[發明專利]大開口內環鋼桁架索穹頂結構

在審

• 申請號: 202010016311.2
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111101632A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 馮遠;邱添;王立維;張彥;楊文;向新岸;劉曉舟
• 申請（專利權）人: 中國建筑西南設計研究院有限公司
• 主分類號: E04B7/14
• 分類號: E04B7/14;E04B7/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉凱

本發明公開了一種大開口內環鋼桁架索穹頂結構，包括內環剛性桁架、索穹頂結構以及外環剛性結構；所述內環剛性桁架由外上弦環桿、外下弦環桿、至少一層內弦環桿以及用于連接內外環桿的連接桿組成中部大開口形式的空間鋼桁架結構；所述索穹頂結構包括上脊索、下斜索、環索以及撐桿，屋面覆蓋材料設置于柔性的上脊索上。本發明中的索穹頂結構為全張力體系，結構受力從內到外逐級傳力，無論采用何種形式的索穹頂，每級結構的撐桿高度有限，并配合柔性的輕質膜材屋面，不僅結構受力高效合理，特別適合于大跨度空間，同時可解決最內環撐桿較高帶來的諸多不利影響。

技術領域

本發明屬于建筑結構工程技術領域，特別涉及一種大開口內環鋼桁架索穹頂結構。

背景技術

1962年美國著名建筑師Fuller提出了由索桿體系組成的張拉整體結構(Tensegrity Systems)的思想。80年代，美國著名工程師Geiger對Fuller的思想進行演變和發展，提出了索穹頂結構體系(Cable Domes)，該體系被成功運用于漢城奧運會體操館(直徑134m)、亞特蘭大奧運會主體育館(240m×193m)等多項工程中。國內從2009年開始在無錫科技交流中心建有20m跨度的試點性索穹頂結構，隨后2012年在鄂爾多斯市建成了跨度72m肋環型索穹頂體育館屋蓋，2016年在天津理工大學建成了跨度82m的復合式索穹頂體育館屋蓋。同年在四川雅安天全建成了跨度77.3m的索穹頂體育館屋蓋。國內外的索穹頂結構普遍用于封閉屋蓋體育館設計。非封閉式的體育建筑，例如體育場、足球場等，屋蓋中部往往有較大的開口，且該類建筑的屋蓋屬于大跨度空間結構。針對此特點，國內外的工程師們提出采用車輻式張拉結構體系。該體系為張拉結構，受力高效，配合柔性的輕質膜材屋面，建筑效果美觀。國內外應用于非封閉式的優秀體育建筑案例較多，如波蘭華沙國家體育場(314m×280m)、釜山體育場(180m×152m)、巴西馬拉卡納體育場(298m×260m)以及國內的深圳寶安體育場(230m×237m)和佛山世紀蓮體育場(直徑310m)等。但隨著懸挑長度的增加，為保證結構受力效率，索桁架懸挑端部上弦索與下弦索之間的距離增大，受壓撐桿高度較高，造成一定的設計困難，且容易對觀眾視野造成一定影響。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述存在的問題，提供一種適用于中部大開口的非封閉建筑(如體育場、足球場等)的新型索穹頂結構體系，可用于非封閉式大跨度空間結構建筑。

本發明技術的技術方案是這樣實現的：大開口內環鋼桁架索穹頂結構，其特征在于：包括內環剛性桁架、索穹頂結構以及外環剛性結構；

所述內環剛性桁架由外上弦環桿、外下弦環桿、至少一層內弦環桿以及用于連接內外環桿的連接桿組成中部大開口形式的空間鋼桁架結構；

所述索穹頂結構包括上脊索、下斜索、環索以及撐桿，所述索穹頂結構最外圈上脊索與其下方對應的最外圈下斜索鉸接在外環剛性結構的同一位置，所述索穹頂結構最內圈上脊索鉸接在內環剛性桁架的外上弦環桿，最內圈下斜索鉸接在內環剛性桁架的外下弦環桿，最內圈上脊索與最內圈下斜索分別與內環剛性桁架的連接節點之間設置有剛性撐桿，所述內環剛性桁架與外環剛性結構之間的各級撐桿上端與對應上脊索端部鉸接，其下端與環索以及對應下斜索端部鉸接，屋面覆蓋材料設置于柔性的上脊索上。

本發明所述的大開口內環鋼桁架索穹頂結構，其所述內弦環桿為單層結構，所述內弦環桿分別與外上弦環桿和外下弦環桿連接的連接桿沿環向呈連續的V形布置。

本發明所述的大開口內環鋼桁架索穹頂結構，其在所述內環剛性桁架的外上弦環桿和外下弦環桿之間設置有斜向腹桿或拉索。

本發明所述的大開口內環鋼桁架索穹頂結構，其所述索穹頂結構設置有多級環索，所述內環剛性桁架與外環剛性結構之間的各級撐桿分別在對應環索上沿其環向間隔布置，所述撐桿的上端部通過鉸接地多向連接頭分別與對應級的上脊索和下斜索端部鉸接，所述撐桿的下端部通過鉸接地節點夾具與對應級的環索和下斜索端部鉸接。