[发明专利]一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系

说明书

本发明公开了一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系，该结构体系分为上部结构与下部结构两部分，其中上部结构由预应力脊杆、高性能钢节点及预应力连接节点组成，下部结构由斜索、环索、环向撑杆及中心压杆组成。与传统葵花型索穹顶结构相比，预应力脊杆的引入使该新型结构体系具备一定初始形态，因此该结构整体刚度、稳定性、承载能力及抗震性能均得到明显提高，同时避免了传统索穹顶结构中脊索松弛现象的发生而且能够满足刚性屋面与柔性屋面的铺设要求。预应力连接节点的应用使该新型结构体系能够实现上部结构与下部结构同时满足整体装配、整体张拉的施工要求，大大降低了施工难度、提高了施工速度，因此该新型结构体系具有广泛的应用前景与推广价值。

技术领域

本发明公开了一种装配式预应力空间结构，特别是一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系，属于土木工程的空间结构技术领域。

背景技术

大跨度空间结构是衡量一个国家经济实力与建筑行业发展水平的重要标志。近年来随着我国经济发展水平的提高，人们对大跨度空间结构的发展提出更多新要求：跨度更大、结构自重更轻、施工速度更快及造价更加经济成为当前大跨度空间结构发展的新目标。为了满足以上需求预应力空间结构如：预应力网壳结构、张弦结构、弦支穹顶结构、索穹顶结构、索网结构等结构形式被逐渐提出并应用于工程实践。以上预应力空间结构在施工过程中受当前施工技术制约普遍存在以下问题：1)施工多为现场焊接，受天气影响显著且对环境污染大，2)施工过程中需借助大量脚手架、工装索等辅助安装设备，造成施工复杂，施工难度增加，3)施工周期长，需大量人力、物力及财力。以上问题与我国建筑行业绿色化、工业化、信息化的发展理念不相符，因此为了顺应当前建筑行业发展趋势大力发展装配式空间结构成为必然。当前针对以上传统预应力空间结构提出与之对应的满足装配化施工要求的结构形式是解决以上问题的最有效方法。

在众多预应力空间结构中索穹顶结构因其自重轻、跨度大、结构受力合理被广泛应用。但传统索穹顶结构存在不可避免的缺点如：1)当外荷载作用较大时，上部最内圈脊索易发生松弛退出工作进而造成结构整体位移增大导致结构安全性降低，2)索穹顶结构整体刚度低且结构平面一般为中心对称，因此结构对偏心荷载影响较敏感、稳定性差，此外屋面材质一般为轻质膜材刚性屋面应用较少，3)斜索、脊索等预应力拉索数量多，施工复杂、施工难度大，4)针对用刚性脊杆代替柔性脊索的新型索穹顶结构其刚性脊杆施工方式多为现场焊接，因此无法满足空间结构装配式发展要求。针对索穹顶结构所存问题结合当前建筑行业装配化发展趋势提出一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系及预应力连接节点来解决以上问题。大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构作为一种大跨度装配式预应力空间结构在我国研究尚属起步阶段，因此具有一定的研究价值，同样也是当前我国发展装配式预应力空间结构急需解决的一个关键问题。

发明内容

本发明的技术目的在于为了解决传统索穹顶结构所存以上问题，同时解决用刚性脊杆代替柔性脊索后所得新型索穹顶结构中，其上、下部结构能够实现整体装配、整体张拉的施工要求，提出一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种大跨度装配式预应力脊杆环撑索穹顶结构体系，该结构体系分为上部结构与下部结构两部分，其中上部结构由预应力脊杆(1)、高性能钢节点(5)及预应力连接节点(6)组成；下部结构由斜索(2)、环索(3)、环向撑杆(4)及中心压杆(7)组成；高性能钢节点(5)用于连接相邻各圈预应力脊杆(1)，各高性能钢节点(5)的形式由结构拓扑形式确定的相邻各圈预应力脊杆(1)数量决定，并由高性能钢材构成的无缝圆钢管焊接而成；预应力连接节点(6)由开孔十字节点及开孔角钢节点组成，其中开孔十字节点与高性能钢节点(5)焊接，开孔角钢节点与刚性脊杆通过预应力筋连接，开孔十字节点与开孔角钢节点通过高强螺栓连接以满足装配化施工要求；