[发明专利]凯威特型马鞍面索穹顶结构

说明书

本发明提供一种凯威特型马鞍面索穹顶结构，由径向索、环向索和竖杆组成，可设置N瓣M环。其中共有(NM²+2)个节点、NM²根径向索、NM(M‑1)/2根环向索、NM(M‑1)/2根普通竖杆和1根中心竖杆。每瓣结构组成相同，Z轴方向投影拓扑关系相同，夹角2π/N。上层节点与下层节点分布均呈马鞍形，Z方向投影分布均呈圆环状。竖杆的上端或下端与相邻环上相邻位置竖杆的下端或上端通过径向索连接，竖杆的上端或下端与同一环上相邻位置竖杆的下端或上端通过环向索连接，径向索最外环固定于支座，中心竖杆上下端各连接2根索，其他竖杆上下端各连接3根索。本发明Z方向投影呈凯威特型，整体结构呈马鞍面，结构效率高，可应用于大跨度建筑屋顶结构。

技术领域

本发明涉及索穹顶结构技术领域，具体涉及一种凯威特型马鞍面索穹顶结构。

技术背景

随着人类科技的发展与社会活动的丰富，体育馆、展览馆以及候机大厅等大跨度建筑的需求与日俱增，大大促进了大跨空间结构的发展。作为大跨空间结构中较为新型的类张拉结构，索穹顶结构也进入快速发展时期。

索穹顶结构跨度大，自重轻，结构效率高，是目前大跨空间结构研究的热点内容，目前已有肋环型、葵花型、联方形及蜂窝形等多种形式。马鞍形作为一种高效美观的结构形式，已经应用于正交索网结构，是一种高效的曲面形式。但由于索穹顶拓扑结构的特殊性，同时其他曲面形状的索穹顶结构并不能完全保证结构的稳定性，所以绝大多数索穹顶结构一直以球形曲面为基本结构面，而至今仍未有马鞍形曲面与圆形索穹顶的基本形式高效结合的相关案例。

发明内容

本发明的目的是提供一种凯威特型马鞍形索穹顶结构。

本发明采用的技术方案是：一种凯威特型马鞍面索穹顶结构，其特征在于：由N瓣M环构成，N和M为自然数且N≥4，M≥3。结构中包括NM²根径向索、NM(M-1)/2根环向索、NM(M-1)/2根普通竖杆和1根中心竖杆；每瓣结构中包括M(M+1)根径向索、M(M-1)/2根环向索、NM(M+1)/2-1根普通竖杆；每瓣结构中第m环由(m+1)根普通竖杆构成，其中m∈[1,M]；在N瓣结构中，当为奇数瓣，即n为满足n∈[1,N]的奇数时，第m环第i根普通竖杆的下端点与第(m+1)环第i根普通竖杆的上端点通过径向索连接；第m环第i根普通竖杆的上端点与第(m+1)环第(i+1)根普通竖杆的下端点通过径向索连接；i∈[1,m+1]；

当为偶数瓣，即n为满足n∈[1,N]的偶数时，第m环第i根普通竖杆的上端点与第(m+1)环第i根普通竖杆的下端点通过径向索连接；第m环第i根普通竖杆的下端点与第(m+1)环第(i+1)根普通竖杆的上端点通过径向索连接。

从第(M-1)环普通竖杆连接出来的径向索固定于支座上；瓣与瓣按顺序连接，连接处的普通竖杆位置重叠，环向索连接同环相邻普通竖杆的上端和下端并沿环向闭合布置；中心竖杆的下端点与奇数瓣的第1环第1根普通竖杆的上端点通过径向索连接，中心竖杆的上端点与偶数瓣的第1环第1根普通竖杆的下端点通过径向索连接；中心竖杆和普通竖杆的上端点和下端点坐标满足马鞍面曲面公式。

进一步地，径向索、环向索与竖杆通过铰接连接，竖杆和索可发生相对转动。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：

本发明充分利用索穹顶基本结构中竖杆的抗压能力与索的抗拉能力，结合已应用于实际工程的马鞍形构造，形成一种可应用于圆形屋顶的马鞍形索穹顶结构，打破了马鞍形仅应用于索网结构的现状，提高了索穹顶结构的实用性和美观度，具有较高的实际工程应用价值和经济价值。

附图说明

图1是本发明一种凯威特型马鞍面索穹顶结构的立体图。

图2是本发明一种凯威特型马鞍面索穹顶结构的俯视图。

图3是本发明一种凯威特型马鞍面索穹顶结构的正视图。