一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，包括雙層柱面網殼及斜牽索，所述雙層柱面網殼由上弦桿、腹桿、下弦桿、下弦索、上弦螺栓球節點、下弦螺栓球節點構成，所述上弦桿、腹桿通過上弦螺栓球節點及下弦螺栓球節點連接形成正四角錐，所述下弦桿沿雙層柱面網殼長跨方向布置，所述下弦索沿雙層柱面網殼短跨方向布置，雙層柱面網殼采用下弦周邊支承，所述斜牽索在雙層柱面網殼體內對稱布置，斜牽索的下端錨固在雙層柱面網殼短跨方向的下承式支座節點上，斜牽索的上端與上弦固定節點連接。本實用新型具有預應力效應顯著、不增加建筑物室內冗余空間、鋼材用量低、能適應風吸荷載等特點。
【專利說明】—種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于大跨度屋蓋結構【技術領域】的預應力網殼結構，特別涉及一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼。
【背景技術】
[0002]預應力網殼結構是一種新型空間結構，它將預應力技術引入空間鋼結構，拓展了預應力技術的應用范圍。預應力和空間結構可視為土建行業的新技術和新體系，因而二者結合的預應力空間網殼結構就代表了土建工程中的最新成就。拉索預應力網殼結構是在普通網殼結構中根據實際需要配置高強預應力索，借助張拉預應力索在局部或整體引入預應力而形成的一種結構體系。它的基本思想是在施加了預應力后，使結構產生反變形，以降低內力峰值；在荷載作用下拱形網殼的水平推力由下弦柔性拉索承受，形成自平衡體系，以減輕拱形網殼對支座產生的水平推力并減少滑動支座的水平位移。引入預應力這種控制力來調整和改善結構受力狀況，即出現最大量的減力桿和最小量的增力桿，達到節約材料，提高結構的整體剛度，降低結構高度及節約工程造價之目的。
[0003]目前，預應力索多布置在網殼結構體外，需要另外占用空間，這就會增加預應力網殼結構高度，為保證室內凈高，必然增加房屋高度，加大網殼結構以外的費用；同時需要增設的附加支撐桿件和節點往往給人一種壓抑感，建筑使用、裝飾效果及經濟效益都較差。
[0004]另外，施加預應力后的網殼在外荷載作用下各個下弦桿件的內力是不同的，而現在一般拉索預應力網殼結構僅在下弦索或者部分下弦索施加相同的預應力，這就會使結構材料強度不能得到充分發揮，用鋼量增加，造成材料的浪費。
[0005]再者，拉索預應力網殼結構是一種風荷載敏感結構，對于現代的大跨度建筑，一般采用輕屋面系統的拉索預應力網殼結構，在風荷載較大地區或臺風區域，在風吸力作用下可能出現下弦拉索松弛或者受壓而退出工作的情況，其自平衡體系亦不存在，安全度喪失，所以往往需要在屋面備重確保風吸力作用下結構不失去穩定性和安全度，因此現有的拉索預應力網殼結構不適應于風吸力的作用。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術存在的問題，本實用新型提出一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，將雙層柱面網殼沿短跨方向的下弦所用桿件用高強鋼索代替，在每段下弦索上施加不同的預應力，并在網殼體內設置了用于抵抗風吸力的斜牽索，從而形成一種新型拉索預應力雙層網殼結構。
[0007]為實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案:提供了一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，包括雙層柱面網殼(I)和牽索式支撐機構，所述雙層柱面網殼(I)包括上弦桿⑶、腹桿⑷、下弦桿(5)、下弦索(6)、上弦螺栓球節點(7)和下弦螺栓球節點⑶，所述上弦桿(3)設置在所述雙層柱面網殼(I)的頂部，并沿雙層柱面網殼(I)短跨方向及長跨方向成棋盤式交叉布置，所述上弦螺栓球節點(7)設置在由上弦桿(3)形成的交叉節點上；所述下弦桿(5)設置在所述雙層柱面網殼(I)的底部，并沿雙層柱面網殼(I)長跨方向布置；所述下弦索(6)設置在所述雙層柱面網殼(I)的底部，并沿雙層柱面網殼(I)短跨方向布置；所述下弦桿(5)與下弦索(6)形成棋盤式交叉布置，所述下弦螺栓球節點(8)設置在由下弦桿(5)及下弦索(6)形成的交叉節點上；所述腹桿(4)設置在所述上弦桿(3)和下弦桿(5)之間，其兩端分別連接至所述上弦螺栓球節點(7)和下弦螺栓球節點(8)，并且每個所述上弦螺栓球節點(7)與相鄰的四個所述下弦螺栓球節點(8)連接形成正四角錐；所述雙層柱面網殼(I)采用下弦周邊支承；
