專利名稱：V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域應(yīng)用的一種穹頂，具體為V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟的發(fā)展推動了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時也向空間結(jié)構(gòu)提出了更高的要求跨度更大、更加安全、經(jīng)濟。傳統(tǒng)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如單層網(wǎng)殼、雙層和多層網(wǎng)殼、平板網(wǎng)架等，以其構(gòu)造簡單、施工難度低等特點得到了廣泛的應(yīng)用。但是它們分別存在以下不足(1)單層網(wǎng)殼和較薄的雙層網(wǎng)殼會在支座處產(chǎn)生較大推力，需要堅固的支撐結(jié)構(gòu)才能保證其安全可靠，加重了支撐結(jié)構(gòu)負擔，浪費材料。
(2)單層網(wǎng)殼可跨越跨度較小，一般按照現(xiàn)行規(guī)范不宜超過60m，無法滿足建造更大跨度空間結(jié)構(gòu)的需要。
(3)傳統(tǒng)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分布不均勻，從里到外呈現(xiàn)階梯型分布，尤其在靠近支座部位內(nèi)力峰值很大，不利于構(gòu)件規(guī)格的統(tǒng)一，給加工和建造帶來了許多不便，同時影響了結(jié)構(gòu)的整體美觀。
(4)單層網(wǎng)殼和較薄的雙層網(wǎng)殼在外荷載作用下，可能突然出現(xiàn)整體偏離平衡位置的整體失穩(wěn)，也可能出現(xiàn)由于局部破壞而擴展到整個結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。
(5)雙層和多層網(wǎng)殼雖然能夠部分克服單層網(wǎng)殼的弱點，但是其空間占有量和材料消耗也不同程度的增大。
(6)傳統(tǒng)的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)雖然不會產(chǎn)生支座推力，但是其傳力途徑不合理，形式單一，內(nèi)力分布不均勻，可跨越的跨度更小。
預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展促進了一些受力合理的新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，在一定程度上解決了單層網(wǎng)殼的部分上述問題，減小了整個結(jié)構(gòu)在支座處的水平推力，同時可以跨越較大的跨度，但是其仍有以下不足
1)由于上層組成部分只局限于單層網(wǎng)殼，使得由此形成的弦支穹頂對荷載的非對稱布置較敏感，整體穩(wěn)定性不高，尤其側(cè)向穩(wěn)定性較差。使弦支結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢未能充分體現(xiàn)。
2)環(huán)向索、徑向索和撐桿在索撐節(jié)點連接，由于徑向索為單根布索，其不能抵抗徑向索和撐桿所確定的平面外的法向力，在張拉環(huán)向索時，由于索撐節(jié)點摩擦力的存在，使徑向索和撐桿偏離平衡位置，側(cè)向穩(wěn)定難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的上述缺陷，提供了一種弦支網(wǎng)格穹頂結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)承載能力強、整體穩(wěn)定性高、減小甚至消除對周邊構(gòu)件的作用力，大大節(jié)約材料，適用范圍廣。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案它包括上下兩部分，上層為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4，下層是由環(huán)向索3、成對V字型交叉布置徑向索2、用于上下層聯(lián)系的撐桿1組成的支撐體系。撐桿1為剛性構(gòu)件承擔壓力，撐桿1上端與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4的節(jié)點連接，撐桿1的下端與鋼管5連接。徑向索成對交叉成V字型沿環(huán)向索3的圓周布置，其交叉端與同一個撐桿1下端節(jié)點連接，另兩端分別與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4不同的節(jié)點連接。環(huán)向索3穿過鋼管5的內(nèi)部，與撐桿1構(gòu)成滑動連接。
所述的撐桿1長度應(yīng)保證徑向索2與撐桿1的交角為銳角。
所述的上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4為單層網(wǎng)格或雙層網(wǎng)格或多層網(wǎng)格。
所述的上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4的形狀可以為圓形或橢圓形或矩形或多邊形。
環(huán)向索3可以為柔性鋼絲繩、鋼鉸線、纜索等，環(huán)向索3每一圈為通長封閉布置，其穿過撐桿下節(jié)點并與其滑動連接，以保證在施工張拉環(huán)向索時，索力能夠有效傳遞到張拉的遠端。
撐桿的長度是影響徑向索中豎向和水平向分力大小的重要構(gòu)件，在其它條件不變的情況下?lián)螚U越長豎向分力越大，撐桿越短水平分力越大，應(yīng)根據(jù)對支座反力的要求和穹頂豎向荷載的情況計算決定撐桿的長度，但是撐桿長度應(yīng)以保證徑向索與撐桿的夾角為銳角。
徑向索承受拉力，其可以是柔性鋼索或鋼拉桿，由于構(gòu)造、加工等諸多原因，環(huán)向索在索撐節(jié)點的摩擦力是不可避免的，徑向索采用V字型交叉布置，其沿索撐節(jié)點摩擦力方向的分量，能抵消部分摩擦力，張拉時索撐節(jié)點能維持原有的平衡位置，使整個體系維持原有的受力形式。另外，這種V字型交叉布置增強了整個體系的整體性，提高了承載能力，尤其提高了抵抗水平荷載的能力，增加了橫向整體穩(wěn)定性及豎向局部穩(wěn)定性。
由于整體結(jié)構(gòu)體系形成了力封閉體系，在正常荷載作用下，可以消除對邊緣支撐結(jié)構(gòu)對平作用力，減少支撐結(jié)構(gòu)的材料消耗，降低成本。
本發(fā)明的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂可以通過張拉環(huán)向索或者徑向索，在結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力。由于上層為形狀不受限制的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所以屋面可用剛性輕質(zhì)板也可用柔性模材料，適用范圍廣，另外更有利于建筑造型的自由發(fā)揮，并能夠跨越更大的跨度。
