一种体内布索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体内布索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。近年来提出的巨型网壳结构通过将传统网壳结构构件巨型化以及合理的力流引导，改善了结构的受力性能，较好地满足了超大跨度发展需求。随着预应力技术在钢结构体系中的应用与发展，工程师们在巨型网壳结构基础上引入预应力体系，通过刚性网壳和柔性索体系有机结合，充分发挥两种结构体系各自的受力优势，进一步改善了巨型网壳结构的受力性能，增强了结构的跨越能力。然而，现有预应力巨型网壳结构中多采用体外布索方式，通过设置一定数量的撑杆将预应力拉索布置在结构外部，撑杆长度随结构跨度增大而增加，撑杆稳定问题突出，且拉索的通长布置对室内净空影响显著。如将部分索和撑杆布置在屋面外侧，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。更重要的是，随结构跨度增大，巨型网壳结构中横向立体桁架和纵向立体桁架内各桁架段长度增加，在子结构等荷载作用下各桁架段呈弯曲受力状态，改变了各立体桁架段以轴向受力为主的受力状态，降低了各横向立体桁架的承载力，使整体结构受力性能明显降低，而现有预应力布索方案中撑杆多布置在主节点处，无法对各桁架段提供有效支撑。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，结合巨型网壳结构自身厚度较大的特点，将预应力体系布置于结构立体桁架内部，提出一种体内布索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，避免预应力体系布置对结构使用空间的占用；同时，因无需撑杆，避免了撑杆拉索预应力体系中的撑杆稳定问题，减少用钢量并降低了施工难度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种体内布索预应力巨型网壳结构，包括交叉立体桁架系柱面巨型网壳i和布置于交叉立体桁架系柱面巨型网壳i各立体桁架内部的预应力索系ii，所述交叉立体桁架系柱面巨型网壳i包括相互垂直交叉连接的横向立体桁架拱与纵向立体桁架；横向立体桁架拱与纵向立体桁架的交叉连接处形成主节点；相邻主节点之间形成立体桁架段；所述预应力索系ii包括若干预应力索组；所述预应力索组包括中部拉索，中部拉索两端分别连接有两个角部拉索；所述中部拉索的中部连接在立体桁架段下弦的中部，角部拉索分别连接在对应立体桁架段两端的主节点上弦节点处。

进一步的改进，所述立体桁架段包括横向立体桁架段与纵向立体桁架段。

进一步的改进，处于所述中部拉索同一端的两个角部拉索间的夹角c为45°~60°。

进一步的改进，所述立体桁架段包括两根上弦杆和一根下弦杆，两根上弦杆和一根下弦杆构成的三角形断面形式，上弦杆和下弦杆通过腹杆相互连接且上弦杆和下弦杆与腹杆连接处分别形成上弦节点和下弦节点；所述下弦杆被下弦节点均分成偶数节段。

进一步的改进，所述立体桁架段下弦的中部节点处安装有滑轮；中部拉索的中部自滑轮底部穿过。

进一步的改进，所述中部拉索两端分别连接有一个三角形节点板，一个三角形节点板分别连接有两个角部拉索。

进一步的改进，所述中部拉索和角部拉索均与三角形节点板铰接。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明这种体内布索预应力巨型网壳结构是将预应力拉索布置于巨型网壳结构各立体桁架段内，可较好地约束各立体桁架段的弯曲变形，使各立体桁架段以轴向受力为主，从而提高各横向立体桁架的承载力、改善整体结构的受力性能，较经济地实现结构超大跨；与现有预应力方案相比，本发明无需布置撑杆，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，中部拉索通过滑轮连接，可自动调节中部拉索内索力，从而保证预应力索组内两侧预应力分布相同、使预应力作用效果更明显，预应力索系布置于立体桁架内部避免了对结构使用空间的占用，便于结构维护、屋面布置与防水处理，且各立体桁架段内拉索预应力值可按实际工程需要分别调节，便于结构设计。

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系的结构示意图；

图4为图3所示预应力索系中预应力索组示意图；

图5为图1所示实施例的a-a剖面图；

图6为图1所示实施例的b-b剖面图；

图7为图4所示预应力索组在横向立体桁架段中布置示意图；

图8为图4所示预应力索组在纵向立体桁架段中布置示意图；

图9为滑轮的连接结构示意图；

图10为三角形节点板的结构示意图。

其中，交叉立体桁架系柱面巨型网壳i；预应力索系ii；横向立体桁架拱1；纵向立体桁架2；主节点3；横向立体桁架段4；纵向立体桁架段5；上弦杆6；下弦杆7；预应力索组8；中部拉索9；第一下弦中间节点10；角部拉索11；第一上弦节点12；第二下弦中间节点13；第二上弦节点14；滑轮15；三角形节点板16；耳板17。

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。

实施例1

参照图1至图8，本实施例包括交叉立体桁架系柱面巨型网壳i和布置于交叉立体桁架系柱面巨型网壳立体桁架内部的预应力索系ii；所述交叉立体桁架系柱面巨型网壳ⅰ是由若干横向立体桁架拱1与纵向立体桁架2垂直交叉构成的大网格结构，所述横向立体桁架拱1与纵向立体桁架2各交叉处构成主节点3，所述横向立体桁架拱1由各相邻主节点3之间的横向立体桁架段4与主节点3构成，纵向立体桁架2由各相邻主节点3之间的纵向立体桁架段5与主节点3构成，所述各横向立体桁架段4与纵向立体桁架段5均为由两根上弦杆6和一根下弦杆7构成的三角形断面形式，所述下弦杆7分成偶数节段；所述预应力索系ii由布置于所述各横向立体桁架段4和纵向立体桁架段5内部的各预应力索组8构成，所述各预应力索组8由对称布置的两根y形索9构成，所述y形索9一端锚固于所述横向立体桁架段4的第一下弦中间节点10、另一端两分支11锚固于所述横向立体桁架段4端部两第一上弦节点12，类似地，所述y形索9一端锚固于所述纵向立体桁架段5的第二下弦中间节点13、另一端两分支11锚固于所述纵向立体桁架段5端部两第二上弦节点14，所述y形索两分支11间的夹角c为45°~60°。

实施例2

如图9-10所示，在实施例1的基础上做如下改进，预应力索组包括中部拉索9，中部拉索9两端分别连接有一个三角形节点板16，一个三角形节点板16分别连接有两个角部拉索11；角部拉索11固定在桁架段上弦两端的两侧。

角部拉索11一端锚固于所述横向立体桁架段和纵向立体桁架段端部上弦节点、另一端锚固于一块三角节点板17底边螺栓孔，所述中部拉索9一端锚固于一块三角形节点板16顶部螺栓孔、另一端穿过立体桁架段下弦中部设置的滑轮后张拉并锚固于对侧的三角形节点板16顶部螺栓孔。

中部拉索9和角部拉索11均与三角形节点板16通过耳板17和销轴铰接。

角部拉索11通过耳板17和销轴与桁架段上弦两端的两侧铰接连接。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。