[0008]牽索式支撐機構包括上弦固定節點(10)、斜牽索(2)和下承式支座節點(9)，所述上弦固定節點(10)布置在所述所述上弦螺栓球節點(7)上，所述下承式支座節點(9)分別設置在所述雙層柱面網殼(I)短跨方向的兩端的下方，所述斜牽索(2)兩端分別連接至所述上弦固定節點(10)和下承式支座節點(9)，所述下承式支座節點(9)與兩個所述上弦固定節點(10)連接形成等腰三角形。
[0009]進一步地，所述下弦索(6)設置在所述雙層柱面網殼(I)短跨方向的相鄰兩個下弦螺栓球節點⑶之間。
[0010]進一步地，所述下弦螺栓球節點(8)的兩側上焊有連接耳板(11)，所述下弦索(6)分別連接至與其相鄰的兩個下弦螺旋球節點(8)上的連接耳板(11)上。
[0011]進一步地，所述下弦索(6)上設有用于調節拉索長度的調節套管(12)。
[0012]進一步地，相鄰所述下承式支座節點(9)之間的間距為I?3個網格。
[0013]進一步地，所述上弦固定節點(10)分布在所述下承式支座節點(9)的內側，其為距所述下承式支座節點(9)五分之一至三分之一的雙層柱面網殼(I)短跨跨度范圍內任意一個上弦螺栓球節點(7)。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]1.本實用新型的下弦索及斜牽索分別布置在鋼網殼體表及體內，不增加建筑物室內冗余空間。
[0016]2.本實用新型中對每段下弦索施加不同的預應力，使結構材料強度得到充分發揮，用鋼量降低。
[0017]3.本實用新型配置了斜牽索，斜牽索的主要作用就是在風吸力的作用下防止結構產生過大的反撓度，從而確保下弦拉索不松弛，另外在結構承受常規豎向活荷載時，斜牽索也能為鋼網殼提供彈性支承，其工作機理如下:下弦索與斜牽索在預張拉后形成一個具有雙向抗力的預應力系統，結構在常規豎向活荷載作用下，大部分下弦索的內力增大，下弦索對其對應網格的徑向約束力增大，制約網殼的下撓變形，斜牽索的內力減小，換句話說斜牽索的內力增量指向斜牽索的上端，此內力增量用于抵抗豎直向下的活荷載，斜牽索等于給鋼網殼提供了彈性支撐，在風吸力作用下，大部分下弦索內力減小，原先那部分下弦索對其對應網格的徑向約束力減小，即下弦索對其對應網格的上拱作用減小，斜牽索的內力增大，對結構的反向變形有良好的牽制作用。
[0018]因此，本實用新型與現有技術相比，具有不增加建筑物室內冗余空間、鋼材用量低、造價低廉、能適應風吸荷載的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼的平面結構示意圖；
[0020]圖2為附圖1的A-A剖視圖；
[0021]圖3為下弦螺栓球節點結構示意圖；
[0022]圖4為下弦索結構示意圖。
[0023]圖中，1-雙層柱面網殼；2-斜牽索；3_上弦桿；4-腹桿；5_下弦桿；6_下弦索；7-上弦螺栓球節點；8_下弦螺栓球節點；9_下承式支座節點；10_上弦固定節點；11_連接耳板；12-調節套管。
【具體實施方式】
[0024]為使本實用新型實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0025]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0026]本實用新型中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。
[0027]本實用新型中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本實用新型的裝置機構的特定限定。
[0028]本實用新型中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本實用新型的裝置機構的特定限定。
[0029]本實用新型中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0030]如圖1及圖2所示，本實用新型一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼包括雙層柱面網殼I及斜牽索2 ;雙層柱面網殼I由上弦桿3、腹桿4、下弦桿5、下弦索6、上弦螺栓球節點7、下弦螺栓球節點8構成，上弦桿3、腹桿4通過上弦螺栓球節點7及下弦螺栓球節點8連接形成正四角錐，下弦桿5沿雙層柱面網殼I長跨方向布置，下弦索6沿雙層柱面網殼I短跨方向布置，雙層柱面網殼I采用下弦周邊支承，雙層柱面網殼I短跨方向的下承式支座節點9之間的間距為I?3個網格；斜牽索2在雙層柱面網殼I體內對稱布置，斜牽索2的下端錨固在雙層柱面網殼I短跨方向的下承式支座節點9上，斜牽索2的上端與上弦固定節點10連接，上弦固定節點10分布在雙層柱面網殼I短跨方向的下承式支座節點9的兩側，單個上弦固定節點10可以為距下承式支座節點9五分之一至三分之一的雙層柱面網殼I短跨跨度范圍內任意一個上弦螺栓球節點7。