本發(fā)明的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡單、傳力清晰、受力合理、承載能力強、豎向和橫向整體穩(wěn)定性高等特點，能夠充分發(fā)揮材料的強度，大大節(jié)約材料，降低工程造價。


圖1本發(fā)明的立體軸側(cè)2本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立面3本發(fā)明下層支撐體系軸側(cè)4本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面5本發(fā)明的索撐節(jié)點側(cè)視6本發(fā)明的索撐節(jié)點前視中1、撐桿，2、徑向索，3、環(huán)向索，4、上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，5、鋼管。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1～6具體說明本發(fā)明的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂實施例。
實施例1如圖1～圖6所示，本發(fā)明包括撐桿1、徑向索2、環(huán)向索3、上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4。上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4為單層網(wǎng)格，其形狀為圓形。撐桿1為剛性構(gòu)件承擔壓力，撐桿1上端與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4的節(jié)點連接，撐桿1的下端與鋼管5固定連接。徑向索成對交叉成V字型沿環(huán)向索3的圓周布置，其交叉端與同一個撐桿1下端節(jié)點連接，另兩端分別與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4不同的節(jié)點連接。環(huán)向索3穿過鋼管5的內(nèi)部，如圖5、如6所示，與撐桿1構(gòu)成滑動連接。如圖3所示，每一道環(huán)向索3為通長封閉布置，并與徑向索2和撐桿1的下端鉸接點滑動連接。這樣在施工張拉環(huán)向索時，索力能夠有效傳遞到張拉的遠端，或者在通過張拉徑向索施加預(yù)應(yīng)力時，能夠調(diào)整下層支撐體系的內(nèi)力分布，使內(nèi)力更均勻。
撐桿1的長度應(yīng)保證徑向索2與撐桿1的交角為60度。
實施例2本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4為雙層網(wǎng)格，其形狀為橢圓形。
實施例3本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4為多層網(wǎng)格，其形狀為矩形。
實施例4本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處僅在于上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)4為雙層網(wǎng)殼，其形狀為多邊形。
這種V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂結(jié)構(gòu)有效降低上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力峰值，實現(xiàn)上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)力的轉(zhuǎn)移和重新分布，充分利用材料強度，使內(nèi)力轉(zhuǎn)移到承載能力高的鋼索中。其具有重量輕、承載力大、傳力途徑清晰合理等特點，能夠滿足建造更大跨度得需要。
權(quán)利要求
1.V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂，包括有撐桿(1)，徑向索(2)，環(huán)向索(3)；其特征在于還包括有上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)、鋼管(5)，其中，撐桿(1)的上端與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)的節(jié)點連接，撐桿(1)的下端與鋼管(5)連接；所述的徑向索(2)沿環(huán)向索(3)的圓周成對交叉成V字型布置，其交叉端與同一個撐桿(1)的下端連接，另兩端分別與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)不同的節(jié)點連接；環(huán)向索(3)穿過鋼管(5)，與撐桿(1)構(gòu)成滑動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂，其特征在于徑向索(2)與撐桿(1)的交角為銳角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂，其特征在于所述的上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)為單層網(wǎng)格或雙層網(wǎng)格或多層網(wǎng)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂，其特征在于所述的上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)的形狀為圓形或橢圓形或矩形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域應(yīng)用的一種穹頂，具體為V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂。包括有撐桿(1)，徑向索(2)，環(huán)向索(3)、上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)、鋼管(5)。其中，撐桿(1)上端與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)的節(jié)點連接，撐桿(1)下端與鋼管(5)連接，徑向索(2)沿環(huán)向索(3)的圓周成對交叉成V字型布置，其交叉端與同一個撐桿(1)的下端連接，另兩端分別與上層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(4)不同的節(jié)點連接；環(huán)向索(3)穿過鋼管(5)，與撐桿(1)構(gòu)成滑動連接。這種V字型徑向索弦支網(wǎng)格穹頂結(jié)構(gòu)承載能力強、整體穩(wěn)定性高、充分發(fā)揮材料的強度、其自身可形成封閉的受力體系減小或消除對周邊構(gòu)件的推力，大大節(jié)約材料，適用范圍廣。
文檔編號E04B7/14GK101029521SQ200710064699
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者張愛林, 劉學(xué)春, 王敬仁, 王冬梅, 李鵬飛, 鞠曉臣, 張慶亮 申請人:北京工業(yè)大學(xué)