本實用新型涉及建筑工程技術領域,特別涉及一種車輻式下置剛弦張拉結構。
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(fā)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育場館(直徑 119. 8m 和 89. 8m)、亞特蘭大奧運會主體育館( 240m×193m)等多項工程中。由于真正意義上的張拉整體結構較難在大型結構工程中應用,科研工作者轉而探索實用性強的包含張拉整體結構原理的結構體系。其中車輻式張拉結構傳力直接、輕盈美觀,被廣泛應用于中部開口的非封閉大跨度建筑(如體育場、足球場等)中,如波蘭華沙國家體育場(314m×280 m)、釜山體育場(180m×152 m)、巴西馬拉卡納體育場(298m×260m)以及國內(nèi)的深圳寶安體育場(230m×237 m)和佛山世紀蓮體育場(直徑310m)等。他們的屋蓋無一例外的采用了柔性的輕質膜材作為覆蓋材料,膜材雖然具有通透性好、自潔性好等特點,但造價高、對風敏感、易老化、使用壽命小于建筑周期;同時膜材特有的建筑表現(xiàn)方式,不能完全滿足多樣化的建筑造型需求。剛性屋面(如直立鎖邊板)造價低、耐久性好、可適應各種建筑造型,是應用更為廣泛的屋面材料。然而車輻式張拉結構由于為全索桿體系,導致其難以采用剛性屋面,極大限制了其適用范圍。已有部分專家學者提出了便于采用剛性屋面的剛柔雜交結構,如張弦結構、弦支穹頂結構,利用撐桿連接上弦抗彎受壓構件和下弦抗拉構件形成自平衡體系,結構的剛度較大,屋面覆蓋材料的適用范圍更廣。但張弦結構與弦支穹頂結構的上弦均為連續(xù)的剛性體系,如梁、桁架、網(wǎng)殼等,常用于體育館、會展館等封閉的建筑。
技術實現(xiàn)要素:
本實用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題,提供一種適用于中部開口的非封閉建筑的新型張拉結構體系,且便于采用剛性屋面的車輻式下置剛弦張拉結構。
本實用新型技術的技術方案實現(xiàn)方式:車輻式下置剛弦張拉結構,其特征在于:包括設置在結構邊緣處的剛性外環(huán)體系、設置在結構中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)以及設置在剛性外環(huán)體系與柔性拉索內(nèi)環(huán)之間的上弦張拉懸索體系和下弦剛梁體系,所述剛性外環(huán)體系由上部剛性外環(huán)和下部剛性外環(huán)組成,所述上部剛性外環(huán)和下部剛性外環(huán)之間設置有支撐桿件,所述下弦剛梁體系由若干剛性梁組成,所述剛性梁的兩端分別與下部剛性外環(huán)和柔性拉索內(nèi)環(huán)連接,所述上弦張拉懸索體系包括若干設置在對應剛性梁上方的拉索以及設置在剛性梁與拉索之間且沿拉索布置方向設置的多根豎向吊索,所述拉索兩端分別與上部剛性外環(huán)和柔性拉索內(nèi)環(huán)連接,所述豎向吊索兩端分別與剛性梁和拉索連接。
本實用新型所述的車輻式下置剛弦張拉結構,其所述剛性梁的兩端分別與下部剛性外環(huán)和柔性拉索內(nèi)環(huán)鉸接,所述拉索兩端分別與上部剛性外環(huán)和柔性拉索內(nèi)環(huán)鉸接,所述豎向吊索兩端分別與剛性梁和拉索鉸接。
本實用新型所述的車輻式下置剛弦張拉結構,其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)外周呈輻射式布置且對應配合。
本實用新型所述的車輻式下置剛弦張拉結構,其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)外周呈三角式布置且對應配合。
本實用新型所述的車輻式下置剛弦張拉結構,其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)外周呈交叉式布置且對應配合。
本實用新型主要以軸向力抵抗外荷載,受力效率高,剛度大,有利于減小材料用量,而剛性梁又可承擔局部的彎矩,從而使得屋面可采用多種曲面造型,便于采用剛性屋面板,在體育場、足球場等大型公共建筑中具有廣泛的適用性。
附圖說明
圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是本實用新型中下弦剛梁體系的結構示意圖。
圖3是本實用新型中柔性拉索內(nèi)環(huán)與上弦張拉懸索體系的連接示意圖。
圖4是圖1的局部放大圖。
圖5和圖6是本實用新型中豎向吊索兩端鉸接節(jié)點的結構示意圖。
圖7是本實用新型中柔性拉索內(nèi)環(huán)鉸接節(jié)點的結構示意圖。
圖8是本實用新型中下弦剛梁體系和上弦張拉懸索體系輻射式布置的結構示意圖。
圖9是本實用新型中下弦剛梁體系和上弦張拉懸索體系三角式布置的結構示意圖。
圖10是本實用新型中下弦剛梁體系和上弦張拉懸索體系交叉式布置的結構示意圖。
圖中標記:1為柔性拉索內(nèi)環(huán),2a為上部剛性外環(huán),2b為下部剛性外環(huán),3為剛性梁,4a為拉索,4b為豎向吊索,5為支撐桿件。
具體實施方式
下面結合附圖,對本實用新型作詳細的說明。
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對本實用新型技術進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型,并不用于限定實用新型。
如圖1-7所示,車輻式下置剛弦張拉結構,包括設置在結構邊緣處的剛性外環(huán)體系、設置在結構中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)1以及設置在剛性外環(huán)體系與柔性拉索內(nèi)環(huán)1之間的上弦張拉懸索體系和下弦剛梁體系,所述剛性外環(huán)體系由上部剛性外環(huán)2a和下部剛性外環(huán)2b組成,所述上部剛性外環(huán)2a和下部剛性外環(huán)2b之間設置有支撐桿件5,所述下弦剛梁體系由若干剛性梁3組成,所述剛性梁3的兩端分別與下部剛性外環(huán)2b和柔性拉索內(nèi)環(huán)1鉸接,所述上弦張拉懸索體系包括若干設置在對應剛性梁3上方的拉索4a以及設置在剛性梁3與拉索4a之間且沿拉索4a布置方向設置的多根豎向吊索4b,所述拉索4a兩端分別與上部剛性外環(huán)2a和柔性拉索內(nèi)環(huán)1鉸接,所述豎向吊索4b兩端分別與剛性梁3和拉索4a鉸接,其中,屋面覆蓋材料設置于下弦剛梁體系上。
本實用新型的受力原理及結構特點是:該結構體系兼具張拉結構體系與剛性結構體系的特點。通過在拉索中施加預張力,使柔性拉索內(nèi)環(huán)、上弦拉索、下弦剛性梁、豎向吊索受拉,上、下部剛性外環(huán)受壓,整個結構處于一種自平衡的張緊狀態(tài),具有很好的結構剛度。從整體受力上看,當結構受到向下的荷載時,下弦剛性梁內(nèi)力減小,上弦拉索內(nèi)力增大,抵抗外荷載;當結構受到向上的荷載時,上弦拉索內(nèi)力減小,下弦剛性梁內(nèi)力增大,抵抗外荷載;而從局部受力上看,上弦拉索通過豎向吊索彈性支撐下弦剛性梁,減小剛性梁的局部彎矩。
如圖8所示,所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)1外周呈輻射式布置且對應配合;或者,如圖9所示,所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)1外周呈三角式布置且對應配合;或者,如圖10所示,所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)1外周呈交叉式布置且對應配合。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已,并不用以限制本實用新型,凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。