[發(fā)明專利]一種邊界不等高橢圓平面復(fù)合式索穹頂結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510357430.3
• 申請(qǐng)日: 2015-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104975670B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆翔宇;陳志華;于敬海;馬青;賈莉;韓芳冰;王鑫;王丹妮;何彩云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院;天津大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B7/14
• 分類號(hào): E04B7/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 張金亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種索穹頂結(jié)構(gòu)，特別是一種邊界不等高橢圓平面復(fù)合式索穹頂結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

索穹頂結(jié)構(gòu)是在美國(guó)工程師Geiger在富勒(R.B.Fuller)提出的張拉整體思想的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)效率極高的大跨度空間結(jié)構(gòu)，之后經(jīng)利維(M.P.Levy)等人進(jìn)一步發(fā)展，一經(jīng)問(wèn)世便成功地應(yīng)用于一些大跨度、超大跨度的結(jié)構(gòu)工程中。

常規(guī)的索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由脊索、斜索、環(huán)索及撐桿構(gòu)成的柔性空間全張力結(jié)構(gòu)，構(gòu)型簡(jiǎn)潔，傳力明確，自重輕，空間跨越能力強(qiáng)。索穹頂結(jié)構(gòu)根據(jù)幾何拓?fù)洌Y(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，可分為Geiger體系索穹頂、Levy體系索穹頂、葵花型索穹頂、凱威特體系索穹頂、鳥(niǎo)巢型索穹頂、混合體系索穹頂，其中Geiger體系索穹頂和Levy體系索穹頂在國(guó)內(nèi)外大跨度屋蓋中已取得較多較為成功的應(yīng)用，其他形式的索穹頂由于受到設(shè)計(jì)施工難度的限制應(yīng)用還比較少。

Geiger式索穹頂構(gòu)型簡(jiǎn)潔、傳力明確、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，但是其為靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)不規(guī)則邊界和不均勻荷載的適應(yīng)能力較差；Levy式索穹頂在Geiger索穹頂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了拉索的數(shù)量，提高了結(jié)構(gòu)的冗余度，結(jié)構(gòu)受力更加均勻，穩(wěn)定性更強(qiáng)，Levy式索穹頂結(jié)構(gòu)可以適用于不規(guī)則的建筑邊界和外形，也有較好的抵抗不均勻荷載的能力，但是其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，提高了節(jié)點(diǎn)制作的成本，在設(shè)計(jì)中其找形找力方法也較復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)和施工都提出了較高的要求。

常規(guī)的索穹頂每圈環(huán)索均為規(guī)則的圓形，然而由于環(huán)索空間位置必須低于與其相連的斜索，這就使室內(nèi)凈空高度大大減小，尤其是對(duì)于具有不規(guī)則建筑邊界和外形的場(chǎng)館來(lái)說(shuō)，很大程度上降低了場(chǎng)館上部空間的利用率。

橢圓平面索穹頂結(jié)構(gòu)的形狀決定了結(jié)構(gòu)短軸方向索力值較大，長(zhǎng)軸方向索力值較小，這種長(zhǎng)短軸索力值不均勻的特性對(duì)外環(huán)梁及內(nèi)環(huán)梁的剛度要求較大，通常會(huì)帶來(lái)十分不利的影響。

此外，常規(guī)的索穹頂結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的網(wǎng)格尺寸較大，這就需要屋面系統(tǒng)自身具有良好的跨越性能，因此國(guó)內(nèi)外主要采用張拉膜作為索穹頂?shù)奈菝娌牧稀Ｈ欢鴱埨槿嵝圆牧希哂泻穸缺　⒆灾剌p、部分透光、負(fù)高斯曲面、柔性大等特性，其保溫性能及抵抗環(huán)境污染的能力均較差，因此單一的屋面材料也是限制索穹頂結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的主要因素。

玻璃面板，彩鋼板等傳統(tǒng)剛性屋面材料，在傳統(tǒng)的鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中已有較為廣泛的應(yīng)用。但剛性屋面的跨越能力小，需要增設(shè)次結(jié)構(gòu)支撐屋面，并將屋面荷載傳至索穹頂主體結(jié)構(gòu)，由于脊索僅有軸向剛度而無(wú)抗彎剛度，次結(jié)構(gòu)宜擱置在撐桿的上節(jié)點(diǎn)上而非脊索上，這就要求撐桿上節(jié)點(diǎn)間間距比較小，以減小次結(jié)構(gòu)的跨中撓度。對(duì)傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理改進(jìn)，可有效減小撐桿上節(jié)點(diǎn)間距離，滿足剛性屋面材料的鋪設(shè)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種邊界不等高橢圓平面復(fù)合式索穹頂結(jié)構(gòu)，該索穹頂結(jié)構(gòu)能夠適用邊界不等高水平投影為橢圓平面的結(jié)構(gòu)工程，并且結(jié)構(gòu)受力均勻，穩(wěn)定性強(qiáng)；節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作成本低，施工方便，室內(nèi)凈空高；能夠滿足剛性屋面材料的鋪設(shè)要求。