张弦环状挑棚结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种张弦环状挑棚结构。它包括上、中、下三层。上层由径向杆件、环向杆件组成肋环形网格状布置的球面环，由多根环向杆件连接成球面环的纬线，纬线有多条，相邻两纬线的环向杆件连接点之间连接有径向杆件，组成球面环的经线，中层包括多个四角锥，四角锥的腹杆一端铰接于锥顶，腹杆的另一端与径向杆件、环向杆件相交的节点连接，四角锥在上层肋环形网格上沿经线方向和纬线方向均间隔布置，最内一圈四角锥连续布置，四角锥锥顶沿环向连接在下层的环向索上，环向索沿环向闭合布置，通过张拉环向索在结构中施加预应力。本实用新型专利技术结构受力明确，自重作用下为自平衡受力体系，消除了水平推力，结构内部无立柱，观瞻效果好。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及建筑领域，尤其涉及一种张弦环状挑棚结构。技术背景挑篷结构的大悬臂一般有三种处理方法第一种为采用双排柱的网格结构 或平面结构，大多为网架、网壳或平面桁架。目前，这种结构在技术上已无多 大困难，但前排柱影响观瞻；第二种为悬臂端部设置巨型落地拱，使悬臂梁变 成两端弹性约束构件，该落地拱跨度一般超过200 m，用钢量大，有一定技术难 度，如河南省体育场3号工程、韩国的光州体育场及大邱体育场；第三种为通 过引入预应力，构造出各种挑篷结构，该种结构又可归纳为三种形式第一种是设置高塔或桅杆，通过预应力拉索与大悬臂相连，以减小大悬臂根部的弯矩，如浙江黄龙体育中心体育场；第二种为通过设置承重索和稳定索(抗风拉索)使 大悬臂根部为铰接，如韩国蔚山体育场。第三种为索杆张力体系演变而来的挑 篷结构，如韩国釜山体育场.近年来随着预应力钢结构的发展，新的结构形式大批涌现，如索穹顶和弦支 穹顶结构。索穹顶结构具有构造简单，体系轻盈，绝大部分构件为受拉构件的 特点；弦支穹顶是将索穹顶和单层网壳结合在一起而形成的新结构，提高了结 构刚度，降低施工难度。但是这两种结构体系还存在如下不足1) 索穹顶结构上下两层均为柔性体系，除撑杆外的杆件均不能承担压力， 使得索穹顶的施工难度很大，虽然面世多年，但是至今建成的实际结构很少。2) 为保证索穹顶结构所有的索都处于受拉状态，必须施加较大的预应力， 使得压杆和边环梁等构件的内力巨大，所以必须设置非常巨大的环梁，这加重 了下部结构的负担。3) 由于索穹顶结构大部分杆件为受拉的索，使得索穹顶结构整体刚度不大， 在荷载作用下变形较大，屋面材料一般为轻质的膜结构等，屋面材料的使用受 到限制。4) 弦支穹顶结构上层单层网壳中绝大部分杆件受压，不利于受压构件的平 面外稳定和上层局部单层网壳的平面外稳定性。5) 弦支穹顶上层单层网壳内力由下层钢索或者外荷载作用被动产生，不能 自我调整内力，使得上层单层网壳环向杆件大部分被动受压，不能自我调整以减小压力。6)索穹顶结构、弦支穹顶结构面前均用于闭合结构，在环状开敞中的应用 末见报道。基于上述原因，提出一种施工方便，受力合理的挑篷结构是十分有意义的。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种张弦环状挑棚结构。张弦环状挑棚结构包括上、中、下三层，上层由径向杆件、环向杆件组成 肋环形网格状布置的球面环，它由多根环向杆件连接成球面环的纬线，纬线有 多条，相邻两纬线的环向杆件连接点之间连接有径向杆件，组成球面环的经线， 中层包括多个四角锥，四角锥的腹杆一端铰接于锥顶，腹杆的另一端与由径向 杆件、环向杆件连接的节点连接，四角锥在上层肋环形网格上沿经线方向和纬 线方向均间隔布置，最内一圈四角锥连续布置，四角锥锥顶沿环向连接在下层 的环向索上，环向索沿环向闭合布置，通过张拉环向索在结构中施加预应力。所述的环向索为预应力拉索。环向索为钢丝或钢绞线。径向杆件、环向杆 件和腹杆为刚性构件。径向杆件、环向杆件之间的连接为刚接。腹杆与上层的 径向杆件、环向杆件之间的连接为铰接。本结构受力明确，建筑效果简洁通透。由于这种张弦环状挑棚结构设置了 环向拉索，腹杆布置稀疏，材料的强度利用率大幅提高，较传统的双层网壳， 这种张弦环状挑棚结构用钢量减少40%以上。由于这种结构为自平衡体系，边梁受力小，所以在正常荷载作用下，可以 大大减少对边缘支撑构件的水平作用力，不需要布置巨大的环梁或加大支座， 从而减少了支撑结构的材料消耗，降低了成本。由于张弦环状挑棚结构上层布置的径向杆件和环向杆件主要以承受轴力为 主，端部弯矩很小，所以上层节点构造较为简单。