车辐式上置刚弦张拉结构制造技术

本发明专利技术公开了一种车辐式上置刚弦张拉结构，包括设置在结构外边缘处的刚性外环、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环与柔性拉索内环体系之间的上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系，所述柔性拉索内环体系由上部内环索和下部内环索组成，所述上弦刚梁体系由若干刚性梁组成，所述下弦张拉索杆体系包括若干设置在对应刚性梁下方的拉索以及设置在刚性梁与拉索之间且沿拉索布置方向设置的多根竖向撑杆。本发明专利技术主要以轴向力抵抗外荷载，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量，而刚性梁又可承担局部的弯矩，从而使得屋面可采用多种曲面造型，便于采用刚性屋面板，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑工程
，特别涉及一种车辐式上置刚弦张拉结构。
技术介绍
1962年美国著名建筑师 Fuller 提出了由索杆体系组成的张拉整体结构 ( Tensegrity Systems)的思想。80年代，美国著名工程师Geiger对Fuller的思想进行演变和发展，提出了索穹顶结构体系(Cable Domes)，该体系被成功运用于汉城奥运会体育场馆(直径 119. 8m 和 89. 8m)、亚特兰大奥运会主体育馆( 240m×193m)等多项工程中。由于真正意义上的张拉整体结构较难在大型结构工程中应用，科研工作者转而探索实用性强的包含张拉整体结构原理的结构体系。其中车辐式张拉结构传力直接、轻盈美观，被广泛应用于中部开口的非封闭大跨度建筑（如体育场、足球场等）中，如波兰华沙国家体育场（314m×280 m）、釜山体育场（180m×152 m）、巴西马拉卡纳体育场（298m×260m）以及国内的深圳宝安体育场（230m×237 m）和佛山世纪莲体育场(直径310m)等。他们的屋盖无一例外的采用了柔性的轻质膜材作为覆盖材料，膜材虽然具有通透性好、自洁性好等特点，但造价高、对风敏感、易老化、使用寿命小于建筑周期；同时膜材特有的建筑表现方式，不能完全满足多样化的建筑造型需求。刚性屋面（如直立锁边板）造价低、耐久性好、可适应各种建筑造型，是应用更为广泛的屋面材料。然而车辐式张拉结构由于为全索杆体系，导致其难以采用刚性屋面，极大限制了其适用范围。已有部分专家学者提出了便于采用刚性屋面的刚柔杂交结构，如张弦结构、弦支穹顶结构，利用撑杆连接上弦抗弯受压构件和下弦抗拉构件形成自平衡体系，结构的刚度较大，屋面覆盖材料的适用范围更广。但张弦结构与弦支穹顶结构的上弦均为连续的刚性体系，如梁、桁架、网壳等，常用于体育馆、会展馆等封闭的建筑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种适用于中部开口的非封闭建筑的新型张拉结构体系，且便于采用刚性屋面的车辐式上置刚弦张拉结构。本专利技术技术的技术方案实现方式：车辐式上置刚弦张拉结构，其特征在于：包括设置在结构外边缘处的刚性外环、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环与柔性拉索内环体系之间的上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系，所述柔性拉索内环体系由上部内环索和下部内环索组成，所述上弦刚梁体系由若干刚性梁组成，所述刚性梁的两端分别与上部内环索和刚性外环连接，所述下弦张拉索杆体系包括若干设置在对应刚性梁下方的拉索以及设置在刚性梁与拉索之间且沿拉索布置方向设置的多根竖向撑杆，所述拉索两端分别与下部内环索和刚性外环连接，所述竖向撑杆两端分别与刚性梁和拉索连接。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其所述刚性梁的两端分别与上部内环索和刚性外环铰接，所述拉索两端分别与下部内环索和刚性外环铰接，所述竖向撑杆两端分别与刚性梁和拉索铰接。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其在所述上部内环索和下部内环索之间设置有斜腹杆形成环向桁架。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其所述斜腹杆两端分别与上部内环索和下部内环索铰接。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环体系外周呈辐射式布置且对应配合。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环体系外周呈三角式布置且对应配合。本专利技术所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别沿柔性拉索内环体系外周呈交叉式布置且对应配合。本专利技术主要以轴向力抵抗外荷载，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量，而刚性梁又可承担局部的弯矩，从而使得屋面可采用多种曲面造型，便于采用刚性屋面板，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术中上弦刚梁体系的结构示意图。图3是本专利技术中柔性拉索内环体系与下弦张拉索杆体系的连接示意图。图4是图1的局部放大图。图5和图6是本专利技术中竖向撑杆两端铰接节点的结构示意图。