一种T型三撑杆索穹顶结构及其实施方法

摘要

本发明属于建筑结构技术领域，尤其为一种T型三撑杆索穹顶结构，支撑组件包括中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环，且中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均由撑杆组成，内圈撑杆环由六个T型三撑杆构成，外圈撑杆环由六个T型三撑杆和六个连杆构成；一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法包括以下步骤：步骤一，根据索穹顶的建筑大小选择合适长度的撑杆；步骤二，根据穹顶制作十二个T型三撑杆和六个连杆；通过由中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环构成的支撑组件，同时中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均由撑杆组成，增加了索穹顶在构造时的便捷性，降低了索穹顶构造时对材料的选择，从而降低了索穹顶生产的成本。

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及一种T型三撑杆索穹顶结构及其实施方法。

背景技术

索穹顶结构在20世纪40年代提出的张拉整体体系，他设想在结构中尽可能地减少受压构件，从而使结构处于连续的张拉状态和间断的受压状态，使“压力成为拉力海洋中的孤岛”。国内外学者提出多种索穹顶构造，构造形式多为单一图形的复制。索穹顶结构网格划分均匀，但传力路径复杂，对索穹顶结构索、杆初始预应力的分析缺少考虑三维方向的理论计算公式，还存在缺少对索穹顶结构工程应用考虑的问题，我国学者先后提出Kiewitt型索穹顶、鸟巢型索穹顶和蜂窝四撑杆型索穹顶等新型索穹顶结构体系，并提出确定初始预应力分布的简捷计算方法。在工程实践应用方面进行了诸多实践探索及施工技术的创新，2009年成功建造第一座自主设计和施工的24m跨度的无锡科技交流中心索穹顶，之后中国煤炭交易中心索穹顶和内蒙古伊金霍洛旗体育中心索穹顶相继竣工，标志着我国索穹顶研究计算理论和实际工程结合的飞速进步。因此，对索穹顶结构的创新研究及性能研究是现代大跨度空间钢结构领域的重要课题，既符合学科前沿发展趋势，也符合国家重大工程需求，具有广泛的应用前景。

基于目前索穹顶结构存在的构造不便捷，同时环向刚度较差的问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种T型三撑杆索穹顶结构，具有构造便捷，环向刚度较好的特点。

为实现上述目的，本发明提供一种技术方案：一种T型三撑杆索穹顶结构，包括支撑组件、索组件和刚性环梁，索组件连接支撑组件和刚性环梁，支撑组件包括中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环，且中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均由撑杆组成，内圈撑杆环由六个T型三撑杆构成，外圈撑杆环由六个T型三撑杆和六个连杆构成，连杆为“V”字形结构，连杆由两根撑杆组成，T型三撑杆的节点处设置有第一连接角，T型三撑杆的首尾连接处以及T型三撑杆和连杆的连接处均设置有第二连接角。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构优选技术方案，所述撑杆的两端均设置有外螺纹，所述撑杆两端的侧表面焊接有外六角环，所述第一连接角和第二连接角的表面均焊接有内螺纹套筒，且外螺纹旋合在内螺纹套筒的内部，所述第一连接角和第二连接角表面开设螺孔内旋合有手拧螺钉，所述第一连接角和第二连接角的表面开设有连接孔，且手拧螺钉的端部插入连接孔的内部。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构优选技术方案，所述手拧螺钉的端部为半球形结构，所述连接孔的内部安装有索组件，且手拧螺钉端部的半球结构与索组件接触。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构优选技术方案，所述连接孔的内表面焊接有钢针，且钢针刺入索组件中。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构优选技术方案，索组件包括脊索、斜索和环索，所述脊索由中心撑杆的最高点向两侧的内圈撑杆环的最高点、外圈撑杆环的最高点和刚性环梁连接，所述斜索由中心撑杆的下端向两侧的内圈撑杆环的最低点和内圈撑杆环的最低点和刚性环梁连接，所述环索分别连接内圈撑杆环最低点和外圈撑杆环的最低点连接，且环索为环形。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构优选技术方案，内圈撑杆环的最高点是T型三撑杆的节点，内圈撑杆环的最低点是T型三撑杆的自由端和首尾连接端，外圈撑杆环的最高点是T型三撑杆的节点和连杆的拐点，外圈撑杆环的最低点是T型三撑杆的自由端以及T型三撑杆和连杆的连接端。

