[实用新型]大开口内环钢桁架索穹顶结构

说明书

本实用新型公开了一种大开口内环钢桁架索穹顶结构，包括内环刚性桁架、索穹顶结构以及外环刚性结构；所述内环刚性桁架由外上弦环杆、外下弦环杆、至少一层内弦环杆以及用于连接内外环杆的连接杆组成中部大开口形式的空间钢桁架结构；所述索穹顶结构包括上脊索、下斜索、环索以及撑杆，屋面覆盖材料设置于柔性的上脊索上。本实用新型中的索穹顶结构为全张力体系，结构受力从内到外逐级传力，无论采用何种形式的索穹顶，每级结构的撑杆高度有限，并配合柔性的轻质膜材屋面，不仅结构受力高效合理，特别适合于大跨度空间，同时可解决最内环撑杆较高带来的诸多不利影响。

技术领域

本实用新型属于建筑结构工程技术领域，特别涉及一种大开口内环钢桁架索穹顶结构。

背景技术

1962年美国著名建筑师Fuller提出了由索杆体系组成的张拉整体结构(Tensegrity Systems)的思想。80年代，美国著名工程师Geiger对Fuller的思想进行演变和发展，提出了索穹顶结构体系(Cable Domes)，该体系被成功运用于汉城奥运会体操馆(直径134m)、亚特兰大奥运会主体育馆(240m×193m)等多项工程中。国内从2009年开始在无锡科技交流中心建有20m跨度的试点性索穹顶结构，随后2012年在鄂尔多斯市建成了跨度72m肋环型索穹顶体育馆屋盖，2016年在天津理工大学建成了跨度82m的复合式索穹顶体育馆屋盖。同年在四川雅安天全建成了跨度77.3m的索穹顶体育馆屋盖。国内外的索穹顶结构普遍用于封闭屋盖体育馆设计。非封闭式的体育建筑，例如体育场、足球场等，屋盖中部往往有较大的开口，且该类建筑的屋盖属于大跨度空间结构。针对此特点，国内外的工程师们提出采用车辐式张拉结构体系。该体系为张拉结构，受力高效，配合柔性的轻质膜材屋面，建筑效果美观。国内外应用于非封闭式的优秀体育建筑案例较多，如波兰华沙国家体育场(314m×280m)、釜山体育场(180m×152m)、巴西马拉卡纳体育场(298m×260m)以及国内的深圳宝安体育场(230m×237m)和佛山世纪莲体育场(直径310m)等。但随着悬挑长度的增加，为保证结构受力效率，索桁架悬挑端部上弦索与下弦索之间的距离增大，受压撑杆高度较高，造成一定的设计困难，且容易对观众视野造成一定影响。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种适用于中部大开口的非封闭建筑(如体育场、足球场等)的新型索穹顶结构体系，可用于非封闭式大跨度空间结构建筑。

本实用新型技术的技术方案是这样实现的：大开口内环钢桁架索穹顶结构，其特征在于：包括内环刚性桁架、索穹顶结构以及外环刚性结构；

所述内环刚性桁架由外上弦环杆、外下弦环杆、至少一层内弦环杆以及用于连接内外环杆的连接杆组成中部大开口形式的空间钢桁架结构；

所述索穹顶结构包括上脊索、下斜索、环索以及撑杆，所述索穹顶结构最外圈上脊索与其下方对应的最外圈下斜索铰接在外环刚性结构的同一位置，所述索穹顶结构最内圈上脊索铰接在内环刚性桁架的外上弦环杆，最内圈下斜索铰接在内环刚性桁架的外下弦环杆，最内圈上脊索与最内圈下斜索分别与内环刚性桁架的连接节点之间设置有刚性撑杆，所述内环刚性桁架与外环刚性结构之间的各级撑杆上端与对应上脊索端部铰接，其下端与环索以及对应下斜索端部铰接，屋面覆盖材料设置于柔性的上脊索上。

本实用新型所述的大开口内环钢桁架索穹顶结构，其所述内弦环杆为单层结构，所述内弦环杆分别与外上弦环杆和外下弦环杆连接的连接杆沿环向呈连续的V形布置。

本实用新型所述的大开口内环钢桁架索穹顶结构，其在所述内环刚性桁架的外上弦环杆和外下弦环杆之间设置有斜向腹杆或拉索。

本实用新型所述的大开口内环钢桁架索穹顶结构，其所述索穹顶结构设置有多级环索，所述内环刚性桁架与外环刚性结构之间的各级撑杆分别在对应环索上沿其环向间隔布置，所述撑杆的上端部通过铰接地多向连接头分别与对应级的上脊索和下斜索端部铰接，所述撑杆的下端部通过铰接地节点夹具与对应级的环索和下斜索端部铰接。