一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大跨空間鋼結構的屋蓋體系，更具體地說，是一種適用于平面投影為橢圓的平行環肋弦支穹頂結構。
【背景技術】
[0002]弦支穹頂結構是一種由上部單層網殼結構和下部張拉索桿體系組成的剛柔相濟的雜交結構體系，近年來在我國的建筑工程領域中得到了飛速的發展。目前，當弦支穹頂的平面投影為橢圓時，上部單層網殼結構的網格劃分不規律，下部張拉索桿體系中徑向索與環向索不垂直，交點處需兩根徑向索才可平衡，導致徑向索和環向索的索力分布不均勻，拉索數量多，分布雜亂，節點構造復雜，結構傳力性能差。
【發明內容】
[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，結構簡單、美觀，結構傳力性好。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0005]一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，包括上部單層網殼結構和下部張拉索桿體系，所述上部單層網殼結構包括最外圈環肋、若干內環肋和若干徑向肋，所述最外圈環肋是由多段等長相切圓弧拼接而成擬合的橢圓，所述內環肋是由最外圈環肋的各段圓弧在水平面內向圓心偏移后向上升起形成的若干橢圓，連接最外圈環肋與內環肋的對應節點以及若干內環肋之間的對應節點形成若干徑向肋；所述下部張拉索桿體系包括豎向撐桿、環向索和徑向索，所述環向索的形狀與內環肋相對應，所述豎向撐桿連接內環肋和環向索，所述徑向索位于環向索圓心和豎向撐桿的上、下節點確定的垂直平面內，且所述徑向索垂直于環向索所在圓弧。
[0006]進一步的，所述最外圈環肋是由四段等長且相切圓弧拼接擬合而成的橢圓。
[0007]進一步的，所述最外圈環肋與內環肋之間或若干內環肋之間的各環肋相互平行。
[0008]進一步的，所述豎向撐桿垂直于環向索所在平面，且每圈豎向撐桿下部節點均在一個平面內。
[0009]有益效果:本發明的優點如下:
[0010](I)通過對橢圓平面的邊界擬合，將橢圓轉化為四段相切圓弧，進而將復雜無規律的橢球面網格劃分問題轉化為規則的球面網格劃分問題，可方便的通過旋轉殼體等方式形成規則的上部單層網殼，使上部單層網殼的網格劃分簡潔高效；
[0011](2)由于每圈環向索均由圓弧組成，使得下部張拉索桿體系中的徑向索可以位于環向索圓心所在的垂直平面內，徑向索的平面投影指向環向索的圓心，做到撐桿下部每個節點只需一根徑向拉索即可受力平衡；
[0012](3)在環向索的同一段圓弧上，環向索及徑向索內力基本相同，徑向索直徑及連接節點均可統一；
[0013](4)克服了橢圓形弦支穹頂下部張拉索桿體系中環向索內力分布不均勻，斜索多而雜亂，同圈斜索內力差異大且容易受壓失效的問題，發揮了弦支穹頂受力合理美觀高效的特點。
【附圖說明】
[0014]圖1為最外圈環肋由等長相切圓弧擬合捕圓不意圖；
[0015]圖2為本發明的各圈環向肋形成示意圖；
[0016]圖3為本發明的平面圖；
[0017]圖4為本發明上部單層網殼結構的立面圖；
[0018]圖5為本發明上部單層網殼結構的軸測圖；
[0019]圖6為本發明下部張拉索桿體系的軸測圖；
[0020]圖7為本發明的立面圖；
[0021]圖8為本發明的剖面圖；
[0022]圖9為本發明的軸測圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0024]如圖1-9所示為一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，包括上部單層網殼結構和下部張拉索桿體系，在拉索內施加預應力后，上部單層網結構和下部張拉索桿體系形成整體受力結構。
[0025]具體如下，所述上部單層網殼結構包括最外圈環肋1、若干內環肋2和若干徑向肋3，所述最外圈環肋I是由多段等長相切圓弧首尾拼接而成擬合的橢圓，且關于長軸和短軸雙軸對稱，本發明中最外圈環肋I是由四段等長且相切圓弧拼接擬合而成的橢圓。
