[发明专利]一种刚性屋面组合型张力穹顶结构

说明书

本发明公开了一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构，所述外部索桁架结构包括外环、索桁架脊索、索桁架上环索、索桁架下环索以及索桁架斜索，所述内部索穹顶结构包括内拉环以及设置在内拉环与外部索桁架结构之间的至少一圈环向组件。本发明通过内部索穹顶结构支承于外部索桁架结构，组合形成一个张拉结构，利用张拉拉索，使拉索紧绷，拉索受拉，撑杆受压的受力原理及结构特点，采用环向组件构成环向的抗侧力体系，加强结构抵抗扭转和不对称荷载的能力，很好的弥补了由于未采用张拉膜材屋面而抗扭性能较差、平面外稳定性较差的缺点，同时外部索桁架结构可采用比内部索穹顶结构更密的结构布置，可减小屋面系统的跨度，利于铺设刚性屋面。本发明适用于多种环境，在体育馆等大型公共建筑中具有更广泛的适用性。

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种可应用于体育馆、会展馆等大跨建筑的刚性屋面组合型张力穹顶结构。

背景技术

索穹顶结构是美国工程师Geiger依据Fuller的张拉整体结构思想提出的张拉结构。早在20世纪40年达，Fuller就认为宇宙的运行是按照张拉整体的原理进行的，由此他设想真正高效的结构体系应该是压力与拉力的自平衡体系。1984年，他的学生——雕塑家Snelson完成了第一个张拉整体模型，并以此为基础设计了城市雕塑，证明了Fuller的设想，被公认为现代张拉整体结构发展的一个起点。Fuller由此受到更大的鼓励与启发，于20世纪60年代初发表了张力集成体系的概念和初步理论。他在1962年的专利中较详细地描述了他的结构思想：即在结构中尽可能地减少受压状态而使结构处于连续的张拉状态，从而实现他的“压杆孤岛存在于拉杆的海洋中”的设想，并第一次提出了Tensegrity这一概念。自从张拉整体概念提出以来，各国学者（Emmerich、Vilany、Pugh、Motro、Hanaor等）对各种结构形式的张拉整体结构进行了研究，但很长时间以来这种结构主要用于艺术雕塑和模型试验，没有功能性建筑出现。

1986年美国著名工程师Geiger首次依据Fuller的张拉整体结构思想，发明了支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力穹顶即索穹顶结构，并成功运用于首尔奥运会的体操馆和击剑馆。随后索穹顶得到了进一步发展，并被相继运用于多项大型工程，如美国乔治亚穹顶、日本天城穹顶、阿根廷拉普拉塔体育场等。

虽然索穹顶结构在国外得到了快速的发展，但在我国的发展却相对滞后，一方面是由于其技术难度较大的原因，另一方面是由于索穹顶的屋面覆盖材料常采用膜材，膜材虽具有通透性好等优点，但其限制了建筑的形式，对风荷载敏感，对环境要求较高，不能随意吊挂其他荷载，且成本较高，缩小了索穹顶的适用范围。若能在索穹顶上采用刚性屋面覆盖材料，将扩大其适用范围，且大大降低索穹顶结构的造价，有利于其推广。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构传力直接，刚度好、稳定性好、构造简洁，适用于铺设刚性屋面的张力穹顶结构。

本发明技术的技术方案实现方式：一种刚性屋面组合型张力穹顶结构，其特征在于：包括外部索桁架结构和内部索穹顶结构；

所述外部索桁架结构包括外环、索桁架脊索、索桁架上环索、索桁架下环索以及索桁架斜索，所述索桁架脊索一端与外环支点相连，其另一端与索桁架上环索相连，所述索桁架斜索一端与外环支点相连，其另一端与索桁架下环索相连，所述索桁架脊索和索桁架斜索沿径向呈辐射状布置，在所述索桁架上环索和索桁架下环索之间设置有若干竖向布置的索桁架撑杆，所述索桁架撑杆设置在对应索桁架脊索与索桁架斜索之间；