一种受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系制造技术

本发明专利技术提出一种受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，包括屋盖上表皮交叉梁系、屋盖下表皮网格结构体系、V柱体系、张弦结构体系、调控连接组件体系；V柱体系连接屋盖上表皮交叉梁系形成上部刚架结构体系；张弦结构体系连接于上部刚架结构体系形成“带张弦的刚架结构体系”；调控连接组件体系连接“带张弦的刚架结构体系”和屋盖下表皮网格结构体系。本发明专利技术提出的结构体系兼具了刚架结构体系、张弦结构体系、空间网格结构体系的特点，通过施加预应力和合理选择弹簧刚度主动控制各部分的受力性能，有效减小结构构件的截面尺寸和材料用量，可用于设置功能和形态不同的双层建筑表皮的轻型屋盖，并获得轻盈通透的建筑效果。并获得轻盈通透的建筑效果。并获得轻盈通透的建筑效果。

【技术实现步骤摘要】
一种受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系


[0001]本专利技术属于建筑工程领域，具体涉及一种大跨度建筑中屋盖结构体系。

技术介绍

[0002]随着社会经济水平和建筑技术水平的提高，大跨度建筑(如航站楼、高铁站房、会展、剧院、博物馆等)屋盖的造型越来越复杂多样，传统单一形式的大跨度结构体系(如刚架结构、拱结构、桁架结构、网架结构、网壳结构、索结构、膜结构)常常不能适应建筑屋盖的需要，需要采用两种或两种以上的结构形式进行杂交组合。
[0003]近年来，出现了多种多样的杂交结构被应用于大跨度空间结构中，如将拉索、膜和压杆结合的索穹顶结构，将索穹顶与单层球面网壳结合的弦支穹顶结构，将梁、拱或桁架与抗拉构件组合的张弦梁结构或张弦桁架结构，将拱与索组合的索
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拱结构，将塔柱、拉索、网格结构组合的斜拉网格结构等。应用的工程项目如美国斯克山谷冰球馆、悉尼会展中心、汉堡历史博物馆、柏林新火车站、呼和浩特民航机库、北京亚运会综合馆、新广州火车站等。一方面，上述已经出现的杂交空间结构只适用于单层屋盖的情况，当某些情况下要求在屋盖中设置双层不同功能和形态的表皮时，这些结构体系不再适用。另一方面，这些杂交结构体系的各组成部分之间是被动的组合，无法对各部分在多种工况下内力和变形进行主动控制以满足结构受力和建筑形态的需要。
[0004]鉴于以上原因，研发一种能设置双层建筑表皮的杂交结构体系，并且可以方便地对结构各组成部分之间的内力和变形进行主动控制的结构体系，对于满足目前日益复杂多样的屋盖形态和受力需求，保证杂交结构各组成部分稳定的发挥力学性能具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种可主动控制结构各组成部分受力和变形的屋盖杂交结构体系，并且能在该屋盖中设置功能和形态不同的双层建筑表皮，以满足目前日益复杂、多样的建筑屋盖形态和受力需求。
[0006]上述目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，包括屋盖上表皮、屋盖下表皮，还包括V柱体系、张弦结构体系、调控连接组件体系；
[0008]所述屋盖上表皮采用屋盖上表皮交叉梁系；
[0009]所述屋盖下表皮采用屋盖下表皮网格结构体系；
[0010]所述V柱体系设置于屋盖上表皮下方，连接屋盖上表皮交叉梁系形成上部刚架结构体系；
[0011]所述张弦结构体系设置在屋盖上表皮下方，施加预应力,连接于V柱体系，并连接于上部刚架结构体系形成“带张弦的刚架结构体系”，用于控制上表皮屋盖钢梁中的弯矩和变形，有利于减小上表皮钢梁的截面尺寸和材料用量；
和碟形弹簧串16
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4；其中：
[0028]所述连接耳板16
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1为两个，分别位于套筒16
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2的上下两侧，分别用于连接上下两个结构体系(带张弦的刚架结构体系和下部交叉网格结构体系)；上侧的连接耳板与十字形活动连杆16
