[实用新型]一种适用于大跨度小矢跨比马鞍面的弦支单层网壳结构

说明书

本实用新型公开了一种适用于大跨度小矢跨比马鞍面的弦支单层网壳结构，包括上层单层钢网壳、撑杆、下层双向拉索以及边界环梁，所述边界环梁支承于下部主体结构，所述上层单层钢网壳采用马鞍面结构，所述下层双向拉索沿所述马鞍面结构的凹面和凸面双向布置，上层马鞍形单层钢网壳和所述下层双向拉索通过锚固节点与所述边界环梁连接，所述锚固节点与所述边界环梁固接，所述上层马鞍形单层钢网壳和所述下层双向拉索通过所述撑杆连接。本实用新型通过施加预应力，可为整个结构提供反向的内力和变形，有利于提高结构的整体受力性能，使结构在较大跨度和较小矢跨比下依然具有较强的稳定性，可以适用于大跨度小矢跨比的结构。

技术领域

本实用新型属于建筑工程技术领域，涉及一种大跨度场馆建筑屋盖结构，更具体地说涉及一种适用于大跨度小矢跨比马鞍面的弦支单层网壳结构。

背景技术

网壳结构是目前大跨度空间结构中应用最广泛的结构形式之一，是一种将杆件按照某个特有曲面按照一定的规律布置而成的空间结构体系，兼具薄壳结构和杆系结构的特点。网壳结构具有自重较轻、刚度大、可跨越较大跨度、节省钢材等优点，因此常常被用于体育场馆、机场、高铁站房等重要的大型公用建筑结构中。

网壳结构形式多样，按照其外形可以划分为球面网壳、柱面网壳、椭圆抛物面网壳、双曲抛物面网壳等，其中双曲抛物面网壳是近年来备受关注的结构形式之一。双曲抛物面，俗称马鞍面，是以一种由直线运动所产生的曲面。马鞍面有两族直母线，曲面上任意两条异族的直母线相交。马鞍面受外力作用时，任意一条直母线会被另一族直母线分摊受力，这种相互作用使得结构更加稳定，采用双曲抛物面作为结构屋盖具有良好的受力性能。

在国内，目前马鞍面网壳结构已经被广泛应用于实际工程中。如1994年建成的德阳体育馆，是我国第一个马鞍形双层钢网壳结构，水平投影为菱形，采用直线边梁，跨度达105m，稳定方向矢跨比为1/7.28，承重方向垂跨比为1/6；2009年建成的中国石油大学体育馆，马鞍形双层钢网壳屋盖，水平投影为椭圆形，长轴跨度达142m，稳定方向矢跨比为1/6.8，承重方向垂跨比为1/13。另外，也有部分工程的屋盖采用多个马鞍面组合的形式，如北京石景山体育馆，其水平投影为边长99.7m的正三角形，采用了3片四边形的双曲抛物面双层钢网壳；哈尔滨工业大学体育馆是由多片单双层马鞍形网壳组合而成的屋盖。

由上述马鞍形网壳结构可以看出，目前已建成的大跨度马鞍形网壳多采用双层钢网壳，这是由于单层双曲抛物面网壳结构跨度较大时，在外荷载作用下容易发生整体失稳，因此《空间网格技术规程》(JGJ7-2010)也提出建议“单层双曲抛物面网壳的跨度不宜大于60m”。采用双层网壳可以增强结构刚度，一定程度上解决了较大跨度的马鞍形网壳结构稳定性不足的问题，但是双层网壳用于马鞍面屋盖时，马鞍面形状的不规则可能导致网格划分不均匀、杆件种类较多等问题。同时，有研究发现，矢跨比的大小对马鞍形网壳的刚度也具有较大的影响，矢跨比的增大可以提高网壳结构的极限承载力，与之相对的，矢跨比的减小会使网壳结构的稳定性下降，为保证单层网壳结构的安全性，《空间网格技术规程》(JGJ7-2010)建议“单块双曲抛物面壳体的矢跨比取跨度的1/2～1/4”。由此可知，单层的双曲抛物面网壳不适用于大跨度小矢跨比的结构。

索网结构是大跨度马鞍形屋盖中常用的结构形式，但是索网结构也存在明显的不足：索网结构是柔性结构，其刚度绝大部分来自合理的拉索预应力，对施工精度要求高，且施加预应力之后需要刚度较大的边界环梁抵抗拉索的拉力。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于大跨度小矢跨比马鞍面的弦支单层网壳结构，解决了马鞍形单层网壳在较大跨度、较小矢跨比时稳定性较弱的问题，解决了马鞍形双层网壳杆件种类多、构件制作加工困难的弊端，避免了索网结构完全依赖预应力提供刚度、对边界要求高的缺点。