本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。围较广。围较广。
【技术实现步骤摘要】
一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系
[0001]本技术属于结构工程
，尤其涉及一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
技术实现思路
[0008]本技术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。
[0009]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。
[0010]本技术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：
[0011]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。
[0012]为实现上述目的及其他相关目的，本技术采用的技术方案是：
[0013]一种双向斜交组合的轮辐式张拉自平衡索桁架体系，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。
[0014]所述双向斜交索桁架组合体是由沿环向呈一定夹角设置的顺向组、逆向组斜交索桁架交叉汇合构成，竖向撑杆对应各组索桁架共用，组成具有极大整体抗扭刚度的中心支撑构架；所述双层内环拉索组合体包括上内环索、下内环索、撑杆和斜拉索，上、下内环索均为受拉，斜拉索则为屋盖曲面造型提供可能；所述单层外环压梁沿外环边界整圈布置，相对构件截面较大，主要承受轴压作用；所述斜交落地支撑柱位于外环压梁下方，为屋盖张拉自平衡索桁架体系提供竖向支撑。本技术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作用模式，并通过斜交落地支撑柱的竖向支撑，构件组成模块明确，传力清晰，具有高整体刚度、高承载力特点，应用范围较广。
[0015]进一步地，所述顺向组、逆向组斜交索桁架均以斜径向布置的单榀索桁架为基本单元，顺向组、逆向组的单榀斜径向索桁架配对设置，分别构成顺时针、逆时针旋转斜径向平面布置索桁架体系；单榀斜径向索桁架与内环拉索的平面夹角一般为30
°
～60
°
，以便于拉索节点的连接构造；由于索桁架的辐射状布置引起其环向间距逐渐增大，各榀斜交索桁架在内环拉索处的环向间距控制为5m～10m，则对应在外环压梁处的间距为10m～20m。更进一步地，顺向组、逆向组斜交索桁架与内环拉索的夹角均为41
°
，为交叉对称布置，分别共计36榀斜径向索桁架。
[0016]进一步地，单榀斜径向索桁架由上径索、下径索和竖向撑杆所组成。顺向组、逆向组斜交索桁架的各个平面交叉位置均通过共用竖向撑杆形式进行连接，构成具有极大抗扭刚度的整体受力体系。更进一步地，除外环压梁端部外，单榀斜径向索桁架内部共计6道竖向撑杆；对于单榀斜径向索桁架来说，竖向撑杆也可适当进行加密布置，并不限于整体体系的平面交叉点位置。
[0017]进一步地，单榀斜径向索桁架与双层内环拉索组合体之间通过共用竖向撑杆的形式来连接，即索桁架的内环端竖向撑杆与双层内环拉索组合体的竖向撑杆为共用构件。单榀斜径向索桁架的外环端汇合成单个节点，并与外环压梁连接。
[0018]进一步地，各个单榀斜径向索桁架的剖面变化形式基本一致，但其具体曲线定位并不相同，这是由双层内环拉索组合体的空间曲线定位引起的，并构成了大跨屋面复杂曲面造型。斜交索桁架的拉索相对内环拉索的拉力一般要小一些，对应拉索截面也相对较小，一般为直径50mm～100mm。
[0019]进一步地，所述双层内环拉索组合体可为具有高差变化的空间曲线形式设置，这
一过程是通过调节斜拉索的长度以控制单个网格的四边形形状变化来实现的，斜拉索沿四边形短对角线设置，为受拉状态，斜拉索受力较大时可进一步加密网格。由于顺向组、逆向组的单榀斜径向索桁架在双层内环拉索组合体处的连接节点存在竖向高差，其上径索、下径索的平面交叉位置实际也存在高差，竖向撑杆的上、下端分别取对应上径索、下径索的中点位置进行平均化处理考虑。
[0020]进一步地，内环拉索受力在所有拉索中一般较大，对应拉索截面也相对较大，一般为直径100mm～200mm。斜拉索的设置使得内环拉索由一系列三角形网格构成形状固定的空间曲线形式。
[0021]进一步地，部分关键拉索构件采用变长度可调节的构件形式，通过旋转套筒连接来伸长或压缩拉索构件的长度，控制其初始预应力，以产生后续可承载的体系初始刚度和初始形态，拉索构件的预应力数值通过测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系，其特征在于，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；所述双向斜交索桁架组合体是由沿环向呈一定夹角设置的顺向组、逆向组斜交索桁架交叉汇合构成，通过共用竖向撑杆组成中心支撑构架；所述双层内环拉索组合体包括上内环索、下内环索、竖向撑杆和斜拉索，通过斜拉索控制内环曲线以实现屋盖曲面造型；所述单层外环压梁沿外环边界整圈布置；所述斜交落地支撑柱位于单层外环压梁下方，为屋盖张拉自平衡索桁架体系提供竖向支撑。2.根据权利要求1所述的一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系，其特征在于，所述顺向组、逆向组斜交索桁架分别由绕中心定位点(19)顺时针、逆时针方向平面旋转阵列布置的一系列单榀斜径向索桁架所组成；顺向组斜交索桁架包括斜交索桁架上径索(1)、顺向组斜交索桁架下径索(2)和斜交索桁架竖向撑杆(3)，逆向组斜交索桁架包括逆向组斜交索桁架上径索(4)、逆向组斜交索桁架下径索(5)和斜交索桁架竖向撑杆(3)，其中斜交索桁架竖向撑杆(3)为顺向组斜交索桁架、逆向组斜交索桁架之间的共用状态；顺向组、逆向组的单榀斜径向索桁架与内环拉索的平面夹角均为30
°
～60
°
，交叉对称配对设置；相邻同向单榀索桁架的内环间距为5m～10m，外环间距为10m～20m。3.根据权利要求2所述的一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系，其特征在于，所述单榀斜径向索桁架在内环端通过共用内环竖向撑杆(8)连接至双层内环拉索组合体，在外环端汇合成外环汇交节点(13)并锚支于外环压梁(12)；单榀斜径向索桁架的剖面具体形式由内环曲线最低定位点(10)和内环曲线最高定位点(11)确定，斜交索桁架竖向撑杆(3)的上端节点位置为对应顺向组斜交索桁架上径索(1)和逆向组斜交索桁架上径索(4)的中点位置，斜交索桁架竖向撑杆(3)的下端节点位置为对应顺向组斜交索桁架下径索(2)和逆向组斜交索桁架下径索(5)的中点位置；斜交索桁架的拉索一般为直径50mm～100mm圆钢，斜交索桁架竖向撑杆(3)根据体系刚度需要可加密布置...
【专利技术属性】
技术研发人员：王震，赵阳，杨学林，吴小平，瞿浩川，张茹，程俊婷，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：新型
国别省市：
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