[发明专利]一种正方形刚性索穹顶结构

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种正方形刚性索穹顶结构。

背景技术

索穹顶(Cable Dome)结构是美国工程师Geiger发展和推广Fuller张拉整体思想后实现的一种新型预张力大跨结构，它体现了Fuller关于“压力的孤岛存在于拉力的海洋中”的思想，是一种结构效率极高的全张力体系。从结构形式上看，Geiger设计的肋环型索穹顶和Levy设计的葵花型索穹顶是现有索穹顶结构的两种主要形式。肋环型索穹顶结构主要由径向脊索、径向斜索、环索以及竖压杆组成，并支撑于周边受压环梁上。肋环型索穹顶结构的平面外刚度较小，在不对称荷载的作用下，结构容易出现失稳现象，此外，还存在着脊索容易退出工作等不足。葵花型索穹顶结构主要是把辐射状布置的脊索改为联方型布置，这就较好地解决了肋环型索穹顶存在的平面外刚度不足、容易失稳的问题，但目前的索穹顶结构还仍然存在以下问题：脊索容易退出工作，结构平面只局限于圆形和椭圆形等缺点。因此，研究一种正方形平面，承载力高、稳定性强的索穹顶结构是急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种正方形刚性索穹顶结构。

正方形刚性索穹顶结构中的刚性杆件为相互垂直网格，并在一个上凸双曲面上，刚性杆件的网格周边设有边环梁，在水平对称轴和垂直对称轴上的刚性杆件网格节点以及周边刚性杆件的网格节点下设有与地面垂直的竖直撑杆，在水平对称轴和垂直对称轴上的刚性杆件的网格节点与其内侧相邻竖直撑杆下端连有斜索，边环梁与刚性杆件的节点与其内侧相邻竖直撑杆的下端连有斜索，水平对称轴和垂直对称轴上的竖直撑杆下端连成正方形的下弦拉索，网格周边的竖直撑杆下端相邻节点之间连有下弦拉索，竖直撑杆下端第一节点与竖直撑杆下端第二节点之间连有下弦拉索，竖直撑杆下端第三节点与竖直撑杆下端第四节点之间连有下弦拉索，竖直撑杆下端第五节点与竖直撑杆下端第六节点之间连有下弦拉索，竖直撑杆下端第七节点与竖直撑杆下端第八节点之间连有下弦拉索。

所述的刚性杆件相互之间的连接为刚性连接。所述的竖直撑杆与刚性杆件之间为铰接连接，竖直撑杆与下弦拉索之间为铰接连接。所述的下弦拉索、斜索为施加预应力的拉索。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1)结构形式简洁，提供了可为正方形平面应用的刚性索穹顶；

2)自重轻，结构构件少；

3)充分发挥高强度材料的性能，本结构可采用受拉性能优越的高强度拉索和受压性能优越的混凝土环梁，充分发挥这两种材料各自的特性；

4)将脊索换成刚性杆件，使结构的承载能力和稳定性都有了较大提高；

5)避免了位移变化突然增大的现象，使曲面的变形更加均匀，最大位移有所减小。

6)与相应的张弦梁相比，建筑的中部空间大大提高，解决了张弦梁这一影响使用功能的问题。

附图说明

图1为正方形刚性索穹顶结构的三维轴测图；

图2为正方形刚性索穹顶结构刚性杆件、竖压杆及环梁的示意图；

图3为正方形刚性索穹顶结构的斜索及下弦拉索示意图；

图4为本发明的实施例剖面图；

图5为与本发明相比较的张弦梁算例剖面图；

图6为本发明与张弦梁的上弦节点布置图；

图7为本发明实施例在竖直向下均布荷载作用下的荷载-位移图；

图8为张弦梁在竖直向下均布荷载作用下的荷载-位移图。

具体实施方式

如图1所示，正方形刚性索穹顶结构中的刚性杆件1为相互垂直网格，并在一个上凸双曲面上，刚性杆件1的网格周边设有边环梁5，在水平对称轴和垂直对称轴上的刚性杆件1网格节点以及周边刚性杆件1的网格节点下设有与地面垂直的竖直撑杆3，在水平对称轴和垂直对称轴上的刚性杆件1的网格节点与其内侧相邻竖直撑杆3下端连有斜索4，边环梁5与刚性杆件1的节点与其内侧相邻竖直撑杆3的下端连有斜索4，水平对称轴和垂直对称轴上的竖直撑杆3下端连成正方形的下弦拉索2，网格周边的竖直撑杆3下端相邻节点之间连有下弦拉索2，竖直撑杆3下端第一节点11与竖直撑杆3下端第二节点12之间连有下弦拉索2，竖直撑杆3下端第三节点13与竖直撑杆3下端第四节点14之间连有下弦拉索2，竖直撑杆3下端第五节点15与竖直撑杆3下端第六节点16之间连有下弦拉索2，竖直撑杆3下端第七节点17与竖直撑杆3下端第八节点18之间连有下弦拉索2。

所述的刚性杆件1相互之间的连接为刚性连接。所述的竖直撑杆3与刚性杆件1之间为铰接连接，竖直撑杆3与下弦拉索2之间为铰接连接。所述的下弦拉索2、斜索4为施加预应力的拉索。