工张拉保持张紧状态才能维持正常的工作性能，因此相邻索夹间环索均为直线，环索相当于通过多段直线拟合成近似于屋盖平面投影的曲线形态，索夹两侧环索产生一定夹角，导致索夹处环索产生一定的水平不平衡力。在施工张拉过程中，环索间的不平衡力会导致索夹卡索，破坏拉索护层，甚至索体；在建筑的使用过程中，索夹通过拧紧的高强螺栓夹紧环索，利用环索与索夹的摩擦力抵抗此不平衡力。索夹越多，环索夹角越接近180°，环索不平衡力越小，所需高强螺栓越少，索夹平面尺寸越小，但撑杆数目增多，使结构自重增大。为解决小夹角多边形环索的不平衡力的问题，将弦支穹顶索夹分为贯通型索夹和断开型索夹。当环索夹角接近180°时，采用贯通型索夹；当环索夹角偏离180°时，采用断开型索夹，利用索夹和斜索平衡此不平衡力，避免索夹对环索的破坏。

如图1、图2所示，贯通型索夹包括相连接的索夹钢铸件501和耳板钢铸件502，索夹钢铸件501包括环索连接部和斜索连接部，环索连接部具有用于穿过环索100的通孔，斜索连接部包括用于连接斜索200的开口，耳板钢铸件502与撑杆300连接。索夹钢铸件501和耳板钢铸件502通过高强螺栓504连接。贯通型索夹还设有底板503

断开型索夹设置于两段环索之间，如图3、图4所示，其为具有三个开口的一体化铸钢件601，三个开口分别连接斜索200和两段环索100，断开型索夹中部设有用于连接撑杆300的开孔。

如图1-图4所示，撑杆300包括撑杆本体、设置于撑杆本体内的加劲肋301以及设置于撑杆本体端部的端板302。撑杆300与索夹节点的连接方式具体为：对于贯通型索夹，撑杆300通过端部设置的耳板303和销轴304与贯通型索夹的耳板钢铸件502连接；对于断开型索夹，撑杆300连接断开型索夹中部的开孔。针对施工张拉方法，考虑撑杆与索夹的连接节点，保证沿着拉索张拉方向，撑杆可以转动，避免在张拉过程中撑杆上下端节点发生破坏。

如图5-图7所示，本实施例还提供一种弦支穹顶，包括环形索支撑结构，该环形索支撑结构包括环索100和斜索200，两道环索100竖向并排布置，环索100和斜索200通过索夹节点连接，整个环形索支撑结构通过撑杆300支撑连接刚性单层网壳400，刚性单层网壳400为弦支穹顶刚性构件。撑杆300一端与索夹节点连接，另一端通过耳板303和销轴304连接刚性单层网壳400。贯通型索夹外部还可包覆有建筑用装饰层50。

该弦支穹顶与常规弦支穹顶结构设计过程相同，包括结构建模、结构分析和结构设计，并确定索撑体系内力。此时尚需考虑施工张拉的可行性，根据施工张拉方法和工程实际情况确定撑杆上下端节点的连接方式。

根据环索索力、斜索索力和索头尺寸设计断开型索夹，进行索夹受力分析，确定索夹尺寸，并根据实际情况放样确定环索的竖向间距。在保证环索竖向间距不变的条件下，根据斜索索头尺寸、环索索力和斜索索力设计贯通型索夹，并进行索夹受力分析，确定索夹尺寸、高强螺栓等级和数目。

根据建筑观感要求确定索夹外包装饰层，提高结构美观性。

由于结构受力性能要求以及不同型号的拉索配有不同的索头，同圈环索需位于同一标高，因此当在一圈环索中同时采用贯通型索夹和断开型索夹时，两类索夹的细部尺寸相互影响，索夹尺寸不仅需要考虑斜索索头尺寸，还需考虑环索索头尺寸，以避免索头发生碰撞。在构造设计层面，当同一圈环索仅采用贯通型索夹时，索夹尺寸需根据斜索索头设计。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。