一种叠合型索结构体系制造技术

本实用新型专利技术涉及建筑工程的结构设计与分析技术领域，尤其是涉及一种叠合型索结构体系。该体系在保留索结构轻盈、通透特点的前提下，可以形成自由、复杂的几何曲面和网格，从而解决现有索结构体系对建筑造型制约较大的问题，极大拓宽索结构的应用范围；相应的形态分析方法用于所提出叠合型索结构体系的初始态求解，可求得满足建筑造型需求、即目标位形下的预应力分布，解决该体系工程应用的核心问题。

【技术实现步骤摘要】
一种叠合型索结构体系
本技术涉及建筑工程的结构设计与分析
，尤其是涉及一种叠合型索结构体系。
技术介绍
索结构是一类广泛应用于体育场馆、展馆、影剧院等大空间公共建筑的结构体系，其由只可受拉的索和既可受拉、又可受压的杆组成，根据构件布置方式不同，可分为单层索网、索桁架结构、索穹顶结构等形式。由于索采用高强材料制成，且在结构承载过程中处于受拉状态，受力效率高、不存在构件稳定问题，因此其截面尺寸远小于传统的混凝土构件和钢构件等，可以营造非常轻盈、通透的建筑效果。不同于混凝土结构、传统钢结构等刚性结构靠材料自身提供结构刚度和承载力，索结构属于典型的柔性结构体系，需要通过施加预应力来达到稳定状态，建立刚度和承载能力。索结构张拉成形后能够实现的几何曲面、网格并非任意的，而是与结构布置、施加的预应力等因素直接相关，如单层索网只能应用于负高斯曲率的曲面、索桁架只能形成较为规则的曲面形状和结构布置等。这一特性要求采用索结构的建筑在设计过程中需要更多地考虑几何的可行性，无法获取与采用刚性结构的建筑等同的几何灵活性，从而在一定程度上限制了索结构的应用范围。索结构在分析设计中存在三种状态：(1)零状态，即按照几何原则建立、未执行计算的结构模型；(2)初始态，即在零状态基础上，考虑结构自重等因素，计算得到的结构平衡状态；(3)荷载态，即在初始态基础上施加后续荷载和作用，计算得到的结构平衡状态。形态分析的求解对象是满足建筑设计要求、即目标要求的索结构初始态，包含结构的平衡位形和相应的预应力。在求得索结构的初始态后，一方面可以在此基础上计算各种荷载和作用下的结构响应，即荷载态分析，完成结构设计；另一方面可以以初始态为目标，开展索结构的施工分析，制定施工方案。因此，形态分析在索结构的整个建造过程中处于承前启后的位置，是索结构从设计到施工的核心工作。在当前的理论研究和工程实践中，尚无针对不同类型索结构体系的通用形态分析方法，需要根据每种类型索结构的特点采取相应的分析策略。因此，对于每一种新型的索结构体系，提出适用的形态分析方法是验证其可行性、实现工程应用的重要前提条件。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种叠合型索结构体系。该体系在保留索结构轻盈、通透特点的前提下，可以形成自由、复杂的几何曲面和网格，从而解决现有索结构体系对建筑造型制约较大的问题，极大拓宽索结构的应用范围；相应的形态分析方法用于所提出叠合型索结构体系的初始态求解，可求得满足建筑造型需求、即目标位形下的预应力分布，解决该体系工程应用的核心问题。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：第一方面，本技术提供一种叠合型索结构体系，其包括：叠合设置的承载结构、造型结构和联系构件；所述承载结构位于叠合型索结构体系的下方，为整个体系提供抵抗各种外部荷载和作用所需的刚度和承载力；所述造型结构位于叠合型索结构体系的上方，主要起构建所需建筑造型的作用，同时也可以协调承载结构受力、提高结构整体性；所述联系构件位于所述造型结构和所述承载结构之间，所述联系构件沿竖直方向布置，其上端和下端分别与造型结构节点和承载结构节点连接，联系造型结构与承载结构，从而形成整体的索结构体系。作为一种进一步的技术方案，所述承载结构能采用索桁架、索穹顶、单层索网中的任意一种索结构形式。当采用索桁架结构时，由环索、径向索、撑杆、吊索等构件组成；当采用索穹顶结构时，由径向索、环索、斜索、撑杆等构件组成；当采用单层索网结构时，由承重索、稳定索等构件组成。具体地，所述承载结构采用车辐式索桁架结构，其包括：环索、与环索连接的径向索、与径向索连接的撑杆或吊索。例如：所述环索分为上、下两层；所述两层环索的四周设置有若干组径向索，每组所述径向索中，其中的一根径向索与上部的环索连接，另一根径向索与下部的环索连接，且两根径向索沿环索的径向延伸布置；所述撑杆连接于两根径向索之间。具体地，所述承载结构采用索穹顶结构，其包括环索、径向索、撑杆、斜索；所述环索与径向索之间通过撑杆、斜索连接。