[发明专利]一种旋转双曲面肋环型索穹顶

说明书

本发明公开了一种旋转双曲面肋环型索穹顶。它由环向拉索、径向上斜索、径向下斜索、竖向压杆以及连接节点组成；径向上斜索首尾相连形成了单支双曲线，全部径向上斜索组成的索网曲面为旋转双曲面，是一种负高斯曲率曲面；除跨中竖向压杆外，其余压杆的下端与径向下斜索和环向拉索相连，上端与径向下斜索和径向上斜索相连，最外圈径向下斜索与径向上斜索固定在结构周边的支座上，整体结构的平面投影呈现为蛛网式的肋环型，结构中竖向压杆不直接相互连接；旋转双曲面肋环型索穹顶的跨度和失高可根据结构造型、使用功能以及承载能力等要求确定；本发明使索穹顶可被具有旋转双曲面外形的结构所采用。

所属技术领域

本发明涉及一种张拉整体结构形式，具体地说是一种旋转双曲面肋环型索穹顶，应用范围包括建筑物结构、航空航天结构、海洋结构等方面。

背景技术

经过近几十年的发展，各种类型的张拉整体结构在世界各国的建筑结构、航空航天结构、水下仿生鱼结构、人体生物结构中都得到了广泛应用。其中，索穹顶作为张拉整体结构的一种特殊形式，是迄今为止被认为结构效率最好的一种结构体系，现已开发的索穹顶类型有肋环型、Levy型、葵花型与鸟巢型等，这些索穹顶均为类球壳状或者说为正高斯曲率曲面状、马鞍面负高斯曲率曲面状、柱面零高斯曲率曲面状；全世界在役的索穹顶现均为正高斯曲率曲面。

随着建筑物或构筑物功能的提升与外观造型的多样化，现有的索穹顶形式已无法满足建筑与结构造型多样化的发展，索穹顶这种高效结构体系无法在实际工程中进行广泛应用。如当建筑物外观曲面为旋转双曲面时，现已开发的索穹顶结构(一般正高斯曲率形式和负高斯曲率形式)将无法被应用。所以，本发明提出了一种旋转双曲面肋环型索穹顶，来进一步丰富索穹顶的种类。当索穹顶类型丰富后，索穹顶完全可以发挥其轻质高强的特性，应用在更多对结构自重要求较为严格的结构中(如，游轮、海上机场、海上城市、海上游乐园以及水上酒店等海洋工程)。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转双曲面肋环型索穹顶，以实现索穹顶在旋转双曲面结构中的应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种旋转双曲面肋环型索穹顶结构。本发明由环向拉索(1)、竖向压杆(2)、径向上斜索(3)、径向下斜索(4)和连接节点(5)组成。

上述的旋转双曲面肋环型索穹顶结构，其中，径向上斜索(3)首尾相连构成了单支双曲线，多条单支双曲线对称布置构成的索网形成了旋转双曲面外形。

旋转双曲面肋环型索穹顶结构的曲面外形，其经线的曲率值为负，纬线的曲率值为正，整个曲面属于负高斯曲率曲面中的一种。

其中径向上斜索(3)首尾相连构造出整个旋转双曲面的经线；所述的旋转双曲面肋环型索穹顶结构最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)固定于周边的支座节点(6)上。

径向上斜索(3)首尾相连形成的多条单支双曲线将旋转双曲面环向等分，结构中单支双曲线的数目与结构支座节点(6)的数目相等。

支座节点(6)位于旋转双曲面曲面上，旋转双曲面曲面的平面投影形状主要由支座节点(6)的位置和数量决定，为正多边形形状。上述的竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)孤立地分散在整个结构中；旋转双曲面肋环型索穹顶结构所形成的旋转双曲面具体形状，与结构的跨度、失高、支座节点(6)的数目、环向拉索(1)的圈数、竖向压杆(2)的高度有关，旋转双曲面形状的改变将影响整个结构的设计参数，旋转双曲面的具体形状必须由形态分析结果确定。

上述的旋转双曲面肋环型索穹顶结构，其中，由径向上斜索(3)首尾连接所组成的索网可以表达旋转双曲面的外形。上述径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。