[实用新型]一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系

说明书

本实用新型公开了一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系，包括双向斜交索桁架组合体、双层内环拉索组合体、单层外环压梁、斜交落地支撑柱。双向斜交索桁架组合体是由沿环向顺向组、逆向组斜交索桁架交叉汇合并共用竖向撑杆构成，具有极大抗扭刚度；双层内环拉索组合体包括上内环索、下内环索、内环撑杆和内环斜拉索，斜拉索用以屋盖曲面造型；单层外环压梁为受压状态，沿外环边界整圈布置；斜交落地支撑柱为屋盖索桁架体系提供竖向支撑。本实用新型基于由双向斜交索桁架、内环拉索、外环压梁构成的轮辐式张拉自平衡体系的协同模式，并支撑在斜交落地支撑柱上，构件组成模块明确，传力清晰，具有高抗扭刚度、高承载力特点，应用范围较广。

技术领域

本实用新型属于结构工程技术领域，尤其涉及一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系。

背景技术

索杆梁膜体系是一种新颖的刚柔性组合空间大跨结构体系，通过索、膜柔性构件的预应力设置和杆、梁刚性构件的支撑作用构成具有特定初始几何形态和整体承载刚度的受力模式。由于其自重轻、跨度大，兼具结构的受力合理性和建筑造型的艺术表现力，广泛应用于体育场馆等大跨空间屋盖结构体系中。

张拉自平衡体系是其中一类较为重要的空间大跨结构形式，通过按一定规则组合的拉力构件与边界受压刚性构件共同构成自平衡结构型式。该类体系在尽量减轻自重的前提下，充分利用了拉索的高强度性能，实现超大跨度空间的结构跨越。同时，由于其为自平衡体系，结构受力模式自成一体，结构边界不存在侧推力的影响，这为竖向支承结构的设计和形式带来了极大的便利和可选的余地。

轮辐式索桁架体系作为典型的张拉自平衡体系，源于自行车的车轮辐条形式，通过按一定角度径向辐射状布置的索桁架或索拱单元连接内环拉索和外环压梁，并施加预应力形成初始形态和承载刚度。其中索桁架一般为径向布置，环向无连接或通过侧向支撑连接，整体抗扭刚度相对较弱。因而合理有效的索桁架布置形式是保证其承载性能和实施可行性的一个重要因素。

双向斜交组合形式的轮辐式索桁架布置可有效解决抗扭刚度较弱这一重要问题。通过双向对称设置的斜径向索桁架和平面交汇处的共用撑杆，构成整体受力模式。该种组合形式抗扭刚度较大，但也存在节点汇交构件多、连接构造复杂、体系受力复杂、施工张拉成形要求高等问题，合理有效的形式构造及施工张拉方案也是保证其承载性能的一个重要因素。

此外，屋盖整体曲面造型可通过曲线构造的内环拉索或外环压梁形式来实现，局部的屋面造型则可通过局部索拱、弧梁支撑等结构形式来处理。

综上所述，研究一种双向斜交组合的轮辐式张拉自平衡索桁架体系的形式及设计方法，以适用于内开口的大跨度轻型复杂曲面空间建筑屋盖结构体系及承载是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系，可以实现内开口的大跨度轻型复杂曲面空间建筑屋盖结构体系设计及承载。

该结构体系构件组成模块明确，构造合理，有效符合整体张拉自平衡受力模式的设计原则，在充分发挥结构体系整体刚度和较轻自重的同时，通过共用竖向撑杆的双向斜交索桁架组合形式实现体系的极大抗扭刚度，通过内环斜拉索的长度调节控制内环空间曲线以实现体系的曲面造型，达到大跨度(跨度不小于100米)轻型复杂曲面空间屋盖建筑造型及功能。

本实用新型的设计思路基于双向斜交索桁架的有效组合和整体受力模式：

首先，沿整圈环向呈一定夹角分别设置顺向组、逆向组斜交索桁架，通过交叉汇合并共用竖向撑杆形式构成具有极大整体抗扭刚度的双向斜交索桁架组合体；其次，在索桁架两端分别连接内侧受拉的双层内环拉索组合体和外侧受压的单层外环压梁，组成张拉自平衡整体受力体系，并竖向支撑于斜交落地支撑柱上；最后，在给定初始预应力形成体系初始刚度的前提下，通过非线性分析保障结构体系的整体承载性能，避免出现坍塌破坏。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型采用的技术方案是：