一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构制造技术

本发明专利技术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。

A Ribbed-Ring Spreadable Shear Ring-Braced Cable Dome Structure

【技术实现步骤摘要】
一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术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，本专利技术的技术方案如下：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。优选地，剪式铰撑杆每个单元由两根长度相等的直杆组成，直杆中心用销钉连接，相邻直杆杆端通过栓杆与节点相连。上、下折行铰接点处节点由上盖板，下盖板及花盘组成，每个花盘均有两个支叉,每个支叉上设有一个两侧对称的开口槽,即单槽口支叉,每组剪叉折叠杆自由端分别插入花盘四个单槽口支叉的开口槽内并通过转动铰连接，环索、脊索及斜索穿过盖板完成连接。优选地，所述斜索、环索均为预应力拉索。设计原理：该新型结构是将传统索穹顶中的不连续撑杆（压杆）替换成了连续可展剪式铰撑杆，撑杆在环向上连续布置，即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。本专利技术的有益效果是：（1）不连续撑杆（压杆）替换成了连续可展剪式铰撑杆后，能有效改善径向平面外稳定性能，具有更好的受力性能。（2）连续可展剪式铰撑杆可快速展开，提高施工效率，降低了施工工艺难度，减少了施工成本。（3）展开后呈肋环型，肋环型可展剪式环撑索穹顶易于施工和张拉成型，具有良好的经济效益，兼具传统索穹顶结构轻盈高效的优点。该结构形式非常适用于大跨度建筑的屋盖，适用于体育馆，展览馆等建筑，是一种具有广阔应用前景的预应力大跨度空间结构形式。附图说明图1为肋环型可展剪式环撑索穹顶结构三维轴测图；图2为肋环型可展剪式环撑索穹顶结构平面图；图3为肋环型可展剪式环撑索穹顶结构剪式铰撑杆单元示意图；图4为肋环型可展剪式环撑索穹顶结构撑杆上端节点构造示意图；图5为肋环型可展剪式环撑索穹顶结构撑杆下端节点构造示意图；图6为肋环型可展剪式环撑收拢状态示意图；图7为肋环型可展剪式环撑展开状态示意图。附图标记列表：1环索，2斜索，3可展剪式铰撑杆，4脊索，5花盘，6上盖板，7下盖板。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。本专利技术所述的一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，见图1，可展剪式铰撑杆3在环向上连续布置，即水平投影与环索1重合。可展剪式铰撑杆3和斜索2的上端均与脊索4铰接连接，斜索2连接相邻环撑杆3的上折行铰接点和下折行铰接点，环索1连接同环连续撑杆3的下端，并环向闭合布置。最外圈脊索4、斜索2与边环梁锚接。本专利技术所述的可展剪式铰撑杆3采用高强度的无缝钢杆。所述的中心撑杆标高最高，连续撑杆顶部标高环向相同，径向由内向外递减。所述的环索1、斜索2为预应力拉索。边环梁为受压边环梁，可利用下部结构柱顶圈梁，一般为钢筋混凝土梁，刚度大、受压性能好，施工方便。脊索和斜索的锚固用钢板可预埋在该梁上，张拉操作空间宽敞，操作方便。拉索施工时，首先要确定其零应力状态下的长度，加工索头、锚具，在实际施工中，拉索的初始预应力值与设计值仍有可能出现较大差距，所以环向撑杆可以设计成长度可调节的构件，斜索、环索采用可调节索，连接和调整方便。在进行索穹顶的安装过程中，首先可在中心搭建临时塔架，然后将脊索在地面组装成一定规格的索网，然后通过提升装置将其提升至一定高度，再将脊索网和外环梁连接起来，并与剪式铰环撑相连；继续提升整个脊索网，安装中心的撑杆，同时按自内而外的顺序安装斜索和环索，最后通过张拉斜索，使得剪式铰环撑逐渐展开，直到结构成型并达到设计索力。为确保结构可闭合，应使铰接相邻层的剪式铰撑杆上端和下端的脊索及斜索长度之和大于剪式铰环撑长度。在进行结构的拆除工作时，可时先放松边环梁处预应力拉索，随后依次闭合收拢各层剪式铰环撑。本专利技术方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，其特征在于：包括环索（1）、斜索（2）、可展剪式铰撑杆（3）和脊索（4），所述可展剪式铰撑杆（3）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（3）上折行铰接点与斜索（2）上端连接，脊索采用花盘（5）连接，可展剪式铰撑杆（3）下折行铰接点与斜索（2）下端相连，环索（1）采用花盘（5）连接，每环连续撑杆的水平投影与环索（1）重合，环索（1）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（4）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（2）连接。

【技术特征摘要】
1.一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，其特征在于：包括环索（1）、斜索（2）、可展剪式铰撑杆（3）和脊索（4），所述可展剪式铰撑杆（3）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（3）上折行铰接点与斜索（2）上端连接，脊索采用花盘（5）连接，可展剪式铰撑杆（3）下折行铰接点与斜索（2）下端相连，环索（1）采用花盘（5）连接，每环连续撑杆的水平投影与环索（1）重合，环索（1）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（4）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（2）连接。2.根据权利要求1所述的一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，其特征在于：所述可展剪式铰撑杆（3）按相同的单元环形阵列布置。3.根据权利要求1所述的一种肋环型可展剪式环撑索穹顶结构，其特征在于：所述可展...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆金钰，王淑婷，陆鼎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32