为实现上述目的，本发明提供另一种技术方案：一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法，包括以下步骤：

步骤一，根据索穹顶的建筑大小选择合适长度的撑杆；

步骤二，根据穹顶制作十二个T型三撑杆和六个连杆；

步骤三，选择六个T型三撑杆首尾连接组成内圈撑杆环；

步骤四，选择六个T型三撑杆和六个连杆，把T型三撑杆和连杆连接组成外圈撑杆环；

步骤四，把中心支撑杆、内圈撑杆环、外圈撑杆环和刚性环梁由内而外放置；

步骤五，把脊索的中部固定在中心撑杆的上端向两侧的内圈撑杆环的最高点、外圈撑杆环的最高点和刚性环梁连接；

步骤六，把斜索的中部固定在中心撑杆的下端向两侧的内圈撑杆环最低点、外圈撑杆环定的最低点和刚性环梁连接；

步骤七，把环索分别连接内圈的最低点和外圈的最低点。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法优选技术方案，所述撑杆制作时，撑杆的两端设置外螺纹，在撑杆端部侧表面焊接外六角环，第一连接角制作时，把三个内螺纹套筒焊接在第一连接角的表面，并把手拧螺钉旋合在第一连接角表面开设的螺孔内，第二连接角制作时，把两个内螺纹套筒焊接在第二连接角的表面，并把手拧螺钉旋合在第二连接角表面开设的螺孔内。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法优选技术方案，T型三撑杆制作时，把三个撑杆端部设置的外螺纹旋合在第一连接角表面焊接的内螺纹套筒内部，连杆制作时，把两个撑杆端部设置的外螺纹旋合在第二连接角表面焊接的内螺纹套筒内部。

作为本发明的一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法优选技术方案，索组件与第一连接角或者索组件与第二连接角连接时，索组件安装在连接孔的内部，此时转动手拧螺钉，使得手拧螺钉端部的半球对索组件进行挤压，同时钢针刺入索组件中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过由中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环构成的支撑组件，同时中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均由撑杆组成，增加了索穹顶在构造时的便捷性，降低了索穹顶构造时对材料的选择，从而降低了索穹顶生产的成本，同时内圈撑杆环由六个T型三撑杆组成，外圈撑杆环由六个T型三撑杆和六个连杆组成，增加了索穹顶构造的稳定性，同时T型三撑杆的节点处设置的第一连接角，以及T型三撑杆首尾连接处以及T型三撑杆和连杆的连接处设置的第二连接角，使得索穹顶装配时通过配件进行装配，提高了索穹顶构件连接的便捷性，降低了索穹顶安装的难度。

2、T型三撑杆将竖直的撑杆1变为三根斜向撑杆1，由三根斜向撑杆1组成的四面体单元重心靠近索穹顶内侧，由索穹顶中心到外圈布置T型三撑杆，增加了结构稳定性，T型三撑杆紧密相连，在环向上形成内圈撑杆环，T型三撑杆和连杆布置在内圈撑杆环，使得T型三撑杆和连杆相连，且与内圈撑杆环由索组件相连，提高了结构的环向刚度和径向刚度，增加结构抵抗非均布荷载的能力，该结构网格划分均匀，可划分为六个单元，结构整体性好，相较于传统的索穹顶结构，T型三撑杆索穹顶环向连接紧密，结构环向刚度大，结构网格划分均匀，施工难度小。

