專利名稱：張弦環狀挑棚結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及建筑領域，尤其涉及一種張弦環狀挑棚結構。
技術背景挑篷結構的大懸臂一般有三種處理方法第一種為采用雙排柱的網格結構 或平面結構，大多為網架、網殼或平面桁架。目前，這種結構在技術上已無多 大困難，但前排柱影響觀瞻；第二種為懸臂端部設置巨型落地拱，使懸臂梁變 成兩端彈性約束構件，該落地拱跨度一般超過200 m，用鋼量大，有一定技術難 度，如河南省體育場3號工程、韓國的光州體育場及大邱體育場；第三種為通 過引入預應力，構造出各種挑篷結構，該種結構又可歸納為三種形式第一種是設置高塔或桅桿，通過預應力拉索與大懸臂相連，以減小大懸臂根部的彎矩，如浙江黃龍體育中心體育場；第二種為通過設置承重索和穩定索(抗風拉索)使 大懸臂根部為鉸接，如韓國蔚山體育場。第三種為索桿張力體系演變而來的挑 篷結構，如韓國釜山體育場.近年來隨著預應力鋼結構的發展，新的結構形式大批涌現，如索穹頂和弦支 穹頂結構。索穹頂結構具有構造簡單，體系輕盈，絕大部分構件為受拉構件的 特點；弦支穹頂是將索穹頂和單層網殼結合在一起而形成的新結構，提高了結 構剛度，降低施工難度。但是這兩種結構體系還存在如下不足1) 索穹頂結構上下兩層均為柔性體系，除撐桿外的桿件均不能承擔壓力， 使得索穹頂的施工難度很大，雖然面世多年，但是至今建成的實際結構很少。2) 為保證索穹頂結構所有的索都處于受拉狀態，必須施加較大的預應力， 使得壓桿和邊環梁等構件的內力巨大，所以必須設置非常巨大的環梁，這加重 了下部結構的負擔。3) 由于索穹頂結構大部分桿件為受拉的索，使得索穹頂結構整體剛度不大， 在荷載作用下變形較大，屋面材料一般為輕質的膜結構等，屋面材料的使用受 到限制。4) 弦支穹頂結構上層單層網殼中絕大部分桿件受壓，不利于受壓構件的平 面外穩定和上層局部單層網殼的平面外穩定性。5) 弦支穹頂上層單層網殼內力由下層鋼索或者外荷載作用被動產生，不能 自我調整內力，使得上層單層網殼環向桿件大部分被動受壓，不能自我調整以減小壓力。6)索穹頂結構、弦支穹頂結構面前均用于閉合結構，在環狀開敞中的應用 末見報道。基于上述原因，提出一種施工方便，受力合理的挑篷結構是十分有意義的。 發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種張弦環狀挑棚結構。張弦環狀挑棚結構包括上、中、下三層，上層由徑向桿件、環向桿件組成 肋環形網格狀布置的球面環，它由多根環向桿件連接成球面環的緯線，緯線有 多條，相鄰兩緯線的環向桿件連接點之間連接有徑向桿件，組成球面環的經線， 中層包括多個四角錐，四角錐的腹桿一端鉸接于錐頂，腹桿的另一端與由徑向 桿件、環向桿件連接的節點連接，四角錐在上層肋環形網格上沿經線方向和緯 線方向均間隔布置，最內一圈四角錐連續布置，四角錐錐頂沿環向連接在下層 的環向索上，環向索沿環向閉合布置，通過張拉環向索在結構中施加預應力。所述的環向索為預應力拉索。環向索為鋼絲或鋼絞線。徑向桿件、環向桿 件和腹桿為剛性構件。徑向桿件、環向桿件之間的連接為剛接。腹桿與上層的 徑向桿件、環向桿件之間的連接為鉸接。本結構受力明確，建筑效果簡潔通透。由于這種張弦環狀挑棚結構設置了 環向拉索，腹桿布置稀疏，材料的強度利用率大幅提高，較傳統的雙層網殼， 這種張弦環狀挑棚結構用鋼量減少40%以上。由于這種結構為自平衡體系，邊梁受力小，所以在正常荷載作用下，可以 大大減少對邊緣支撐構件的水平作用力，不需要布置巨大的環梁或加大支座， 從而減少了支撐結構的材料消耗，降低了成本。由于張弦環狀挑棚結構上層布置的徑向桿件和環向桿件主要以承受軸力為 主，端部彎矩很小，所以上層節點構造較為簡單。上層節點采用剛接時，結構 剛度大，所以可用剛性輕質板也可用柔性膜材料，適用范圍廣，施工較索穹頂 結構簡單易行。中層結構中的腹桿部分受拉部分受壓，環向索全部受拉，下層 結構節點為鉸接。由于腹桿數量相比雙層網殼減少了3/4，所以結構簡潔通透，可以形成良好 的建筑效果，與此同時，由于上層每一節點均設有腹桿相連，結構的局部穩定 性相對于弦支穹頂結構卻得到了加強。此外，與傳統的雙排柱網格結構相比， 這種張弦環狀挑棚結構內部無立柱，提高了觀瞻效果。4
圖1為張弦環狀挑棚結構立體軸測圖； 圖2為張弦環狀挑棚結構的上層結構體系布置圖； 圖3為張弦環狀挑棚結構的下層支撐體系軸測圖； 圖4為張弦環狀挑棚結構的四角錐軸測圖；具體實施方式
