[發明專利]矩形平面網殼結構和矩形平面弦支穹頂

無效

• 申請號: 200810049392.5
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101255749A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 杜文風;劉國光;范博
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: E04B7/00
• 分類號: E04B7/00;E04B7/08;E04B1/342;E04B1/32;E04B7/14
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明涉及一種大跨度建筑的屋頂蓋結構，特別是一種網殼結構和在網殼結構的基礎上引入拉索和撐桿兩種構件并按照特定方式組合而成的雜交空間結構——弦支穹頂。

背景技術

隨著大跨度建筑的逐漸增多和其跨度及規模的逐漸增大，大跨度建筑的屋蓋也涌現出了許多種新的空間結構形式，其中，單層網殼結構由于結構美觀、施工簡單和受力合理等優點而得以推廣。目前已經提出的單層網殼的結構形式有單層球面網殼、單層柱面網殼、單層橢球面網殼、單層旋轉拋物面網殼、單層旋轉雙曲面網殼、單層圓錐面網殼、單層橢圓拋物面網殼、單層雙曲拋物面網殼、單層扭曲面網殼、單層四角錐網殼等十種，在具體應用時，可以根據建筑功能的布置選用適宜的空間結構形式；盡管如此，在設計大跨度建筑時，設計者仍然感覺到現有的屋蓋結構形式的選擇余地有限，無法滿足日益發展的對建筑功能和建筑造型新穎、多樣化的需求。

另外，上述單層網殼結構也有它的不足之處，如存在對初始幾何缺陷敏感、整體剛度差等缺點，因此這種空間結構僅適宜在中小跨度的建筑中應用。為了提高單層網殼跨越大跨度的能力，使其在大跨度建筑中能得到應用，對其進行了改進，即用張拉整體的概念來加強單層網殼結構，從而形成了一種新的空間結構形式——弦支穹頂，這是近年來被提出并得到應用的一種優秀的空間結構。

然而，截至目前，所提出的弦支穹頂都是以單層球面網殼為基礎，即在網殼的下面增設撐桿和拉索，然后對拉索施加預應力，使單層球面網殼、撐桿和拉索合而為一，形成一個整體受力結構，從而提高單層球面網殼的穩定性和結構剛度，增大單層球面網殼的建造跨度，這與張弦梁的工作原理相似，可以看作是由張弦梁結構發展而來的，是張弦梁結構在三維空間內的拓展。張弦梁結構的工作原理是將簡支梁的彎矩轉化為拉索和撐桿的軸向力，從而改善結構的受力性能，提高結構的剛度和跨度，當把拉索和撐桿布置在簡支梁的彎矩圖內，即張弦梁的下弦索與簡支梁彎矩圖相似時，把彎矩轉化為拉索和撐桿的軸向力，梁的彎矩變小，結構以承受軸向力為主，圖5所示為簡支梁在均布荷載下的彎矩圖，圖6所示為張弦梁結構中索的布置圖示意圖。

在實踐中，單層球面網殼弦支穹頂被廣泛地應用于圓形或橢圓形平面的建筑中，對于矩形平面的大跨度建筑卻不適用，因此，目前僅有的球面網殼形式的弦支穹頂結構同樣無法滿足日益發展的對建筑功能和建筑造型新穎、多樣化的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種矩形平面網殼結構。

本發明的另一目的是提供一種矩形平面弦支穹頂結構。

為實現上述第一個目的，本發明采用如下技術方案：矩形平面網殼結構，包括一組中心在一條垂線上的、并且依次高低錯落布設的、且其對角線依次增大的相似矩形環梁，每一矩形環梁由環向桿依次首尾連接而成，相鄰兩個矩形環梁的同相位的頂點之間連接有頂點連桿，相鄰矩形環梁的梁邊之間設有邊間連桿，邊間連桿的兩端分別剛結連接于該相鄰梁邊中環向桿的節點上；位于網殼中心的矩形環梁對角跨設有兩根中心連桿，兩根中心連桿在交匯處形成中心節點。

上述矩形平面網殼結構中，由中心連桿和中央矩形環梁的環向桿、由頂點連桿、邊間連桿和其他矩形環梁的環向桿共同組合構成三角形網格，該網格的外表面由頂點連桿和中心連桿劃分成的四個區域均為弧面。

為實現第二個目的，本發明采用如下技術方案：矩形平面弦支穹頂，包括矩形平面網殼結構和張拉支撐結構，矩形平面網殼結構包括一組中心在一條垂線上的、并且依次高低錯落布設的、且其對角線依次增大的相似矩形環梁，每一矩形環梁由環向桿依次首尾連接而成，相鄰兩個矩形環梁的同相位的頂點之間連接有頂點連桿，相鄰矩形環梁的梁邊之間設有邊間連桿，邊間連桿的兩端分別連接于該相鄰梁邊中環向桿的節點上；位于網殼中心的矩形環梁對角跨設有兩根中心連桿，兩根中心連桿在交匯處形成中心節點；張拉支撐結構包括一組張拉后中心在一條垂線上的、且其對角線依次增大的矩形環拉索和兩根對角拉索，矩形環拉索與所述矩形環梁相應，對角拉索位于矩形平面網殼結構相應對角線所在的垂面內；對角拉索的兩端與位于邊緣的矩形環梁的頂點相接，在兩根對角拉索的交接點與矩形平面網殼結構的中心節點之間設有中心撐桿，在矩形環拉索與對角拉索相交處的節點與對應的矩形環梁的頂點之間設有節點撐桿；在對角拉索和矩形環拉索內施加預應力后，矩形平面網殼結構和張拉支撐結構形成整體受力結構。

上述矩形平面弦支穹頂中，由中心連桿和中央矩形環梁的環向桿、由頂點連桿、邊間連桿和其他矩形環梁的環向桿共同組合構成三角形網格，該網格的外表面由頂點連桿和中心連桿劃分成的四個區域均為弧面。