[發明專利]具有充氣膜壓桿的桁架體系

有效

• 申請號: 201210520746.6
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN102995747A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張毅剛;劉魯;向陽;谷強;王振;韓中良
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/34
• 分類號: E04B1/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種桁架結構，具體是一種建筑結構領域的組合充氣膜結構。

背景技術

膜結構分為張拉結構和充氣結構，充氣膜結構又分為氣承式和氣囊式。現代意義的充氣膜結構起源于20世紀初，1917年英國工程師F.W.蘭徹斯特成功地把充氣原理應用到房屋結構中，提出了用鼓風機吹脹膜布用作野戰醫院的設想，并申請了專利。1946年，美國工程師Walter?Bird建成第一個現代充氣膜結構——多譜勒雷達穹頂。1970年日本大阪萬國博覽會上，膜結構被系統地推向世界,開始了剛性結構向柔性結構的轉變，建成了大型充氣膜結構如氣承式的美國館、氣囊式的富士館等，這以后充氣膜結構開始有了廣泛的應用。2002年，瑞士Airlight公司和EMPA組合結構研究中心的科技人員提出了一種充氣梁，上翼緣為金屬壓桿，索按照梁的主應力跡線布置作為下翼緣，氣囊作為梁的腹板形成了組合梁，稱為氣撐式張弦梁，申請了多項專利技術并付諸了工程實踐。

1988年起，天津大學、哈爾濱建筑工程學院、同濟大學以及中國建筑科學研究院等逐漸對薄膜結構進行研究，并建成了長沙世界之窗劇場、深圳華僑城網球場、青島頤中體育場、上海八萬人體育場等一批張拉膜結構，張拉膜結構在我國率先發展起來，應用日益廣泛。隨著膜材及加工技術的進步，氣承式膜結構近年才得以較多的應用。最早的如1995年在北京順義建造的游泳館，以后有天津市規劃展覽館、北京朝陽公園羽毛球館等均為氣承式膜結構。而氣囊式膜結構直至2008年，在國家游泳中心“水立方”和國家體育場“鳥巢”頂部火炬庫工程中，引入國外技術才得以應用于工程。

綜上所述，充氣膜結構在國內外的研究和應用，以氣承式和氣囊式兩種結構形式為主。氣承式主要是靠膜面內外的氣體壓力差成形，施加預張力和保持穩定，承載力低，穩定性差。氣囊式膜結構，典型的結構，如日本的富士館、國家體育場“鳥巢”頂部的火炬庫工程，用氣囊式拱作為承重結構，但是承載力小，只能用于自承重的維護結構；國家游泳中心“水立方”是氣枕式膜結構，屬于氣囊式膜結構，但氣枕依附于骨架結構上，屬于維護結構，同樣承載能力很小；氣撐式張弦梁，屬于一種改進的組合梁，跨度和承載能力很大，但上部受壓翼緣仍為勁性金屬構件，氣囊是橫向承壓僅作為上翼緣的橫向支撐以提高其穩定性，這就使得整個梁的設計、加工、運輸和安裝變得復雜。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，采用小桿件拼出大跨度結構的思想，將氣囊用作結構中的受壓桿件，提出一種具有充氣膜壓桿的桁架體系，此種結構具有輕質、便攜，安裝、拆卸方便的特點，可應用于臨時橋梁、屋蓋、舞臺等結構，具有廣泛的應用前景。

為了達到上述目的本發明采用如下技術方案：

具有充氣膜壓桿的桁架體系，其特征在于：所述的桁架體系為柔性材料拼裝成的結構體系。充氣膜壓桿1、預應力拉索2組成單榀桁架3，在單榀桁架3中，上弦桿和豎向腹桿為充氣膜壓桿1，斜向腹桿和下弦桿為預應力拉索2，上弦桿和豎向腹桿組成“T”字型。

所述的桁架體系，充氣膜壓桿1材料為具有氣密性的PVC膜材，桿件充氣后才能有相應的抗壓剛度。

所述的桁架體系，充氣膜壓桿1充氣后為管狀桿件。

所述的桁架體系，充氣膜壓桿1的內壓范圍為150KPa～200KPa，并在預應力拉索2的索頭處設置調節預應力拉索2長度的調節螺桿。內壓的大小根據結構承載力要求而定，內壓不同，結構所具有的剛度也不同。在承載力滿足要求的情況下，為了使充氣桿件的內壓盡可能小，同時結構又能有足夠的剛度，以滿足結構正常使用極限狀態的要求，可以通過調節預應力拉索2索頭處的調節螺桿，用以改變拉索的長度，進而調節結構的起拱高度，以滿足結構的撓度要求。所述的桁架體系，組成單榀桁架3的桿件以桁架中部的充氣膜壓桿1為對稱軸呈軸對稱。

所述的桁架體系，組成單榀桁架3的桿件只有充氣膜壓桿1、預應力拉索2，且桿件之間用鉸接節點連接。

本發明的桁架體系，在自重和外荷載作用下，每個桿件所受軸力始終不變號，充氣膜壓桿1為受壓桿件，預應力拉索2為受拉桿件。

本發明的桁架體系，具有構造簡單，桿件規格統一，傳力明確，材料新穎，同時有便攜、拆裝方便的特點。此種結構最突出的特點是，整個體系除了連接節點外，構件材料皆為柔性材料，真正做到便攜易裝，可重復使用。

附圖說明

圖1為本發明的立體軸測圖。

圖2為本發明的正立面圖。

圖中：1-充氣膜壓桿；2-預應力拉索；3-單榀桁架。

具體實施方式

下面結合圖1、圖2對本發明做進一步說明：如圖1、圖2所示，本發明包括充氣膜壓桿1、預應力拉索2組成單榀桁架3。充氣膜壓桿1材料為具有氣密性的柔性膜材，充氣后才能有相應的剛度，充氣后為管狀桿件。單榀桁架3上弦桿與豎向腹桿呈“T”字型且組成“T”字型上弦桿和腹桿腹桿皆為充氣膜壓桿1，斜向腹桿和下弦桿為預應力拉索2，在此桁架中所有的桿件以桁架中部的充氣膜壓桿1為對稱軸呈軸對稱。單榀桁架3中桿件和桿件間通過鉸接節點連接，組裝過程中，通過調節預應力拉索2的長度來調節桁架的起拱高度，以滿足結構使用時的撓度要求。桁架一端采用固定鉸支座，另一端采用可動鉸支座。