[發(fā)明專利]脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410035108.4
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103790275A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅斌;潘杰;郭正興;丁明珉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: E04B7/08
• 分類號: E04B7/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種新型的張力結(jié)構(gòu)，特別涉及脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)，屬于土木工程的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

索結(jié)構(gòu)作為空間結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)類型之一，已在國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。目前，在工程中常用的索結(jié)構(gòu)形式有張弦梁、弦支穹頂、斜拉網(wǎng)格、索穹頂、索桁架、索網(wǎng)等，其中基于張拉整體思想的索穹頂，以新穎的結(jié)構(gòu)造型、巧妙的構(gòu)思，一經(jīng)問世便引起了建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。

常規(guī)索穹頂是一種由脊索、斜索、環(huán)索和撐桿構(gòu)成的柔性空間全張力結(jié)構(gòu)，構(gòu)形簡潔、通透性好、空間跨越能力強(qiáng)、自重輕、凈空高、傳力途徑明確，現(xiàn)已在國內(nèi)外推廣應(yīng)用。由于建筑和結(jié)構(gòu)的要求，索穹頂構(gòu)件之間網(wǎng)格尺寸較大，這就要求屋面系統(tǒng)自身具有很好的跨越性能，因此在國外主要采用張拉膜作為索穹頂?shù)奈菝娌牧稀?/p>

張拉膜為柔性材料，具有厚度薄、自重輕、部分透光、負(fù)高斯曲面、柔性大等特性，但保溫性能和抗環(huán)境污染能力較差，價(jià)格較貴，單一的屋面材料是限制索穹頂在國內(nèi)推廣應(yīng)用的因素之一。

玻璃面板、彩鋼板等傳統(tǒng)剛性屋面材料，在國內(nèi)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中已有非常廣泛的應(yīng)用。但剛性屋面的跨越能力小，需要增設(shè)次結(jié)構(gòu)支承屋面，并將屋面荷載傳遞至索穹頂主體結(jié)構(gòu)，這對次結(jié)構(gòu)的跨越能力提出了較高的要求。對于常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)，次結(jié)構(gòu)宜擱置在撐桿頂端，而不宜擱置在脊索上；否則，不僅構(gòu)造復(fù)雜，而且受拉的脊索僅有軸向剛度，無抗彎剛度，需要較大的索力才能為次結(jié)構(gòu)提供足夠的彈性支撐，減小脊索跨中撓度。

弦支穹頂結(jié)構(gòu)是一種剛?cè)嵯酀?jì)的雜交結(jié)構(gòu)，其用上部網(wǎng)殼替換了常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中的脊索網(wǎng)。對比兩者，從力學(xué)性能上來說，索穹頂為全張力結(jié)構(gòu)，除撐桿受壓外其它均為受拉構(gòu)件，索力需要由外支座或者外環(huán)梁來平衡，而弦支穹頂?shù)南虏克飨档睦捎缮喜烤W(wǎng)殼平衡，為預(yù)應(yīng)力自平衡結(jié)構(gòu)，撐桿受壓，拉索受拉，網(wǎng)殼因受壓彎而存在局部和整體穩(wěn)定性的問題；從用鋼量來說，索穹頂大部分構(gòu)件受拉，大量采用高強(qiáng)拉索，因此用鋼量少，而弦支穹頂存在受壓彎的網(wǎng)殼，用鋼量相對較大；從施工方法來說，“索穹頂塔架提升索桿累積安裝方法”（發(fā)明專利號：ZL200810234362.1）針對索穹頂提出了先進(jìn)的少支架甚至無支架的整體牽引提升的施工方法且得到實(shí)際工程應(yīng)用，而弦支穹頂普遍需要搭設(shè)大量支架來高空拼裝網(wǎng)殼，施工措施費(fèi)高，高空焊接量大，工期長；從剛性屋面材料鋪設(shè)難易程度上來說，索穹頂不易鋪設(shè)剛性屋面材料，而弦支穹頂由于存在上部網(wǎng)殼而易于鋪設(shè)剛性屋面材料。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明解決了常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)不能鋪設(shè)剛性屋面材料，弦支穹頂結(jié)構(gòu)不是全張力結(jié)構(gòu)，用鋼量大的問題，提出了一種新型的張力結(jié)構(gòu)—脊梁式索穹頂，由斜索、環(huán)索、撐桿和脊梁構(gòu)成，即將常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中僅受拉的柔性脊索替換為受拉彎的剛性脊梁。脊梁式索穹頂兼具索穹頂和弦支穹頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，通過預(yù)應(yīng)力張拉在脊梁、斜索和環(huán)索中建立預(yù)張力，屬于張力結(jié)構(gòu)；脊梁受拉彎，穩(wěn)定性好，用鋼量少。通過在脊梁上合理設(shè)置鉸可采用先進(jìn)的少支架甚至無支架的整體牽引提升的方法進(jìn)行施工；并且便于鋪設(shè)剛性屋面材料。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)，該脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)包括常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中的斜索，撐桿，環(huán)索，所述脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)還包括受拉彎的剛性脊梁，該剛性脊梁替換了常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中僅受拉的柔性脊索部件，撐桿和斜索的上端都與脊梁鉸接，斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，環(huán)索連接同環(huán)撐桿的下端并沿環(huán)向閉合布置；且通過預(yù)應(yīng)力張拉在脊梁、斜索和環(huán)索中都建立預(yù)張力。

所述脊梁采用高強(qiáng)度的能受拉彎的金屬構(gòu)件。

所述脊梁之間不設(shè)置結(jié)構(gòu)鉸，而且脊梁的中部也不設(shè)置結(jié)構(gòu)鉸，為無鉸脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)。

所述脊梁上設(shè)置有一個(gè)結(jié)構(gòu)鉸，分布在脊梁中部，為單鉸脊梁式索穹頂。

所述脊梁上設(shè)置有二個(gè)結(jié)構(gòu)鉸，分布在相鄰環(huán)脊梁之間，為雙鉸脊梁式索穹頂。

所述脊梁上設(shè)置有三個(gè)結(jié)構(gòu)鉸，分布在相鄰環(huán)脊梁之間和脊梁中部，為三鉸脊梁式索穹頂。

所述脊梁上設(shè)置有結(jié)構(gòu)鉸和施工臨時(shí)機(jī)構(gòu)鉸，使脊梁在施工階段成為機(jī)構(gòu)。這種脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)施工方法，是采用少支架或無支架的整體牽引提升的施工方法張拉成型，最后固定施工臨時(shí)機(jī)構(gòu)鉸。