[发明专利]一种具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖

说明书

本发明公开一种具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖，其上受压外环、下受压外环和造型外凸环分别通过斜腹杆连接，构成立体环桁架；受拉内环索与上受压外环之间通过上径向索连接，受拉内环索与下受压外环之间通过下径向索连接，构成轮辐式波形屋盖，立体环桁架能减小屋盖的径向压缩变形，且造型美观；其形成封闭的传力途径，从而减小上径向索和下径向索的预应力损失；其整个索膜结构屋盖充分发挥了各种材料的力学效能，实现了形状与效率的完美结合。该结构抗震性能好，自重轻，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，涉及一种具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖。

背景技术

目前，张力结构是构件受力效率最高的结构形式，作为一种典型的张力结构，轮辐式索膜结构是源自自行车轮辐的受力机理，并结合膜材自重轻的特点演化而来的结构体系，其构成特点是：有刚度较大的受压外环，通过沿径向布置的拉索或索桁架连到中心受拉内环索，径向索结构单元通常由径向承重索、径向稳定索以及它们之间的压杆或构造索构成。拉索或索桁架的张拉力与外环的压力平衡，整个结构属于自平衡受力体系。轮辐式大跨度张拉索膜结构具有质量轻、受力合理等优点，能够跨越非常大的跨度。

轮辐式索膜结构按照径向索的层数划分，可分为单层和双层两类。单层轮辐式张拉结构，需要其外压环高低起伏，从而形成马鞍形的空间曲面造型，为单层轮辐式索膜结构提供较大的竖向刚度。

与单层轮辐式索膜结构不同，双层轮辐式索膜结构的上径向索和下径向索形成较大的竖向刚度，故空间造型不需要做成马鞍形曲面。双层轮辐式索膜结构又分为外凸式和内凹式，外凸的索桁架有侧向失稳的可能，而内凹的索桁架没有这个问题，本发明的上径向索、下径向索与环向构造索形成的是内凹的索桁架。

目前采用轮辐式波形索膜结构的体育场，如佛山世纪莲体育场的平面拉力环及压力环均为圆形，其拉索受力较为均匀，但是由于体育场内场跑道及足球场接近椭圆形，故看台及屋盖布置采用圆形限制了建筑使用功能的合理布置。本发明适用于内外环均为圆形、内外环均为椭圆形，内环圆形外环椭圆形、内环椭圆形外环圆形四种情况。

常规的内凹轮辐式索膜结构一般设两道外环梁，两道外环梁之间通过腹杆形成平面桁架，但是由于其径向刚度小，导致外环径向压缩变形过大，使得径向索预应力损失较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖，其针对上述体育场屋盖平面采用圆形所存在的问题，能够更加符合由于体育场内场平面布置对看台和屋盖形状的需求。

本发明的具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖，包括上受压外环、下受压外环、造型外凸环和受拉内环索，上受压外环的标高大于下受压外环的标高，上受压外环、下受压外环和造型外凸环三者中的任意两者之间分别通过均匀分布的上斜腹杆、下斜腹杆、竖斜腹杆连接，构成立体环桁架；受拉内环索与上受压外环之间通过均匀分布的上径向索连接，受拉内环索与下受压外环之间通过均匀分布的下径向索连接，构成轮辐式波形屋盖。

本发明的具有立体外环桁架的轮辐式波形索膜结构屋盖，该结构外圈设置三角形立体环桁架，铰接固定于看台的钢筋混凝土柱上。上径向索为承重索，上径向索外端固定在上受压外环上，上径向索内侧连接在受拉内环索上；下径向索为稳定索，下径向索外端固定在下受压外环上，下径向索内侧连接在受拉内环索上。下径向索和上径向索之间设置构造索，对张拉膜提供支承作用。受拉内环索通过上径向索、下径向索与钢结构系统连接成稳定的主索系，通过施加预张力形成空间整体预应力索网并通过其它构造索的协同作用控制膜结构在不同工况下的位移。

在以上方案中优选的是，上受压外环、下受压外环和造型外凸环可均为圆形，也可均为椭圆形。

还可以优选的是，上受压外环、下受压外环和造型外凸环的中心分别位于同一个标高上。

还可以优选的是，受拉内环索可为圆形，也可为椭圆形。