[发明专利]一种采用连续脊索的索穹顶结构

说明书

本发明公开了一种采用连续脊索的索穹顶结构。该结构体系包括n个沿径向分布的相同的由连续索和杆组成的平面桁架，平面桁架之间由k‑1圈环索连接成稳定的整体。所述索穹顶结构由脊索、环索和压杆组成，每根脊索从压杆的下部节点出发，依次穿过外侧压杆的上部节点，汇聚到支座节点处。脊索之间存在重叠，由内至外重叠层数依次增加。压杆上部节点和内侧相邻索、压杆的下部节点和环索为固定连接，其余的索和节点之间的连接不固定，索可以穿过节点滑动。相较于已有的索穹顶结构，所述索穹顶结构单元内力分布均匀、单元数量少，并且所有脊索汇聚到节点，易于索单元的加工和现场张拉，是一种实用的索穹顶结构。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，更具体地说，涉及一种采用连续脊索的索穹顶结构。

背景技术

索穹顶结构在张拉整体结构的概念上发展而来，通过受压的杆和受拉的索形成自平衡的稳定体系。由于其轻质高效、对称美观的优点被广泛应用于建造大跨建筑的屋面结构。通常来讲，传统的索穹顶结构包括Levy型索穹顶和Geiger型索穹顶两类，在近些年，为满足各类工程需要，设计师们提出了多种新型的索穹顶结构体系。

目前已有的索穹顶大多采用非连续索作为结构构件，单元数量、锚固数量多，并且每一组索的索力均不相同，最大索力往往能达到最小索力的数十倍，导致现有的索穹顶结构构造复杂、施工困难，而采用连续索能是解决上述问题的可行方案。已有的索穹顶结构设计中，通常是在给定结构形状的条件下确定结构的内力，无法对索的预应力进行精确的控制。而采用连续索的条件是相邻的索内力相同，因此连续索在现有的索穹顶结构中的应用非常有限，目前还没有采用连续索作为脊索的索穹顶结构。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种采用连续脊索的索穹顶结构，通过连续脊索的应用，大大减少索的种类和数量，减少锚固的数量，降低索穹顶结构的施工难度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种采用连续脊索的索穹顶结构，该结构由n个采用连续脊索作为结构构件的索杆平面桁架沿径向分布组成，其中，中心压杆为所有索杆平面共用，各个平面桁架之间由k-1圈环索连接成稳定的整体。每个索杆平面桁架由k个压杆、k+1根索和一个支座节点组成，压杆的上部节点由内到外分别为u₁,u₂,…,u_k,压杆的下部节点由内至外分别为d₁, d₂,…,d_k，支座节点为s，位于索杆平面的最外侧；第一根脊索以u₁为起点，依次连接u₂,…,u_k，最终连接到支座节点s；第t根(t＝2,3,…,k)脊索以d_t-1为起点，依次连接u_t,…,u_k，最终连接到支座节点s；第k+1根脊索连接点d_k和s；每圈环索为正n边形，连接n个索杆平面内相同位置压杆的下部节点，由内至外分别为第1,2,…,k-1根环索。

所述索穹顶结构由环索、脊索和压杆组成。结构的环索和部分脊索采用了连续脊索的构造，即一根索同时连接多个节点。脊索在结构上表面存在重叠，重叠的层数由内至外成等差序列增加。所有的脊索均连接到结构的支座节点。

进一步地，为满足结构的稳定性要求，所述索穹顶结构中节点和连续脊索之间的连接中的部分连接被设置为固定连接，具体来讲，压杆的上部节点和内侧相邻的脊索之间为固定连接，压杆的下部节点与环索之间的连接为固定连接，即节点u_i和第i根(i＝1,2,…,k)脊索之间的连接是固定连接，节点d_i与第i-1根 (i＝2,…,k)环索之间的节点是固定连接；固定连接模式下索无法穿过节点滑动；其余连续脊索和节点之间的连接是非固定的连接，非固定的连接模式下索可以穿过节点滑动，可以使相邻索段之间的内力互相传递，降低荷载作用下的索力变化峰值。