[发明专利]沿测地线布置交叉索网充气膜结构

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，尤其是涉及一种沿测地线布置索网的充气膜结构，是充气式索膜结构应用上的创新。

背景技术

充气膜结构具有造价低廉、施工快捷、容易安装和拆卸、跨度大、经济效益好等优点，广泛应用于运动场、展览馆、仓库等大空间、大跨度的体育和公共设施中。但是在实际工程应用中，充气膜结构的抗风和抗雪性能较差，所以工程上常常在充气膜的外围布置一定数量的拉索，形成膜面与拉索共同承受外力的体系。通过控制膜面和拉索中的内力分布，可以有效的降低膜面应力，增大膜结构的刚度，限制膜结构的变形，避免膜面在强风下出现大面积撕坏，还可以增大充气膜结构的跨度。因此，布置拉索的充气膜结构应用得更加广泛。

充气膜外围的拉索一般布置成交叉的索网，拉索的两端与地面基础固定连接，膜面上的拉索在相交处设置连接节点。沿充气膜面布置的拉索是一段空间曲线，目前工程中布置拉索及确定拉索下料长度的方法并不统一，大部分方法计算出的拉索长度并不是膜面上的最短曲线。这样的后果是：当充气膜结构成形后，拉索与膜面并不是紧密贴合的，在风荷载下拉索有较大的侧向摆动，常常在白色的膜面上留下黑色的划痕，影响膜结构的美观。更重要的是，拉索的摆动会影响膜面与拉索的内力分布，降低充气膜结构的刚度和承载能力。同时为了限制索的侧移，需要设置较多的节点把拉索连接起来，增加了施工的难度；而且节点的受力也比较大，经常出现节点拉坏的情况。所以在充气膜结构的工程应用中，急需寻找一种合理的索网布置方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减少交叉索网中连接节点的数量，减小连接节点的受力，提高充气膜结构的稳定性和经济性的沿测地线布置交叉索网充气膜结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

沿测地线布置交叉索网充气膜结构，该结构包括：

充气膜：充气成形后中间部分呈圆柱体，两端呈光滑过渡的弧形的外围膜面；

拉索：以拉索两端的锚固点为起始点，沿测地线的方向布置在外围膜面上。

所述的充气膜形成的外围膜面的曲率为正高斯曲率。

所述的充气膜形成的外围膜面的长边方向设置若干个出入口。

所述的拉索呈交叉状布置在外围膜面上。

交叉状的拉索通过钢销固定在连接的节点板上。

所述的充气膜及拉索形成共同承受载荷的体系。

从数学上讲，曲面上连接两点之间的曲线有无穷多条，其中测地线是曲面上两点间的最短路径，与其它任何方法确定的拉索相比，沿测地线方向布置的拉索是最短的，按照此方法确定的拉索是充气膜曲面上的最短长度，可以最大程度地减少拉索的侧向位移，从而减少交叉索网中连接节点的数量，减小连接节点的受力，提高充气膜结构的稳定性和经济性。

与现有技术相比，本发明利用了空间曲面上测地线最短的概念，在充气膜外围沿着测地线方向布置交叉索网。在正常使用情况下，拉索的侧向移动受到限制，不会出现摆动的问题。由于拉索的侧移受到限制，所以在整个外围的交叉索网中连接拉索的节点数量也可以相应减少，节点的受力也相对较小，简化了施工难度，提高了结构的经济性和安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为交叉拉索的节点结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

沿测地线布置交叉索网充气膜结构，其结构如图1所示，该结构包括充气膜1以及拉索2。其中，充气膜1在充气成形后中间部分呈圆柱体，两端呈光滑过渡的弧形的外围膜面，充气膜1形成的外围膜面的曲率为正高斯曲率，在充气膜1形成的外围膜面的长边方向设置若干个出入口11，其中的旋转门是主要的出入口，封闭门作为安全门临时使用。拉索2以其两端的锚固点为起始点，沿测地线的方向布置在外围膜面上，正常使用中可以最大限度地减小拉索2的侧向摆动。形成网状结构的拉索2通过钢销3固定在连接的节点板4上，其结构如图2所示。拉索2构成的网状结构与充气膜1形成共同承受荷载的体系，索网减小了膜面的应力，限制了膜面的变形，提高了充气膜的安全性和经济性。

本发明在设计时，首先根据充气膜结构的设计压强，利用找形分析确定充气膜1的外形。当充气膜1充气成形后，膜面一般是正高斯曲率，布置在外围膜面上的拉索2可以看成是两端固定的一段空间曲线。在充气膜1的四周设置拉索2的锚固点，以拉索2两端的锚固点为起始点，沿着膜面可以寻找到唯一的测地线，交叉索网中的每一条拉索2都沿着测地线方向布置。按照此方法确定的拉索是充气膜曲面上的最短长度，可以最大程度地减少拉索的侧向位移，从而减少交叉索网中连接节点的数量，减小连接节点的受力，提高充气膜结构的稳定性和经济性。