[发明专利]一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构

说明书

本发明公开了一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，包括环索、斜索、可展剪式铰撑杆和脊索，该新型结构是将传统肋环型索穹顶中的不连续撑杆替换成了连续可展剪式铰撑杆，撑杆在环向上连续布置，撑杆的水平投影与环索重合。撑杆和斜索的上端均与脊索铰接连接，内斜索和外斜索分别铰接相邻剪式铰撑杆的上端和下端，环索铰接同环连续撑杆的下端，并闭合布置。通过预应力张拉，在脊索、环索和斜索中均建立预应力，属于全张力结构体系。与传统索穹顶结构相比，肋环型可展剪式环撑索穹顶结构径向平面外稳定性能好，施工效率高，综合经济效益良好。适用于大跨度建筑的屋盖，适用于体育建筑、展览建筑，是具有广阔发展前景的预应力大跨度空间结构形式。

技术领域

本发明公开了一种全新的全张力结构，涉及一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，属于土木工程的空间结构技术领域。

背景技术

预应力结构经历了自诞生、成长发展和日趋成熟的历程，已经成为一种在土木工程结构设计中普遍和广泛应用的常规的、高效的和先进的实用结构形式。随着经济发展，社会需求的增长，工程师们提出了将预应力技术与钢结构体系结合而衍生出来的新型结构形式，如：张弦梁，索网，预应力桁架，弦支穹顶，索穹顶等，用以适应这些需求。预应力钢结构极大地丰富了建筑造型，提高结构的承载能力，减小变形的同时减轻了结构自重，具有优秀的力学特性和良好的技术经济指标，受到各国科技界和工程界的关注，值得深入研究并投入工程应用，为我国经济建设做贡献。

在众多预应力钢结构的结构形式中，由索、杆、膜三种单元组合并通过预应力技术张拉成型的索穹顶结构是近30年来空间结构的最新创举，其设计思想来源于美国著名建筑大师Fuller提出的张拉整体概念。索穹顶结构是一种结构效率极高的全张力结构体系，是由拉索海洋与撑杆（压杆）孤岛组合而成的自应力、自平衡、无多余约束且几何稳定的空间铰接索杆结构体系。索穹顶最早的工程应用是1988年的韩国首尔奥运会体操馆与击剑馆，其轻盈的建筑造型和优异的结构性能使得这种崭新的体系大放异彩。此后,一系列的理论与工程实践的进步使得这种结构得到了越来越广泛的应用，国内外学者对其进行了一些改良和创新。

传统的索穹顶结构存在某些不足之处：（1）索穹顶结构的施工成形机理较为复杂，施工难度大，施工要求高，导致在国内建成的大跨度索穹顶工程很少。（2）传统索穹顶结构只设置单根竖向撑杆而径向平面外稳定性较弱，压杆之间不连通，因而压杆的稳定性较差。（3）边环梁压力大，导致边环梁截面积增大，加重了支撑结构负担，浪费材料。（4）索穹顶结构相比于传统的预应力钢结构，存在明显的几何非线性，施工中构件将产生大位移。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，径向平面外稳定性能好，施工效率高，综合经济效益良好。适用于大跨度建筑的屋盖，适用于体育建筑、展览建筑，是具有广阔发展前景的预应力大跨度空间结构形式。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，包括环索、斜索、可展剪式铰撑杆和脊索，所述可展剪式铰撑杆在环向上连续布置，且在竖直方向上相邻撑杆折行铰接，上折行铰接点与下折行铰接点间隔交叉；可展剪式铰撑杆上折行铰接点与斜索上端连接，脊索采用花盘连接，可展剪式铰撑杆下折行铰接点与斜索下端相连，环索采用花盘连接，每环连续撑杆的水平投影与环索重合，环索环向闭合；内环任意一个上折行铰接点分别和相邻外环一个上折行铰接点分别用脊索连接，上述外环两个上折行铰接点相邻，且分别与对应内环的上折行铰接点距离最近；内环的任意一个下折行铰接点均和相邻外环上最近的上折行铰接点采用单根斜索连接。

优选地，所述可展剪式铰撑杆按相同的单元环形阵列布置。