[0031]如圖2及圖3所示，下弦索6在雙層柱面網殼I短跨方向的每兩個下弦螺栓球節點8之間設置，下弦螺栓球節點8上焊有連接耳板11，各段下弦索6與其兩端的下弦螺旋球節點8上的連接耳板11連接。
[0032]如圖4所示，下弦索6中設有調節套管12，下弦索6張拉可通過調整調節套管12來調節下弦索6的長度，達到張緊下弦索6的作用。
[0033]本實用新型一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼的基本工作原理如下:對下弦索6及斜牽索2以結構在“預應力+恒荷載+(活荷載-風吸荷載)/2”共同作用下，結構豎向變形接近零為準則施加預應力，使結構在“預應力+恒荷載”共同作用下產生適量的反撓度，此準則的好處是使得“預應力+恒荷載+活荷載”共同作用下結構向下的總位移與“預應力+恒荷載+風吸荷載”共同作用下結構向上的總位移大致相等，實現資源的優化配置從而達到節約鋼材的目的；在“預應力+恒荷載”狀態下，下弦索6與斜牽索2形成一個能夠提供雙向抗力的預應力系統，結構在常規豎向活荷載作用下，大部分下弦索的內力增大，下弦索對其對應網格的徑向約束力增大，制約網殼的下撓變形，斜牽索的內力減小，換句話說斜牽索的內力增量指向斜牽索的上端，此內力增量用于抵抗豎直向下的活荷載，斜牽索等于給鋼網殼提供了彈性支撐，在風吸力作用下，大部分下弦索內力減小，原先那部分下弦索對其對應網格的徑向約束力減小，即下弦索對其對應網格的上拱作用減小，斜牽索的內力增大，對結構的反向變形有良好的牽制作用。
[0034]以上僅為本實用新型的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，包括雙層柱面網殼(I)和牽索式支撐機構，其特征在于， 所述雙層柱面網殼(I)包括上弦桿(3)、腹桿(4)、下弦桿(5)、下弦索(6)、上弦螺栓球節點(7)和下弦螺栓球節點(8)，所述上弦桿(3)設置在所述雙層柱面網殼(I)的頂部，并沿雙層柱面網殼(I)短跨方向及長跨方向成棋盤式交叉布置，所述上弦螺栓球節點(7)設置在由上弦桿(3)形成的交叉節點上；所述下弦桿(5)設置在所述雙層柱面網殼(I)的底部，并沿雙層柱面網殼(I)長跨方向布置；所述下弦索(6)設置在所述雙層柱面網殼(I)的底部，并沿雙層柱面網殼(I)短跨方向布置；所述下弦桿(5)與下弦索(6)形成棋盤式交叉布置，所述下弦螺栓球節點(8)設置在由下弦桿(5)及下弦索(6)形成的交叉節點上；所述腹桿(4)設置在所述上弦桿(3)和下弦桿(5)之間，其兩端分別連接至所述上弦螺栓球節點(7)和下弦螺栓球節點(8)，并且每個所述上弦螺栓球節點(7)與相鄰的四個所述下弦螺栓球節點(8)連接形成正四角錐；所述雙層柱面網殼(I)采用下弦周邊支承； 牽索式支撐機構包括上弦固定節點(10)、斜牽索(2)和下承式支座節點(9)，所述上弦固定節點(10)布置在所述上弦螺栓球節點(7)上，所述下承式支座節點(9)分別設置在所述雙層柱面網殼(I)短跨方向的兩端的下方，所述斜牽索(2)兩端分別連接至所述上弦固定節點(10)和下承式支座節點(9)，所述下承式支座節點(9)與兩個所述上弦固定節點(10)連接形成等腰三角形。
2.根據權利要求1所述一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，其特征在于，所述下弦索(6)設置在所述雙層柱面網殼(I)短跨方向的相鄰兩個下弦螺栓球節點(8)之間。
3.根據權利要求2所述一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，其特征在于，所述下弦螺栓球節點(8)的兩側上焊有連接耳板(11)，所述下弦索(6)分別連接至與其相鄰的兩個下弦螺旋球節點(8)上的連接耳板(11)上。
4.根據權利要求3所述一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，其特征在于，所述下弦索(6)上設有用于調節拉索長度的調節套管(12)。
5.根據權利要求1所述一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，其特征在于，相鄰所述下承式支座節點(9)之間的間距為I?3個網格。
6.根據權利要求4或5所述一種下弦為預應力拉索的雙層柱面網殼，其特征在于，所述上弦固定節點(10)分布在所述下承式支座節點(9)的內側，其為距所述下承式支座節點(9)五分之一至三分之一的雙層柱面網殼(I)短跨跨度范圍內任意一個上弦螺栓球節點⑵。
【文檔編號】E04B7/14GK203924440SQ201420310522
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】顧盛, 楊思琦, 唐柏鑒, 陳滿軍 申請人:江蘇科技大學, 昆山市建設工程質量檢測中心