3、通过撑杆两端设置的外螺纹，以及第一连接角和第二连接角表面焊接的内螺纹套筒，同时撑杆端部设置的外螺纹旋合在内螺纹套筒的内部，增加了撑杆和第一连接角连接以及撑杆和第二连接角连接的稳定性，同时撑杆两端侧表面焊接的外六角环，便于通过扳手对撑杆进行转动，增加了撑杆端部旋合在内螺纹套筒内的便捷性，通过第一连接角和第二连接角表面开设的连接孔，便于索组件安装在连接孔内，且第一连接角和第二连接角表面开设螺孔内旋合有手拧螺钉，同时手拧螺钉端部设置的半球插入连接孔内并与索组件接触，且连接孔表面焊接的钢针刺入索组件中，增加了对索组件进行定位的牢靠性，从而增加了索穹顶进行构造的稳定性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为本发明中的撑杆、脊索、斜索、环索和刚性环梁结构示意图；

图5为本发明中的撑杆和第一连接角连接结构示意图；

图6为本发明中的撑杆和第二连接角连接结构示意图；

图7为本发明中的撑杆和第二连接角连接放大结构示意图；

图8为本发明中的第一连接角、手拧螺钉、连接孔和钢针结构示意图；

图中：1、撑杆；11、外螺纹；12、外六角环；2、脊索；3、斜索；4、环索；5、刚性环梁；6、第一连接角；61、内螺纹套筒；62、手拧螺钉；63、连接孔；64、钢针；7、第二连接角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种T型三撑杆索穹顶结构，包括支撑组件、索组件和刚性环梁5，索组件连接支撑组件和刚性环梁5，支撑组件包括中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环，且中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均由撑杆1组成，内圈撑杆环由六个T型三撑杆构成，外圈撑杆环由六个T型三撑杆和六个连杆构成，连杆为“V”字形结构，连杆由两根撑杆1组成，T型三撑杆的节点处设置有第一连接角6，T型三撑杆的首尾连接处以及T型三撑杆和连杆的连接处均设置有第二连接角7。

本实施方案中，通过由中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环构成的支撑组件，同时中心撑杆、内圈撑杆环和外圈撑杆环均有撑杆1组成，增加了索穹顶在构造时的便捷性，降低了索穹顶构造时对材料的选择，从而降低了索穹顶生产的成本，同时内圈撑杆环由六个T型三撑杆组成，外圈撑杆环由六个T型三撑杆和六个连杆组成，增加了索穹顶构造时的稳定性，同时T型三撑杆的节点处设置的第一连接角6，以及T型三撑杆首尾连接处以及T型三撑杆和连杆的连接处设置的第二连接角7，使得索穹顶装配时通过配件进行装配，提高了索穹顶连接的便捷性，降低了索穹顶安装的难度。

具体的，撑杆1的两端均设置有外螺纹11，撑杆1两端的侧表面焊接有外六角环12，第一连接角6和第二连接角7的表面均焊接有内螺纹套筒61，且外螺纹11旋合在内螺纹套筒61的内部，第一连接角6和第二连接角7表面开设螺孔内旋合有手拧螺钉62，第一连接角6和第二连接角7的表面开设有连接孔63，且手拧螺钉62的端部插入连接孔63的内部，手拧螺钉62的端部为半球形结构，连接孔63的内部安装有索组件，且手拧螺钉62端部的半球结构与索组件接触，连接孔63的内表面焊接有钢针64，且钢针64刺入索组件中。

本实施例中，通过撑杆1两端设置的外螺纹11，以及第一连接角6和第二连接角7表面焊接的内螺纹套筒61，同时撑杆1端部设置的外螺纹11旋合在内螺纹套筒61的内部，增加了撑杆1和第一连接角6连接以及撑杆1和第二连接角7连接的稳定性，同时撑杆1两端侧表面焊接的外六角环12，便于通过扳手对撑杆1进行转动，增加了撑杆1端部旋合在内螺纹套筒61内的便捷性，通过第一连接角6和第二连接角7表面开设的连接孔63，便于索组件安装在连接孔63内，且第一连接角6和第二连接角7表面开设螺孔内旋合有手拧螺钉62，同时手拧螺钉62端部设置的半球插入连接孔63内并与索组件接触，且连接孔63表面焊接的钢针64刺入索组件中，增加了对索组件进行定位的牢靠性，从而增加了索穹顶进行构造的稳定性。