例如：一系列所述环索呈同心设置，且一系列所述环索的直径自外而内依次递减；一系列所述环索的四周设置有若干个径向索；所述径向索与所述环索之间通过撑杆、斜索连接。具体地，所述承载结构采用单层索网结构，其包括纵横布置的承重索和稳定索。作为一种进一步的技术方案，所述造型结构为单层结构，采用正高斯曲率、负高斯曲率、零高斯曲率、自由曲面中任意一种曲面形式，采用三角形、正交四边形、菱形、肋环型、Kiewitt型中任意一种网格形式。当然，上述几种网格形式作为本申请具体的实施例，其并非是限制，本领域的普通技术人员可以采用其他的网格形式，也可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，以实际需要进行灵活设置。作为一种进一步的技术方案，所述造型结构全部由索组成，或者由索和钢构件组合而成。作为一种进一步的技术方案，所述承载结构和造型结构的布置与建筑造型要求匹配，可以应用于体育馆、展馆、影剧院等封闭的建筑，也可以应用于体育场等开敞的建筑。提出的叠合型索结构体系可以采用压型钢板、玻璃等刚性材料作为围护，也可以采用膜等柔性材料作为围护。作为一种进一步的技术方案，所述联系构件采用索或者采用钢构件。作为一种进一步的技术方案，所述承载结构和造型结构均需要施加预应力；所述造型结构在其与联系构件连接的节点处，预应力只需在x、y方向满足平衡条件，预应力的z向合力以及造型结构的自重靠相应的联系构件平衡；所述承载结构在初始态下的预应力与联系构件内力和结构自重相平衡。通过该受力机理，使整个索结构体系在目标位形达到稳定的平衡状态。第二方面，本技术还提供一种用于叠合型索结构体系的形态分析方法，其包括如下步骤：S1、建立单独的造型结构模型，约束所有与联系构件相连节点的z向自由度；S2、考虑造型结构自重和其他需要在初始态考虑的附加荷载，对单独的造型结构进行形态分析，得到满足目标位形的造型结构平衡状态；S3、提取步骤S2中的造型结构平衡状态下所有与联系构件相连节点处的z向支座反力{R}＝{r1…ri…rn}，其中ri为与第i个联系构件相连节点的z向支座反力，n为联系构件的个数；S4、将步骤S3中的每个支座反力反号，并与相应的联系构件自重叠加，得到{P}＝{p1…pi…pn}，其中pi＝-ri-wi，wi为第i个联系构件的自重；S5、将{P}施加到承载结构的相应节点；S6、考虑{P}的作用、承载结构的自重和其他需要在初始态考虑的附加荷载，对单独的承载结构进行形态分析，使承载结构的平衡状态位形中，与联系构件相连节点的x、y坐标等于步骤S2中造型结构平衡状态相应节点的x、y坐标；S7、建立包含承载结构、造型结构和联系构件的索结构体系整体模型，采用步骤S2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠合型索结构体系，其特征在于，包括：叠合设置的承载结构、造型结构和联系构件；/n所述承载结构位于叠合型索结构体系的下方；/n所述造型结构位于叠合型索结构体系的上方；/n所述联系构件位于所述造型结构和承载结构之间，所述联系构件沿竖直方向布置，其上端和下端分别与造型结构的节点和承载结构的节点连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种叠合型索结构体系，其特征在于，包括：叠合设置的承载结构、造型结构和联系构件；
所述承载结构位于叠合型索结构体系的下方；
所述造型结构位于叠合型索结构体系的上方；
所述联系构件位于所述造型结构和承载结构之间，所述联系构件沿竖直方向布置，其上端和下端分别与造型结构的节点和承载结构的节点连接。


2.根据权利要求1所述的叠合型索结构体系，其特征在于，所述承载结构能采用索桁架、索穹顶、单层索网中的任意一种索结构形式。


3.根据权利要求2所述的叠合型索结构体系，其特征在于，所述承载结构采用车辐式索桁架结构，其包括：环索、与环索连接的径向索、与径向索连接的撑杆或吊索。


4.根据权利要求2所述的叠合型索结构体系，其特征在于，所述承载结构采用索穹顶结构，其包括环索、径向索、撑杆、斜索；所述环索与径向索之间通过撑杆、斜索连接。


5.根据权利要求2所述的叠合型索结构体系，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠义，白光波，陈一，邓旭洋，张琳，王毅，崔建华，王哲，梁宸宇，王玮，
申请(专利权)人：北京市建筑设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11