图7是本专利技术中上部内环索铰接节点的结构示意图。图8是本专利技术中下部内环索铰接节点的结构示意图。图9是本专利技术中上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系辐射式布置的结构示意图。图10是本专利技术中上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系三角式布置的结构示意图。图11是本专利技术中上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系交叉式布置的结构示意图。图中标记：1为刚性外环，2a为上部内环索，2b为下部内环索，3为刚性梁，4a为拉索，4b为竖向撑杆，5为环向桁架。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定专利技术。如图1-8所示，车辐式上置刚弦张拉结构，包括设置在结构外边缘处的刚性外环1、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环1与柔性拉索内环体系之间的上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系，所述柔性拉索内环体系由上部内环索2a和下部内环索2b组成，所述上弦刚梁体系由若干刚性梁3组成，所述刚性梁3的两端分别与上部内环索2a和刚性外环1铰接，所述下弦张拉索杆体系包括若干设置在对应刚性梁3下方的拉索4a以及设置在刚性梁3与拉索4a之间且沿拉索4a布置方向设置的多根竖向撑杆4b，所述拉索4a两端分别与下部内环索2b和刚性外环1铰接，所述竖向撑杆4b两端分别与刚性梁3和拉索4a铰接，其中，在所述上部内环索2a和下部内环索2b之间设置有斜腹杆形成环向桁架5，所述斜腹杆两端分别与上部内环索2a和下部内环索2b铰接，屋面覆盖材料设置于上弦刚梁体系上。本专利技术的受力原理及结构特点是：该结构体系兼具张拉结构体系与刚性结构体系的特点。通过在拉索中施加预张力，使上下部内环索、下弦拉索、上弦刚性梁受拉，刚性外环受压，竖向撑杆受压，整个结构处于一种自平衡的张紧状态，具有很好的结构刚度。从整体受力上看，当结构受到向下的荷载时，上弦刚性梁及上部内环索内力减小，下弦拉索及下部内环索内力增大，抵抗外荷载；当结构受到向上的荷载时，下弦拉索及下部内环索内力减小，上弦刚性梁及上部内环索内力增大，抵抗外荷载；若需要进一步增加结构刚度，可在上下内环之间布置斜向构件，形成内环带桁架。而从局部受力上看，下弦拉索通过竖向撑杆弹性支撑上弦刚性梁，减小刚性梁的局部弯矩。如图9所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环体系外周呈辐射式布置且对应配合；或者，如图10所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环体系外周呈三角式布置且对应配合；或者，如图11所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环体系外周呈交叉式布置且对应配合。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
车辐式上置刚弦张拉结构，其特征在于：包括设置在结构外边缘处的刚性外环（1）、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环（1）与柔性拉索内环体系之间的上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系，所述柔性拉索内环体系由上部内环索（2a）和下部内环索（2b）组成，所述上弦刚梁体系由若干刚性梁（3）组成，所述刚性梁（3）的两端分别与上部内环索（2a）和刚性外环（1）连接，所述下弦张拉索杆体系包括若干设置在对应刚性梁（3）下方的拉索（4a）以及设置在刚性梁（3）与拉索（4a）之间且沿拉索（4a）布置方向设置的多根竖向撑杆（4b），所述拉索（4a）两端分别与下部内环索（2b）和刚性外环（1）连接，所述竖向撑杆（4b）两端分别与刚性梁（3）和拉索（4a）连接。

【技术特征摘要】
1.车辐式上置刚弦张拉结构，其特征在于：包括设置在结构外边缘处的刚性外环（1）、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环（1）与柔性拉索内环体系之间的上弦刚梁体系和下弦张拉索杆体系，所述柔性拉索内环体系由上部内环索（2a）和下部内环索（2b）组成，所述上弦刚梁体系由若干刚性梁（3）组成，所述刚性梁（3）的两端分别与上部内环索（2a）和刚性外环（1）连接，所述下弦张拉索杆体系包括若干设置在对应刚性梁（3）下方的拉索（4a）以及设置在刚性梁（3）与拉索（4a）之间且沿拉索（4a）布置方向设置的多根竖向撑杆（4b），所述拉索（4a）两端分别与下部内环索（2b）和刚性外环（1）连接，所述竖向撑杆（4b）两端分别与刚性梁（3）和拉索（4a）连接。2.根据权利要求1所述的车辐式上置刚弦张拉结构，其特征在于：所述刚性梁（3）的两端分别与上部内环索（2a）和刚性外环（1）铰接，所述拉索（4a）两端分别与下部内环索（2b）...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯远，向新岸，王立维，姚丽，吴雨杭，邱添，
申请(专利权)人：中国建筑西南设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51