[发明专利]具有缓和功能的矩型平面索穹顶结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有缓和功能的矩型平面索穹顶结构，它是由矩形环梁，竖直撑杆，脊索、斜索，环索，中心竖直撑杆以及荷载缓和装置组成的一种张力结构。

背景技术

索穹顶结构是美国工程师Gerger发展和推广Fuller张拉整体结构思想后实现的一种新型预应力大跨结构，它体现了Fuller关于“压力的孤岛存在于拉力的海洋中”的思想，是一种结构效率极高的全张力结构。目前，索穹顶结构在美国、日本、韩国、台北等地有了比较广泛的应用，并且显示了其强大的优越性。但是已经申报专利的Levy和Geiger两种索穹顶仅仅涉及圆形和椭圆型，矩型平面的索穹顶还没有广泛研究，这就限制了索穹顶的应用范围。另外，面对目前日益广泛的张力结构结构，结合其自身的特点，研究一种能够随着外部作用变化而对结构自身进行调节，最终达到自适应和自调节功能的结构一直是人们的一个美好梦想。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有缓和功能的矩型平面索穹顶结构，

它由矩形环梁、竖直撑杆、脊索、斜索、环索、中心竖直撑杆以及荷载缓和装置组成。由竖直撑杆、脊索、斜索构成一榀，长榀和短榀分别沿长度方向和宽度方向布置，所有的榀汇交于一点，交点处各榀共用中心竖直撑杆。每一榀的脊索一端与中心竖直撑杆铰接，另一端与矩形环梁锚接，沿着脊索，设置多个竖直撑杆，斜索一端与竖直撑杆底部铰接，另一端与外侧相邻竖直撑杆顶部铰接，最外侧竖直撑杆底部斜索与矩形环梁锚接。

中心竖直撑杆标高最高，竖直撑杆顶部标高环向相同，径向由内向外递减，同一环向上的竖直撑杆底部由环索相连。脊索，斜索，环索均为预应力拉索，外部矩形环梁为可受承压力的矩形环梁。在斜索与环梁锚接处设置斜索缓和装置或在环索与竖直撑杆底部铰接处设置环索缓和装置。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1)索穹顶的平面布置不再限制在圆形，扩展到矩型平面，更加自由。

2)自重轻。结构构件较少，且主要是高强度拉索，结构自重轻。

3)充分发挥高强度材料的性能。本结构可采用高强度拉索，承压性能优越的砼圈梁或钢箱梁，可充分发挥这两种材料各自的特性。

4)受力性能优越。结构由预应力提供刚度，拉索始终处于受拉状态。

5)设置荷载缓和装置后，在相同荷载作用下，结构构件的内力的增加量较没有缓和装置时下降20％～30％。

6)设置缓和装置后，相同荷载作用下，该结构跨中挠度有所增大。

7)对于突发的大荷载作用下，缓和装置可以吸收一部分能量，而且缓和装置增大了结构的柔性，使结构产生较大的变形，减少了荷载作用的冲量，在一定程度范围内避免倒塌的危险。

8)建筑效果好。由于本结构构成的构件数远少于一般的网格结构，因此给人们一种简洁明快的效果，克服了网格结构感观上杆件繁多零乱的弊端。

附图说明

图1是具有缓和功能的矩型平面索穹顶结构平面示意图；

图2(a)是具有缓和功能矩型平面索穹顶结构长榀剖面示意图；

图2(b)是具有缓和功能矩型平面索穹顶结构短榀剖面示意图；

图3是具有缓和功能的矩型平面索穹顶结构三维示意图；

图4(a)是本发明的斜索缓和装置结构示意图；

图4(b)是本发明的环索缓和装置结构示意图；

图5是算例1中长榀脊索R31内力变化曲线；

图6是算例1中短榀脊索R32内力变化曲线；

图7是算例1中长榀斜索D31内力变化曲线；

图8是算例1中短榀斜索D32内力变化曲线；

图9是算例1中长榀竖直撑杆R31内力变化曲线；

图10是算例1中短榀竖直撑杆R32内力变化曲线；

图11是算例1中长榀环索H21内力变化曲线；

图12是算例1中短榀环索H23内力变化曲线。

图中：1、矩形环梁，2、竖直撑杆，3、脊索，4、斜索，5、环索，6、中心竖直撑杆，7、斜索缓和装置，8、环索缓和装置，9、预埋钢板，10、锚板，11、广义弹簧单元，12、孔道，13、拉索承压球节点。

具体实施方式