具体的，索组件包括脊索2、斜索3和环索4，脊索2由中心撑杆的最高点向两侧的内圈撑杆环的最高点、外圈撑杆环的最高点和刚性环梁5连接，斜索3由中心撑杆的下端向两侧的内圈撑杆环的最低点和内圈撑杆环的最低点和刚性环梁5连接，环索4分别连接内圈撑杆环最低点和外圈撑杆环的最低点连接，且环索4为环形，内圈撑杆环的最高点是T型三撑杆的节点，内圈撑杆环的最低点是T型三撑杆的自由端和首尾连接端，外圈撑杆环的最高点是T型三撑杆的节点和连杆的拐点，外圈撑杆环的最低点是T型三撑杆的自由端以及T型三撑杆和连杆的连接端。

本发明提供另一种技术方案：一种T型三撑杆索穹顶结构的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，根据索穹顶的建筑大小选择合适长度的撑杆1；步骤二，根据穹顶制作十二个T型三撑杆和六个连杆；步骤三，选择六个T型三撑杆首尾连接组成内圈撑杆环；步骤四，选择六个T型三撑杆和六个连杆，把T型三撑杆和连杆连接组成外圈撑杆环；步骤四，把中心支撑杆、内圈撑杆环、外圈撑杆环和刚性环梁5由内而外放置；步骤五，把脊索2的中部固定在中心撑杆的上端向两侧的内圈撑杆环的最高点、外圈撑杆环的最高点和刚性环梁5连接；步骤六，把斜索3的中部固定在中心撑杆的下端向两侧的内圈撑杆环最低点、外圈撑杆环定的最低点和刚性环梁5连接；步骤七，把环索4分别连接内圈的最低点和外圈的最低点，撑杆1制作时，撑杆1的两端设置外螺纹11，在撑杆1端部侧表面焊接外六角环12，第一连接角6制作时，把三个内螺纹套筒61焊接在第一连接角6的表面，并把手拧螺钉62旋合在第一连接角6表面开设的螺孔内，第二连接角7制作时，把两个内螺纹套筒61焊接在第二连接角7的表面，并把手拧螺钉62旋合在第二连接角7表面开设的螺孔内，T型三撑杆制作时，把三个撑杆1端部设置的外螺纹11旋合在第一连接角6表面焊接的内螺纹套筒61内部，连杆制作时，把两个撑杆1端部设置的外螺纹11旋合在第二连接角7表面焊接的内螺纹套筒61内部，索组件与第一连接角6或者索组件与第二连接角7连接时，索组件安装在连接孔63的内部，此时转动手拧螺钉62，使得手拧螺钉62端部的半球对索组件进行挤压，同时钢针64刺入索组件中。

T型三撑杆将竖直的撑杆1变为三根斜向撑杆1，由三根斜向撑杆1组成的四面体单元重心靠近索穹顶内侧，由索穹顶中心到外圈布置T型三撑杆，增加了结构稳定性，T型三撑杆紧密相连，在环向上形成内圈撑杆环，T型三撑杆和连杆布置在内圈撑杆环，使得T型三撑杆和连杆相连，且与内圈撑杆环由索组件相连，提高了结构的环向刚度和径向刚度，增加结构抵抗非均布荷载的能力，该结构网格划分均匀，可划分为六个单元，结构整体性好，相较于传统的索穹顶结构，T型三撑杆索穹顶环向连接紧密，结构环向刚度大，结构网格划分均匀，施工难度小，该结构避免了Geiger型索穹顶环向刚度不足的情况，同时也避免了Levy型索穹顶由于结构构件数量多、施工张拉难度大、节点设计困难的问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。