[发明专利]次索网索穹顶结构

说明书

技术领域

本发明公开了一种新型的全张力结构——次索网索穹顶结构，该结构由脊索、折线斜索、上环索、下环索、环向中压杆、径向中压杆、角压杆和次索网构成，其上可铺设刚性屋面材料，如玻璃面板和彩钢板。属土木工程建筑中空间结构领域。

背景技术

常规索穹顶是一种由脊索、斜索、环索和压杆构成的空间全张力结构，其构形简洁、空间跨越能力强、自重轻、净空高，现已在国内推广应用。由于建筑和结构的要求，索穹顶构件之间网格尺寸较大，这就要求屋面系统自身具有很好的跨越性能，因此在国外主要采用张拉膜作为索穹顶的屋面材料。

张拉膜为柔性材料，具有厚度薄、自重轻、部分透光、负高斯曲面、柔性大等特性，但保温性能和抗环境污染能力较差，价格较贵。因此，采用张拉膜面的索穹顶在国内环境污染地区难以适用，而且单一的屋面材料也是限制索穹顶在国内推广应用的因素之一。

玻璃面板、彩钢板等传统刚性屋面材料，在国内钢屋盖结构中已有非常广泛的应用。但刚性屋面的跨越能力小，需要增设次结构支承屋面，并将屋面荷载传递至索穹顶主体结构，这对次结构的跨越能力提出了较高的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种次索网索穹顶结构，次索网索穹顶结构，既保持了全张力结构的设计思想，也继承了索穹顶结构的优点，整体稳定性更好，屋面材料的可选择范围更广，有利于这类结构的推广应用。

技术方案：若支承刚性屋面的次结构采用檩条，则形成了一个覆盖在索穹顶上的单层檩条网壳，相对笨重的檩条网壳既减弱了索穹顶的优点，也不符合全张力结构的设计思想。索网轻盈，跨越能力较大，相对张拉膜面具有更好的刚度，由于其上覆盖远重于膜面的刚性屋面材料，因此需要较大的索力，而且索网边缘不仅连接压杆顶端，还连接在脊索和上环索的索段上，因此次索网的张力会在脊索和上环索的索段上产生较大的集中力，这不利于脊索和上环索的受力。因此，继承常规索穹顶的优点，并适应刚性屋面，需要一种类似于索穹顶，由次索网支承刚性屋面的新型全张力结构。

本发明的目的次索网索穹顶结构是一种可支承刚性屋面的新型全张力结构，其上可铺设刚性屋面材料，如玻璃面板、彩钢板。

1）次索网索穹顶结构的构形

该结构包括脊索、折线斜索、角压杆、下环索、径向中压杆、上环索、环向中压杆及由平面正交的径向次索和环向次索构成的次索网，次索网布置在由脊索和上环索围成的主结构上部大网格中，并与脊索和上环索连系，次索网节点直接作为刚性屋面的支点。

环向中压杆布置在上环索和下环索之间，为上环索提供弹性支点，提高上环索的竖向刚度，减小上环索的索力。

径向中压杆布置在脊索和折线斜索之间，为脊索提供弹性支点，提高脊索的竖向刚度。

折线斜索为折线形，在与径向中压杆的连接处存在折点，各折线段的水平夹角须根据角压杆和径向中压杆的初始预压力及力平衡关系来确定，从而确定径向中压杆的长度。

 

有益效果：在常规索穹顶的基础上，通过增设上环索、径向中压杆、环向中压杆及次索网，形成可支承刚性屋面的次索网索穹顶结构。次索网的网格节点为刚性屋面材料提供支点，网格尺寸和初始预应力均匀，便于刚性屋面材料的铺设；增设的径向中压杆，使局部构形类似部分索桁架，大大增强了脊索的竖向刚度，从而为环向次索提供了有力的支撑，反之环向次索维持着径向压杆的平面外稳定；增设的上环索，为径向次索提供支点，而增设的环向中压杆，则利用具有较大索力的下环索为上环索提供弹性支点，从而大大提高上环索的竖向刚度，减小上环索的索力，另外，径向次索维持着环向中压杆的平面外稳定。次索网索穹顶结构，既保持了全张力结构的设计思想，也继承了索穹顶结构的优点，整体稳定性更好，屋面材料的可选择范围更广，有利于这类结构的推广应用。

附图说明

图1为次索网索穹顶结构的三维图；

图2为主结构的三维图；

图3为主结构的剖面图；

图4为次索网的平面图；

图中有：脊索1，斜索2，角压杆3，下环索4，径向中压杆5，上环索6，环向中压杆7，径向次索8，环向次索9。

具体实施方式

设计支承刚性屋面的次索网索穹顶结构，基本步骤如下：

1）首先选定刚性屋面材料，根据其跨越能力初步确定平面正交次索网格基本尺寸，即径向次索和环向次索的间距。

2）根据刚性屋面材料和次索网的允许变形值，初步确定径向次索和环向次索的跨度和初始预应力。