[0026]如附圖1所示，為了得到經過橢圓長短軸端點的兩段等長相切圓弧，通過數值計算方法，在短軸上取半徑Rl，對應點A，在長軸上取半徑R2，對應點B，連接A，B兩點并延伸至C點，使得AC = Rl。以A點為圓心，Rl為半徑，畫圓弧a，以B點為圓心，R2為半徑，畫圓弧b，此時即得到兩段等長且相切的圓弧a和b。則圓弧a和圓弧b即擬合了橢圓的1/4邊界，且誤差較小，對建筑的使用功能和穹頂的支座布置均有利。其他3/4邊界可通過鏡像獲得。
[0027]所述內環肋2是由最外圈環肋I的各段圓弧在水平面內向圓心偏移后向上升起一定高度形成的若干橢圓，連接最外圈環肋I與內環肋2的對應節點以及若干內環肋2之間的對應節點形成若干徑向肋3，所述最外圈環肋I與內環肋2之間或若干內環肋2之間的各環肋相互平行，均是同心圓弧。具體方法如圖2所示，圓弧c為所述上部單層網殼結構沿短軸方向的剖切線，將圓弧c等分為7段，圓弧各等分點之間的水平投影距離m即為相鄰環肋之間的水平偏移距離，各等分點到短軸的豎向高度h即為內環肋2的豎向升起高度，進而將環向每一段圓弧的等分點依次首尾相連得到所述上部單層網殼結構的最外圈環肋I和內環肋2。將相鄰環向肋的對應節點相連組成所述上部單層網殼結構的徑向肋3，所述上部單層網殼結構的最外圈環肋I或內環肋2與徑向肋3共同組成三角形或四邊形空間網格。
[0028]所述下部張拉索桿體系包括豎向撐桿4、環向索5和徑向索6，所述環向索5的形狀與內環肋2相對應，所述豎向撐桿4連接內環肋2和環向索5，所述環向索5的空間位置由對應豎向撐桿4的高度決定，且每圈環向索5位于同一水平面內，所述徑向索6位于環向索5圓心和豎向撐桿4的上、下節點確定的垂直平面內，且所述徑向索6垂直于環向索5所在圓弧。所述豎向撐桿4垂直于環向索5所在平面，且每圈豎向撐桿4下部節點均在一個平面內。
[0029]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，包括上部單層網殼結構和下部張拉索桿體系，其特征在于:所述上部單層網殼結構包括最外圈環肋(I)、若干內環肋(2)和若干徑向肋(3)，所述最外圈環肋(I)是由多段等長相切圓弧拼接而成擬合的橢圓，所述內環肋(2)是由最外圈環肋(I)的各段圓弧在水平面內向圓心偏移后向上升起形成的若干橢圓，連接最外圈環肋⑴與內環肋⑵的對應節點以及若干內環肋⑵之間的對應節點形成若干徑向肋⑶； 所述下部張拉索桿體系包括豎向撐桿(4)、環向索(5)和徑向索(6)，所述環向索(5)的形狀與內環肋(2)相對應，所述豎向撐桿(4)連接內環肋(2)和環向索(5)，所述徑向索(6)位于環向索(5)圓心和豎向撐桿(4)的上、下節點確定的垂直平面內，且所述徑向索(6)垂直于環向索(5)所在圓弧。
2.根據權利要求1所述一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，其特征在于:所述最外圈環肋(I)是由四段等長且相切圓弧拼接擬合而成的橢圓。
3.根據權利要求1所述一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，其特征在于:所述最外圈環肋(I)與內環肋(2)之間或若干內環肋(2)之間的各環肋相互平行。
4.根據權利要求1所述一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，其特征在于:所述豎向撐桿(4)垂直于環向索(5)所在平面，且每圈豎向撐桿(4)下部節點均在一個平面內。
【專利摘要】本發明公開了一種適用于橢圓平面的平行環肋弦支穹頂結構，包括上部單層網殼結構和下部張拉索桿體系。上部單層網殼結構包括最外圈環肋、若干內環肋和若干徑向肋，最外圈環肋是由多段等長相切圓弧拼接而成擬合的橢圓，內環肋是由最外圈環肋的各段圓弧在水平面內向圓心偏移后向上升起形成的若干橢圓，連接最外圈環肋與內環肋的對應節點以及若干內環肋之間的對應節點形成若干徑向肋。下部張拉索桿體系包括豎向撐桿、環向索和徑向索，環向索的形狀與內環肋相對應，豎向撐桿連接內環肋和環向索，徑向索位于環向索圓心和豎向撐桿的上、下節點確定的垂直平面內，且徑向索垂直于環向索所在圓弧。本發明結構簡單、美觀，結構傳力性好。
【IPC分類】E04B1-342
【公開號】CN104805903
【申請號】CN201510236875
【發明人】韓重慶, 習文霄, 戚鵬飛
【申請人】東南大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月11日