[实用新型]大跨度索杆张力屋盖结构体系

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大跨度建筑物的预应力结构，具体涉及一种索杆张力屋盖结构体系。

背景技术

随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，张拉整体结构和索穹顶结构以其灵活多变的表现力、轻盈动感的建筑构型和经济节约的钢材使用量得到了人们越来越多的关注。

张拉整体由于结构设计复杂，施工较困难，关于环形张拉整体的设计及施工至今没有成熟的理论，故在土木工程领域应用较少。葵花型索穹顶在国内外己经有一些设计及施工经验，但是索穹顶多依附于刚性边界，成为体育场馆的屋顶，将自平衡全张力的索杆结构作为葵花型索穹顶边界条件的工程实例尚无。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提供一种基于半规则张拉整体的环形自平衡索杆结构、能真正实现结构全张力的大跨度预应力屋盖结构体系。

技术方案：本实用新型的大跨度索杆张力屋盖结构体系，由葵花型索穹顶和环绕葵花型索穹顶的环形张拉整体连接构成。葵花型索穹顶包括一个中心拉力环，以中心拉力环为中心对称设置的N根内竖压杆和N根外竖压杆，N为大于等于4的正整数，中心拉力环顶端与内竖压杆顶端之间连接有第一内脊索，中心拉力环底端与内竖压杆顶端之间连接有第一内斜索，内竖压杆顶端与两根最近的外竖压杆顶端之间均连接有第二内脊索，内竖压杆的底端与两根最近的外竖压杆顶端之间均连接有第二内斜索两相邻内竖压杆的底端之间连接有内环索，两相邻外竖压杆的底端之间连接有外环索；

环形张拉整体由N个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系。第i(i＝1,2,3……N)个张拉整体单元空间构型为：

首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下方的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心拉力环的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，构建得到的空间直角坐标系作为整体坐标系；

然后以整体坐标系中的点为局部坐标原点，以MO_i方向为X_i轴，以整体坐标系中Z轴方向为Y_i轴，以与X_i、Y_i轴都垂直的方向为Z_i轴，构建第i个张拉整体单元的局部坐标系，其中i为张拉整体单元的编号，M为整体坐标系中坐标为(0,0,λ)的点，Z_i方向仿射变换系数γ满足γ>0，Y_i方向仿射变换系数λ满足Xi方向仿射变换系数β满足

子单元Ⅰ中各点坐标为：B(0，-λ，γ)，D(0,λ,γ)，E(-β,λ,0)，F(-β,-λ,0)，G(β,-λ,0)，H(β,λ,0)。其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索。

子单元Ⅱ中各点坐标为：B’(0,-λ,-γ)，D’(0,λ,-γ)，E’(-β,λ,0)，F’(-β,-λ,0)，G’(β,-λ,0)，H’(β,λ,0)。其中A’H’、B’E’、C’F’、D’’G之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

中压杆的底端和最近张拉整体单元的F点重合，中压杆的顶端和最近张拉整体单元的B、B’点连接有外脊索，中压杆的顶端和最近张拉整体单元的G点连接有连接脊索，中压杆的底端和最近张拉整体单元的B、B’点连接有连接斜索，连接斜索和拉索BF、B’F重合，中压杆的底端和最近张拉整体单元的G点连接有外斜索，外斜索和拉索FG重合。

本实用新型的大跨度索杆张力屋盖结构体系中，环形张拉整体中，每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA，分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

本实用新型的优选方案中，为了便于在施工时连接共用节点，压杆与压杆连接的节点处，以及压杆和拉索连接的节点处均设置球铰球铰，球铰包括球状的心部和铰接于心部上的三个可转动的连接部。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：