張弦環狀挑棚結構包括上、中、下三層，上層由徑向桿件l、環向桿件2組 成肋環形網格狀布置的球面環，它由多根環向桿件2連接成球面環的緯線，緯 線有多條，相鄰兩緯線的環向桿件2連接點之間連接有徑向桿件1，組成球面環 的經線，中層包括多個四角錐，四角錐的腹桿4一端鉸接于錐頂5，腹桿4的另 一端與由徑向桿件l、環向桿件2連接的節點6連接，四角錐在上層肋環形網格 上沿經線方向和緯線方向均間隔布置，最內一圈四角錐連續布置，四角錐錐頂 沿環向連接在下層的環向索3上，環向索3沿環向閉合布置，通過張拉環向索3 在結構中施加預應力。所述的環向索3為預應力拉索。環向索3為鋼絲或鋼絞線。4徑向桿件1、 環向桿件2和腹桿4為剛性構件。徑向桿件l、環向桿件2之間的連接為剛接。 腹桿4與上層的徑向桿件1、環向桿件2之間的連接為鉸接。本實施結構為一跨度60m的環狀挑棚，上層結構的外輪廓形狀為環形，內 環直徑為20m，矢跨比1/5，上層節點剛接，下層節點鉸接，周邊豎向約束。挑 棚結構厚度為2m，腹桿4選用075.5X3.75鋼管，徑向桿件1、環向桿件2、 選用075. 5X3. 75、 0114X4.0、 0140X4.0、 0159X6. 0四種圓形鋼管，材 料為Q235B。環索3采用鋼索，環向索的從外到內依次采用55①5、 370>5和19 05，通過張拉環向索3在結構中施加預應力，施加的預應力分別為110kN、42kN 和16kN。結構承受lkN/itf豎向均布荷載。采用Ansys分析設計。在結構參數相 同的情況下，采用張弦環狀挑棚結構的結構方案，其用鋼量為29.6噸，最大豎 向位移為42.5mm;采用雙層球面網殼用鋼量為49. 85噸，最大位移為35. 8ram。 較雙層球面網殼方案，張弦環狀挑棚結構用鋼量減少41%。
權利要求1、一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于它有上、中、下三層，上層由徑向桿件(1)、環向桿件(2)組成肋環形網格狀布置的球面環，它由多根環向桿件(2)連接成球面環的緯線，緯線有多條，相鄰兩緯線的環向桿件(2)連接點之間連接有徑向桿件(1)，組成球面環的經線，中層包括多個四角錐，四角錐的腹桿(4)一端鉸接于錐頂(5)，腹桿(4)的另一端與由徑向桿件(1)、環向桿件(2)連接的節點(6)連接，四角錐在上層肋環形網格上沿經線方向和緯線方向均間隔布置，最內一圈四角錐連續布置，四角錐錐頂沿環向連接在下層的環向索(3)上，環向索(3)沿環向閉合布置，通過張拉環向索(3)在結構中施加預應力。
2、 根據權利要求l所述的一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于所述的環向 索(3)為預應力拉索。
3、 根據權利要求l所述的一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于所述的環向 索(3)為鋼絲索、鋼絞線或鋼棒。
4、 根據權利要求l所述的一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于所述的徑向 桿件(1)、環向桿件(2)和腹桿(4)為剛性構件。
5、 根據權利要求l所述的一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于所述的徑向 桿件(1)、環向桿件(2)之間的連接為剛接。
6、 根據權利要求l所述的一種張弦環狀挑棚結構，其特征在于所述的腹桿 (4)與上層的徑向桿件(1)、環向桿件(2)之間的連接為鉸接。
專利摘要本實用新型公開了一種張弦環狀挑棚結構。它包括上、中、下三層。上層由徑向桿件、環向桿件組成肋環形網格狀布置的球面環，由多根環向桿件連接成球面環的緯線，緯線有多條，相鄰兩緯線的環向桿件連接點之間連接有徑向桿件，組成球面環的經線，中層包括多個四角錐，四角錐的腹桿一端鉸接于錐頂，腹桿的另一端與徑向桿件、環向桿件相交的節點連接，四角錐在上層肋環形網格上沿經線方向和緯線方向均間隔布置，最內一圈四角錐連續布置，四角錐錐頂沿環向連接在下層的環向索上，環向索沿環向閉合布置，通過張拉環向索在結構中施加預應力。本實用新型結構受力明確，自重作用下為自平衡受力體系，消除了水平推力，結構內部無立柱，觀瞻效果好。
文檔編號E04B1/32GK201172905SQ200820085728
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者付智強, 應金良, 王昌洪, 馬洪步, 高博青 申請人:晟元集團有限公司;浙江大學