[发明专利]一种双层三向大开口柔性索网空间结构体系

说明书

本发明涉及一种双层三向大开口柔性索网空间结构体系，包括：上层承重索网，整体呈环形布置，由上层承重索双向汇交构成；外环梁，设置在上层承重索网的环形外圈；内环索，设置在上层承重索网的环形内圈，作为内部边界形成空间结构的中间大开口；立柱，分布布置在外环梁的下方，上端与外环梁连接固定，下端与下部支承结构连接固定；下层形态索，与双向上层承重索在平面投影上呈三向汇交；腹索，连接上层承重索与下层形态索。本发明通过索网的合理布局，优化整体索网传力路径，使得索体应力分布均匀，受荷载状态下变形较小，结构体系更稳定，抗垮塌能力更强，作为大面积无柱空间屋盖广泛应用。

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是大跨度空间结构体系，具体涉及一种双层三向大开口柔性索网空间结构体系。

背景技术

当前，为了最大可能地形成室内无柱的大空间，以满足容纳比赛场地、大型展示需要，像体育场、展览馆这样的大跨度建筑也广泛采用索网结构，对于大跨度环状双曲形空间，可采用索网结构作为屋盖结构形式。

对于传统的索网结构，其通常为单层结构，例如中国发明专利公开CN111980265A提及一种基于彭色列闭合多角星形的鸟巢型单层空间索网屋盖结构，受限于其是单层结构体系，承载能力低，结构刚度较小，受荷状态下变形较大，若想实现较大的刚度和承载力，通常只能增加结构构件用量，例如增加索的强度、用量，该专利即在空间结构周边使用了大量的环带状V形柱群1，环带状V形柱群1的底部与基础相连，环带状V形柱群1的顶部与马鞍形外压环梁2焊接连接，由环带状V形柱群1支撑马鞍形外压环梁2，这直接导致用钢量大大增加，也必然导致空间结构整体自重大，对基础要求高，成本高，建设周期长，且成型形态不美观，施工难度也会大大增加。

另外，轮辐式（或叫车辐式）索网结构也比较常见，其一般带有中间开口，例如中国发明专利公开CN112523358A提及一种双向斜交组合的轮辐式张拉索桁架体系及应用，对于所有的轮辐式索网结构，顾名思义，类似于车轮辐条结构布局，结构索直接连接外环索与内环索，由于环索是这种结构体系中的关键承重构件，尤其是外环索，这就导致结构受力主要在环索上，环索索力大，一旦发生破坏，可能发生连续坍塌失效，且空间结构跨度越大，上述问题越突显。

再者，现有的索网结构体系，尤其是轮辐式索网结构，因其结构体系本身特性，外环索与内环索通过结构索直接相连，索的布置基本上是外疏内密，这就导致索的受力不均匀，其形状难以达到应力分布均匀的状态，结构稳定性较差，成型形态不美观，施工难度较高。

基于此，有必要改进现有的结构体系，以满足室内无柱大空间的使用需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种双层三向大开口柔性索网空间结构体系，通过索网的合理布局，优化整体索网传力路径，使得索体应力分布均匀，受荷载状态下变形较小，结构体系更稳定，抗垮塌能力更强，作为大面积无柱空间屋盖广泛应用。

本发明是这样实现的：

一种双层三向大开口柔性索网空间结构体系，包括：

上层承重索网，整体呈环形布置，由上层承重索双向汇交构成，双向上层承重索相互呈一定夹角；

外环梁，设置在上层承重索网的环形外圈，作为外部边界与上层承重索的外端连接固定；

内环索，设置在上层承重索网的环形内圈，作为内部边界形成空间结构的中间大开口，与上层承重索、下层形态索的内端连接固定；

立柱，分布布置在外环梁的下方，上端与外环梁连接固定，下端与下部支承结构连接固定；

下层形态索，与双向上层承重索在平面投影上呈三向汇交，下层形态索的外端连接固定在立柱上，内端与内环索连接固定；

腹索，连接上层承重索与下层形态索。