[發明專利]一種大開口型超大跨度弦支穹頂結構

在審

• 申請號: 201710591616.4
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107386513A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 閆翔宇;張起舞;張玉軒;陳志華;于敬海;劉紅波;賈莉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E04B7/08
• 分類號: E04B7/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明屬于建筑結構領域，涉及一種大跨場館建筑屋蓋結構，更具體地說涉及一種大開口型超大跨度弦支穹頂結構。

背景技術

目前已建和在建的體育場屋蓋常用的結構主要有網殼結構、懸挑桁架和索網結構這三種形式。這三種結構在使用過程中存在各自的特點與適用性。

網殼結構一般剛度較大，跨越能力強，結構整體性好，桿件和節點加工制作方便，施工安裝難度低，因此常常被用于各類大跨度結構中。但是，網殼結構一般桿件較多，美觀性較差，支座處水平反力大，且對下部結構設計負擔大；當采用焊接球節點時，現場焊接量大。

懸挑桁架結構應用于多個體育場建筑中。它一般造型簡潔美觀，可以在工廠中進行結構單元預拼裝，現場焊接量較小。但在這種結構中，懸挑桁架之間要通過設置較多的支撐和系桿以提高結構整體性；同時在施工過程中，往往受場地條件限制，需要較大噸位的起重設備。

索網結構是一種柔性空間全張力結構，簡潔美觀，空間跨越能力強，在最近幾年建設的多個體育場等大跨度建筑中得以應用。在該體系中，為實現結構所需的剛度，索內一般需要施加較大的預拉力，使得拉索節點傳力復雜；當拉索段間不平衡力較大時，拉索節點構造復雜，對施工張拉工藝和結構成型過程要求高，一般需要專門的預應力施工單位完成施工張拉。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種大開口型超大跨度弦支穹頂結構，該結構可以避免網殼用于體育場屋蓋時存在的支座水平向力較大的問題，避免懸挑桁架用于體育場時結構整體性較差的問題，避免索網結構用于體育場屋蓋時存在的節點構造和施工張拉工藝復雜的問題，從而能夠充分發揮弦支穹頂結構中索桿體系和單層網殼復合的優勢，達到方便加工和制作，降低施工難度的效果，有效解決上述現有體系用于大型體育場屋蓋中各自存在的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種大開口型超大跨度弦支穹頂結構，由分別設置在上層和下層的大開口型網殼結構和索桿體系構成，所述大開口型網殼結構由徑向桿和緯向桿組成；所述索桿體系由環索、撐桿、徑向拉桿和拉索節點組成，所述大開口型網殼結構和索桿體系的交界處形成有桿件節點和支座節點；

所述徑向桿沿環向閉合布置，所述徑向桿在穹頂結構開口處與所述縱向桿相連并相交于所述桿件節點；所述環索與所述徑向拉桿的交點為所述拉索節點，所述徑向拉桿和撐桿的上端與桿件節點相連，下端與拉索節點相連。

進一步的，弦支穹頂結構的平面投影為空心橢圓環或空心圓環。弦支穹頂結構的平面投影的長軸外側直徑至少為150m，短軸外側直徑至少為100m。

進一步的，所述撐桿的上端與2～4根徑向桿、2根緯向桿及2根以下徑向拉桿相連。

進一步的，所述撐桿的下端與2根環索和2根徑向拉桿相連。

進一步的，所述索桿體系內設有至少一圈環索和至少一圈撐桿，每圈撐桿至少設置3根，位于最內圈的撐桿彼此之間由徑向拉桿相連。

進一步的，所述大開口型網殼結構和索桿體系在支座節點處交匯。大開口型網殼結構內的節點采用鑄鋼節點或焊接空心球節點。

進一步的，所述徑向桿、緯向桿和撐桿由方形鋼管或圓形鋼管構成；所述環索采用鋼絲束或鋼絞線；所述徑向拉桿采用鋼拉桿。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

(1)本發明穹頂結構為自平衡結構體系，下部結構設計負擔較小，對支座要求相對較低，施工過程得以簡化；

(2)本發明穹頂結構的上部網殼結構可以提高屋蓋結構的整體性；

(3)本發明穹頂結構作為一種剛柔并濟的復合結構體系，可以減少下部結構環索中施加的預應力，同時拉索節點構造大幅簡化；

(4)本發明穹頂結構最大限度地利用了壓彎構件和抗拉構件兩種結構材料的特性，能夠利用盡量少的材料建造大跨度結構；

(5)本發明穹頂結構容易選擇屋面材料，可以采用剛性材料覆蓋屋面，比索網結構中采用的膜材相對便宜，可以減少整體工程造價；

(6)本發明穹頂結構相比網殼結構，拉桿數量大大減少，美觀性突出。

附圖說明

圖1為本發明的三維立體線框結構示意圖；

圖2為本發明的索桿體系的結構示意圖；

圖3為本發明的三維立體結構示意圖；

圖4為本發明的大開口型網殼結構的平面結構示意圖；

圖5為本發明弦支穹頂結構的剖視結構示意圖。