[发明专利]一种自应力索杆与刚性网壳组合结构及其施工方法

说明书

本发明提供一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，包括自应力索杆结构和刚性网壳，自应力索杆结构与刚性网壳之间通过短柱连接。其中自应力索杆结构是由只受拉的拉索和只受压的压杆组成的自应力体系，其刚度完全由自应力大小决定；刚性网壳结构由刚性杆件焊接而成；两者间由短柱连接，通过调整两者之间的刚度比，达到共同受力的目的。本发明提供的施工方法中，当自应力索杆结构施工完成后可以作为支架对刚性网壳构件进行安装，有效减少施工措施费用。本发明具有材料利用率高，施工方便等优点，可应用于各种大跨度空间结构中。

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种自应力索杆与刚性网壳组合结构及其施工方法。

背景技术

自应力索杆结构是一种高效的预应力索杆自平衡结构体系，通过将受压杆件置于拉索的海洋中，可实现特殊的美感和材料的高效利用。因此，这一思想在产生之初就在雕塑领域进行了尝试，随后又出现了如张拉整体桅杆和张拉整体塔这些具有代表性的自应力索杆结构。事实上，由于自应力索杆结构固有的符合自然规律的特点，最大程度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的材料建造超大跨度的房屋建筑。然而严格意义上的只包含受拉索和受压杆的自应力索杆结构一直未能在房屋建筑结构中得到应用。首先，由于其无应力状态下是无刚度的，结构刚度完全依靠自应力力提供，若需要得到较好的刚度则必须对构件施加较大的自应力，受压杆件将承受很大的压力，造成拉索和受压杆件截面过大，同时巨大的预拉力也将给施工带来很大的难度；其次，自应力索杆结构受外界扰动影响大，在动力激励下的响应较明显，且影响时间长，靠材料的阻尼难以较短时间内消除振动影响；最后，自应力索杆结构为柔性结构，与刚性屋面的连接困难，构造复杂。

而网壳结构虽然是刚性结构，面内刚度较大，且杆件较少，造型美观，广泛应用于大跨度空间结构，但是结构面外刚度较小，对初始缺陷较敏感，在使用和施工过程中容易发生整体或局部失稳。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，该结构将柔性的自应力索杆结构与刚性的刚性网壳结构通过短柱连接成整体，组成刚度更好的刚柔性组合结构。既保留了自应力索杆结构的特点，又引入了刚性网格状刚性网壳，使结构具有空间跨度大、刚度大、结构稳定性和抗连续倒塌能力强、施工方便等优点，同时在刚性的网壳结构上更易铺设刚性屋面。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，所述包括自应力索杆结构、刚性网壳以及短柱。所述自应力索杆结构与刚性网壳通过两者之间的短柱连接形成组合体。

所述自应力索杆结构可位于刚性网壳的下方，也可位于刚性网壳的上方。

自应力索杆结构为由只受拉的拉索和只受压的压杆组成的自应力索杆结构体系，其刚度完全决定于自应力的大小。

所述刚性网壳为节点刚接的单层或多层网格结构。

所述短柱位于自应力索杆结构和刚性网壳结构之间，起连接作用，分别焊接在自应力索杆结构和刚性网壳结构对应的节点上。

组合结构的刚度与自应力索杆结构和刚性网壳的刚度，以及两者刚度之间的比例有关。

组合结构构型可为平板、柱面、球面或自由曲面等形状。自应力索杆构型根据刚性网壳的形状而变化，可通过找形得到符合刚性网壳外形的构型，从而与刚性网壳组合形成整体结构。

自应力索杆与刚性网壳组合结构的施工方法为先将未施加预应力的柔性索杆结构进行整体提升，施加预应力后形成稳定的具有一定刚度的自应力平衡结构后，利用自应力索杆结构作为支架，对刚性网壳进行空中散拼安装。

本方案具有如下有益效果：