[實用新型]一種單層無內環交叉索支結構

有效

• 申請號: 201822121585.9
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN209494043U
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 薛素鐸;田學帥;劉越
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/342
• 分類號: E04B1/342;E04B7/00;E04B7/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種單層無內環交叉索支結構，屬于空間單層索支結構領域。它包括由不在同一個平面內的馬鞍型構成的外環和由多根交叉布置的拉索組成的單層空間索網體系兩部分組成。本結構外環為馬鞍型曲線，馬鞍型曲面內通過一部分索向下凸起形成承重索，用于抵抗向下的自重、雨雪等荷載；另一部分索向上凸起形成穩定索，用于抵抗向上的風吸力等荷載。一種單層無內環交叉索支結構具有結構布置合理(索力分布均勻)、抗連續性倒塌顯著、造型輕盈、結構美學效果好等優點，而且易于制作和施工，具有很強的工程實踐可行性。

技術領域

本實用新型是一種單層無內環交叉索支結構，屬于一種新型單層空間結構體系，主要應用于空間結構領域。對于滿足超大跨度的中間開口的體育場的功能要求具有顯著的優勢。

背景技術

懸索結構是一種處于空間受力狀態的結構，多用于大跨度屋蓋結構中。懸索結構廣泛用于橋梁結構,用于房屋建筑則適用于大跨度建筑物,如體育建筑(體育館、游泳館大運動場等)、工業車間、文化生活建筑(陳列館雜技廳、市場等)及特殊構筑物等。

在體育場館等公共建筑中，索結構是索結構的一種形式。索桁架結構的布置形式主要有平行布置、垂直交叉布置、輪輻式布置等。其中輪輻式索桁架的不足之處主要在于有中央內環索，一旦內環失效，結構體系完全失效，甚至導致結構整體垮塌。另外剛性撐桿的存在，需要考慮撐桿的失穩問題，不能充分發揮材料的強度，經濟性不佳。

發明內容：

本實用新型的目的是為了彌補現有結構的抗連續性倒塌差和結構受壓桿系穩定性的問題，提出了一種適用于體育場的單層無內環交叉索支結構形式。

它包括由不在同一個平面內的馬鞍型構成的外環和由若干根交叉布置的拉索組成的單層空間索網體系兩部分組成，形成具有良好空間受力性能的中間開口、周邊布置屋面的索支結構形式。

馬鞍型曲面的作用，一方面可以承擔自重、雪荷載、屋面其他載荷等向下的豎向荷載；另一方面可以承擔風荷載對屋面向上的吸力。

單層形成的過程是：先由馬鞍型公式確定邊曲線，形成馬鞍型曲面，然后索的曲線用其實就是馬鞍型曲面與相切于虛擬內環的豎直平面的交線段，且交線段的兩個端點在馬鞍型外環曲線上。交線段都是空間曲線，不是直線。所有節點均為兩兩相交，不存在兩條以上空間曲線相交于一點的情況。

施工過程：本結構邊桁架組裝拼接完成，然后在地面把全部索組裝完成，索與索的相交節點用所列的索與索的節點采用可自由轉動的的節點，從而使索與索之間傳力更加明確，只傳遞正向壓力。當結構整體跨度不大時，采用單根索與單根索設計；當跨度較大，單根索需要的直徑很大時，采用雙根比單根更利于施工，對結構來說也更安全。地面組裝完成之后，直接提升至設計高度，分階段依次張拉索，最終索固定于邊桁架的耳板上，即可完成施工。

本體系與輪輻式等有內環結構體系相比，很好的避免了內環存在，有內環結構體系當跨度加大時，內環的力很大，從而導致內環直徑過大超出現有的制作水平。相較于有內環，本結構索力分布更加均勻，充分利用材料強度，具有十分可觀的經濟性。

從結構體系整體分析考慮，每根單向索均可獨立于其他索單獨承受荷載，因此即使某一根或幾根索發生斷索而退出工作，結構剩余部分仍可承擔荷載，結構發生整體連續性倒塌的概率較小。本結構外環為馬鞍型曲線，馬鞍型曲面內通過一部分索向下凸起形成承重索，用于抵抗向下的自重、雨雪等荷載；另一部分索向上凸起形成穩定索，用于抵抗向上的風吸力等荷載。對于中間開口、周邊布置屋面的體育場結構，當屋面采用輕質材料同時風荷載較大時，即使總的豎向荷載向上。在這種極特殊情況下，承重索變成穩定索，穩定索變為承重索，結構體系可以正常承擔風荷載作用下的極大的向上吸力。

一種單層無內環交叉索支結構，索與索的節點采用可自由轉動的的節點，從而使索與索之間傳力更加明確，只傳遞正向壓力。當結構整體跨度不大時，采用單根索與單根索設計。當跨度較大，單根索需要的直徑很大時，采用雙根比單根更利于施工，對結構來說也更安全。