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3固定，下侧的连接耳板与套筒16
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2底部固定；
[0029]所述碟形弹簧串16
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4和十字形活动连杆16
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3都限位于两端有封板的套筒16
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2内，且在套筒16
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2内所述十字形活动连杆16
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3：其横杆将碟形弹簧串16
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4分为上下两部分，其竖杆经过碟形弹簧串16
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4通孔，从而提供可变的轴向弹性刚度；所述十字形活动连杆16
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3的竖杆，其上端与同位置的连接耳板固定，其下端与同位置的连接耳板自由(即不固定)；连杆可以在套筒内通过压缩碟形弹簧串16
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4上下运动。
[0030]作为一种优选方案，所述的屋盖上表皮交叉梁系，屋盖上表皮斜向钢梁之间以及屋盖上表皮斜向钢梁和屋盖上表皮横向钢梁连接节点处采用刚接节点。
[0031]作为一种优选方案，所述的屋盖下层建筑表皮的交叉网格结构体系，屋盖下表皮斜向钢梁之间以及屋盖下表皮斜向钢梁和屋盖下表皮横向钢梁节点处采用刚接节点。
[0032]作为一种优选方案，所述的V柱的内倾钢柱采用梭形柱。
[0033]作为一种优选方案，所述的V柱外倾柱采用等截面圆钢管柱，长细比接近200。
[0034]作为一种优选方案，所述的V柱外倾钢柱和内倾钢柱的柱底和柱顶采用铰接节点。
[0035]相比于现有技术，本专利技术提出的结构体系将各部分结构有机的结合成整体，并通过主动控制的思路调节各部分相互作用的强弱，取长补短，充分发挥了结构的受力性能，是一种充分利用结构材料效率的新型结构体系。具体的有益效果如下：
[0036]1)适用于双层建筑表皮：本专利技术提供的结构体系中，可在上部刚架结构的交叉梁处设置上层建筑表皮，可在下层交叉梁处设置下层建筑表皮，能够满足在一个结构体系中设置功能和形态不同的双层建筑表皮的需求。
[0037]2)可主动控制结构受力性能：通过调控连接组件体系(若干有限刚度的弹簧连接单元)连接上部刚架结构体系和下部网格结构体系，并选择合适的弹簧轴向刚度，可以主动控制上部刚架结构体系和下部交叉网格结构体系之间相互作用的强弱，一方面利用上部刚架结构体系悬挂下部交叉网格结构体系承受的部分荷载，减小交叉网格结构体系的内力和变形，另一方面避免上部刚架结构体系对下部交叉网格结构产生过大的“挤压”和“拉扯”作用而导致下部网格结构体系的破坏。
[0038]3)结构体系受力高效：在刚架结构体系下部附加张弦结构系统形成带张弦的刚架结构体系，在张弦钢拉杆中施加预应力控制上表皮屋盖钢梁中的弯矩和变形，有利于减小上表皮钢梁的截面尺寸和材料用量。
[0039]4)屋盖构件轻盈纤细：将下表皮交叉网格结构承受的部分荷载悬挂于上表皮的刚架结构，并通过调控连接组件体系(设置有限刚度的轴向弹簧连接单元)减小大风和大震作用下上部刚架结构对下部网格结构体系的“挤压”和“拉扯”作用，从而大幅降低下部网格结构的内力和变形，可将网格结构的构件尺寸控制得较小，实现下表皮网格结构轻盈通透的效果。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例的双层表皮屋盖杂交结构体系的轴侧示意图；
