[發明專利]沿測地線布置交叉索網充氣膜結構

有效

• 申請號: 201210573085.3
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103015529A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 龔景海;李中立;冷予冰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E04B1/34
• 分類號: E04B1/34
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于建筑結構技術領域，尤其是涉及一種沿測地線布置索網的充氣膜結構，是充氣式索膜結構應用上的創新。

背景技術

充氣膜結構具有造價低廉、施工快捷、容易安裝和拆卸、跨度大、經濟效益好等優點，廣泛應用于運動場、展覽館、倉庫等大空間、大跨度的體育和公共設施中。但是在實際工程應用中，充氣膜結構的抗風和抗雪性能較差，所以工程上常常在充氣膜的外圍布置一定數量的拉索，形成膜面與拉索共同承受外力的體系。通過控制膜面和拉索中的內力分布，可以有效的降低膜面應力，增大膜結構的剛度，限制膜結構的變形，避免膜面在強風下出現大面積撕壞，還可以增大充氣膜結構的跨度。因此，布置拉索的充氣膜結構應用得更加廣泛。

充氣膜外圍的拉索一般布置成交叉的索網，拉索的兩端與地面基礎固定連接，膜面上的拉索在相交處設置連接節點。沿充氣膜面布置的拉索是一段空間曲線，目前工程中布置拉索及確定拉索下料長度的方法并不統一，大部分方法計算出的拉索長度并不是膜面上的最短曲線。這樣的后果是：當充氣膜結構成形后，拉索與膜面并不是緊密貼合的，在風荷載下拉索有較大的側向擺動，常常在白色的膜面上留下黑色的劃痕，影響膜結構的美觀。更重要的是，拉索的擺動會影響膜面與拉索的內力分布，降低充氣膜結構的剛度和承載能力。同時為了限制索的側移，需要設置較多的節點把拉索連接起來，增加了施工的難度；而且節點的受力也比較大，經常出現節點拉壞的情況。所以在充氣膜結構的工程應用中，急需尋找一種合理的索網布置方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種減少交叉索網中連接節點的數量，減小連接節點的受力，提高充氣膜結構的穩定性和經濟性的沿測地線布置交叉索網充氣膜結構。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

沿測地線布置交叉索網充氣膜結構，該結構包括：

充氣膜：充氣成形后中間部分呈圓柱體，兩端呈光滑過渡的弧形的外圍膜面；

拉索：以拉索兩端的錨固點為起始點，沿測地線的方向布置在外圍膜面上。

所述的充氣膜形成的外圍膜面的曲率為正高斯曲率。

所述的充氣膜形成的外圍膜面的長邊方向設置若干個出入口。

所述的拉索呈交叉狀布置在外圍膜面上。

交叉狀的拉索通過鋼銷固定在連接的節點板上。

所述的充氣膜及拉索形成共同承受載荷的體系。

從數學上講，曲面上連接兩點之間的曲線有無窮多條，其中測地線是曲面上兩點間的最短路徑，與其它任何方法確定的拉索相比，沿測地線方向布置的拉索是最短的，按照此方法確定的拉索是充氣膜曲面上的最短長度，可以最大程度地減少拉索的側向位移，從而減少交叉索網中連接節點的數量，減小連接節點的受力，提高充氣膜結構的穩定性和經濟性。

與現有技術相比，本發明利用了空間曲面上測地線最短的概念，在充氣膜外圍沿著測地線方向布置交叉索網。在正常使用情況下，拉索的側向移動受到限制，不會出現擺動的問題。由于拉索的側移受到限制，所以在整個外圍的交叉索網中連接拉索的節點數量也可以相應減少，節點的受力也相對較小，簡化了施工難度，提高了結構的經濟性和安全性。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為交叉拉索的節點結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

沿測地線布置交叉索網充氣膜結構，其結構如圖1所示，該結構包括充氣膜1以及拉索2。其中，充氣膜1在充氣成形后中間部分呈圓柱體，兩端呈光滑過渡的弧形的外圍膜面，充氣膜1形成的外圍膜面的曲率為正高斯曲率，在充氣膜1形成的外圍膜面的長邊方向設置若干個出入口11，其中的旋轉門是主要的出入口，封閉門作為安全門臨時使用。拉索2以其兩端的錨固點為起始點，沿測地線的方向布置在外圍膜面上，正常使用中可以最大限度地減小拉索2的側向擺動。形成網狀結構的拉索2通過鋼銷3固定在連接的節點板4上，其結構如圖2所示。拉索2構成的網狀結構與充氣膜1形成共同承受荷載的體系，索網減小了膜面的應力，限制了膜面的變形，提高了充氣膜的安全性和經濟性。

本發明在設計時，首先根據充氣膜結構的設計壓強，利用找形分析確定充氣膜1的外形。當充氣膜1充氣成形后，膜面一般是正高斯曲率，布置在外圍膜面上的拉索2可以看成是兩端固定的一段空間曲線。在充氣膜1的四周設置拉索2的錨固點，以拉索2兩端的錨固點為起始點，沿著膜面可以尋找到唯一的測地線，交叉索網中的每一條拉索2都沿著測地線方向布置。按照此方法確定的拉索是充氣膜曲面上的最短長度，可以最大程度地減少拉索的側向位移，從而減少交叉索網中連接節點的數量，減小連接節點的受力，提高充氣膜結構的穩定性和經濟性。