上层节点采用刚接时，结构 刚度大，所以可用刚性轻质板也可用柔性膜材料，适用范围广，施工较索穹顶 结构简单易行。中层结构中的腹杆部分受拉部分受压，环向索全部受拉，下层 结构节点为铰接。由于腹杆数量相比双层网壳减少了3/4，所以结构简洁通透，可以形成良好 的建筑效果，与此同时，由于上层每一节点均设有腹杆相连，结构的局部稳定 性相对于弦支穹顶结构却得到了加强。此外，与传统的双排柱网格结构相比， 这种张弦环状挑棚结构内部无立柱，提高了观瞻效果。4附图说明图1为张弦环状挑棚结构立体轴测图； 图2为张弦环状挑棚结构的上层结构体系布置图； 图3为张弦环状挑棚结构的下层支撑体系轴测图； 图4为张弦环状挑棚结构的四角锥轴测图；具体实施方式张弦环状挑棚结构包括上、中、下三层，上层由径向杆件l、环向杆件2组 成肋环形网格状布置的球面环，它由多根环向杆件2连接成球面环的纬线，纬 线有多条，相邻两纬线的环向杆件2连接点之间连接有径向杆件1，组成球面环 的经线，中层包括多个四角锥，四角锥的腹杆4一端铰接于锥顶5，腹杆4的另 一端与由径向杆件l、环向杆件2连接的节点6连接，四角锥在上层肋环形网格 上沿经线方向和纬线方向均间隔布置，最内一圈四角锥连续布置，四角锥锥顶 沿环向连接在下层的环向索3上，环向索3沿环向闭合布置，通过张拉环向索3 在结构中施加预应力。所述的环向索3为预应力拉索。环向索3为钢丝或钢绞线。4径向杆件1、 环向杆件2和腹杆4为刚性构件。径向杆件l、环向杆件2之间的连接为刚接。 腹杆4与上层的径向杆件1、环向杆件2之间的连接为铰接。本实施结构为一跨度60m的环状挑棚，上层结构的外轮廓形状为环形，内 环直径为20m，矢跨比1/5，上层节点刚接，下层节点铰接，周边竖向约束。挑 棚结构厚度为2m，腹杆4选用075.5X3.75钢管，径向杆件1、环向杆件2、 选用075. 5X3. 75、 0114X4.0、 0140X4.0、 0159X6. 0四种圆形钢管，材 料为Q235B。环索3采用钢索，环向索的从外到内依次采用55①5、 370>5和19 05，通过张拉环向索3在结构中施加预应力，施加的预应力分别为110kN、42kN 和16kN。结构承受lkN/itf竖向均布荷载。采用Ansys分析设计。在结构参数相 同的情况下，采用张弦环状挑棚结构的结构方案，其用钢量为29.6吨，最大竖 向位移为42.5mm;采用双层球面网壳用钢量为49. 85吨，最大位移为35. 8ram。 较双层球面网壳方案，张弦环状挑棚结构用钢量减少41%。权利要求1、一种张弦环状挑棚结构，其特征在于它有上、中、下三层，上层由径向杆件(1)、环向杆件(2)组成肋环形网格状布置的球面环，它由多根环向杆件(2)连接成球面环的纬线，纬线有多条，相邻两纬线的环向杆件(2)连接点之间连接有径向杆件(1)，组成球面环的经线，中层包括多个四角锥，四角锥的腹杆(4)一端铰接于锥顶(5)，腹杆(4)的另一端与由径向杆件(1)、环向杆件(2)连接的节点(6)连接，四角锥在上层肋环形网格上沿经线方向和纬线方向均间隔布置，最内一圈四角锥连续布置，四角锥锥顶沿环向连接在下层的环向索(3)上，环向索(3)沿环向闭合布置，通过张拉环向索(3)在结构中施加预应力。2、 根据权利要求l所述的一种张弦环状挑棚结构，其特征在于所述的环向 索(3)为预应力拉索。3、 根据权利要求l所述的一种张弦环状挑棚结构，其特征在于所述的环向 索(3)为钢丝索、钢绞线或钢棒。4、 根据权利要求l所述的一种张弦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张弦环状挑棚结构，其特征在于它有上、中、下三层，上层由径向杆件（１）、环向杆件（２）组成肋环形网格状布置的球面环，它由多根环向杆件（２）连接成球面环的纬线，纬线有多条，相邻两纬线的环向杆件（２）连接点之间连接有径向杆件（１），组成球面环的经线，中层包括多个四角锥，四角锥的腹杆（４）一端铰接于锥顶（５），腹杆（４）的另一端与由径向杆件（１）、环向杆件（２）连接的节点（６）连接，四角锥在上层肋环形网格上沿经线方向和纬线方向均间隔布置，最内一圈四角锥连续布置，四角锥锥顶沿环向连接在下层的环向索（３）上，环向索（３）沿环向闭合布置，通过张拉环向索（３）在结构中施加预应力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌洪，高博青，付智强，马洪步，应金良，
申请(专利权)人：晟元集团有限公司，浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]