[0041]图2为本专利技术实施例中上部交叉钢梁的轴侧示意图；
[0042]图3为本专利技术实施例中下部交叉网格钢梁的轴侧示意图；
[0043]图4为本专利技术实施例中V柱、张弦索撑结构和弹簧连接单元的轴侧示意图；
[0044]图5为本专利技术实施例中弹簧连接单元的节点连接示意图；
[0045]图6为本专利技术实施例中弹簧连接单元构件示意图。
[0046]其中，
[0047]屋盖上表皮斜向钢梁1，屋盖上表皮横向钢梁2，屋盖上表皮边梁3；
[0048]内倾钢柱4，外倾钢柱5，柱脚节点6，内倾钢柱柱顶节点7，外倾钢柱柱顶节点8；
[0049]横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，包括屋盖上表皮、屋盖下表皮，其特征在于，还包括V柱体系、张弦结构体系、调控连接组件体系；所述屋盖上表皮采用屋盖上表皮交叉梁系；所述屋盖下表皮采用屋盖下表皮网格结构体系；所述V柱体系设置于屋盖上表皮下方，连接屋盖上表皮交叉梁系形成上部刚架结构体系；所述张弦结构体系设置在屋盖上表皮下方，施加预应力，连接于V柱体系，并连接于上部刚架结构体系形成“带张弦的刚架结构体系”，用于控制上表皮屋盖钢梁中的弯矩和变形，有利于减小上表皮钢梁的截面尺寸和材料用量；所述调控连接组件体系设置在屋盖上表皮和屋盖下表皮之间，连接“带张弦的刚架结构体系”和屋盖下表皮网格结构体系，用于主动控制结构体系中各部分结构构件的受力性能。2.如权利要求1所述的受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，其特征在于，所述屋盖上表皮交叉梁系，结合屋盖上层建筑表皮设置，包括屋盖上表皮斜向钢梁(1)、屋盖上表皮横向钢梁(2)、屋盖上表皮边梁(3)，其中：若干屋盖上表皮斜向钢梁(1)斜向均匀布设，若干屋盖上表皮横向钢梁(2)横向均匀布设，两者交叉连接成网格状，屋盖上表皮边梁(3)设置在边缘，三者构成网格状的屋盖上表皮交叉梁系，其内部的众多的交叉点即形成了上表皮钢梁交叉节点S。3.如权利要求1所述的受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，其特征在于，所述屋盖下表皮网格结构体系，结合屋盖下层建筑表皮设置，包括屋盖下表皮斜向钢梁(12)、屋盖下表皮横向钢梁(13)、屋盖下表皮边梁(14)；其中，若干屋盖下表皮斜向钢梁(12)斜向均匀布设，若干屋盖下表皮横向钢梁(13)横向均匀布设，两者交叉连接成网格状，屋盖下表皮边梁(14)设置在边缘，三者构成屋盖下表皮网格结构体系，其内部的众多的交叉点为下表皮钢梁交叉节点X；所述屋盖下表皮边梁(14)与屋盖下表皮基础连接。4.如权利要求1所述的受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，其特征在于，所述V柱体系，设置在屋盖上表皮下方，连接屋盖上表皮交叉梁系与屋盖基础，包括多组V柱；每组V柱包括两个内倾钢柱(4)和一个外倾钢柱(5)；内倾钢柱和外倾钢柱的柱顶与屋盖上表皮交叉梁系连接，内倾钢柱(4)和外倾钢柱的柱底与屋盖基础连接，其中：内倾钢柱(4)顶端与屋盖上表皮交叉梁系的内侧钢梁连接，连接点为内倾钢柱柱顶节点(7)；外倾钢柱(5)顶端与屋盖上表皮交叉梁系的边梁连接，连接点为外倾钢柱柱顶节点(8)；通过V柱柱脚节点(6)与屋盖基础连接。5.如权利要求3所述的受力性能可主动控制的双层表皮屋盖杂交结构体系，其特征在于，所述张弦结构体系，设置在屋盖上表皮交叉梁系下部，与V柱连接，包括多榀张弦索撑；每榀张弦索撑包括一根横向钢拉杆(9)、四根斜向钢拉杆(10)和两根撑杆(11)；其中，斜向钢拉杆(10)的顶端连接V柱的内倾钢柱柱顶节点(7)；撑杆(11)的顶端连接屋盖上表皮交叉梁系；
两根张弦斜向钢拉杆(10)和一根张弦撑杆(11)的下端相交，相交点为张弦索撑节点Z，张弦横向钢拉杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：包联进，刘康，陈建兴，郑瑜，董飞，
申请(专利权)人：华东建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：