一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系

摘要

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系。该体系将联方型网格的索网和径向索系结合，径向索系内端与环索连接、外端与联方型网格的索网连接，可以实现环索索力分布均匀、索夹不平衡力大幅减小，并且以完整的索结构满足建筑需求，无需设置附加的钢结构挑棚，实现一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构安装，施工便利性显著提高、施工周期大幅缩短。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系。

背景技术

预应力索结构由只受拉的柔性索和承受拉、压的刚性构件组成，是一类跨越能力强、受力性能好的大跨度结构体系。由于索采用高强材料制成，且在结构承载过程中处于受拉状态，不存在构件稳定问题，受力效率高，因此其截面尺寸远小于混凝土构件和钢构件，可以营造轻盈、通透的建筑效果。

目前，田径场和专业足球场等体育场的结构由围绕中心场地的看台结构101、屋顶结构102以及屋顶支承结构103组成，如图1所示。屋顶结构102的主要功能是遮蔽看台和吊挂马道、照明与音响设备等。由于体育场内部需要营造无柱空间，且体育场中间场地上空一般为露天形式，因此屋顶通常围绕场地布置、只覆盖看台区域，由中心大开口的大跨度结构构建，中心开口的形状一般与场地周边看台内边缘形状匹配。

由于在受力性能和建筑效果方面具有显著优势，预应力索结构在体育场屋顶结构中得到了广泛应用。屋顶索结构通常由中心开口附近的环索201和环索201与外边界202之间的跨向索系组成。根据建筑造型需要，跨向索系可以采用联方型网格索网203，也可以采用径向索系204，如图2所示。对于双层索结构，上、下层可以均采用联方型网格索网203，或均采用径向索系204，也可以上层采用联方型网格索网203、下层采用径向索系204，或者反之，如图3所示。

当环索与外边界之间的跨向索系为联方型网格时，由于跨向索系在环索切线方向不可避免地存在分力，会在跨向索系与环索连接的索夹节点处产生较大的不平衡力，导致索夹体积增大、甚至需要设置专门的平衡索抵抗索夹处的不平衡力，给结构设计和施工带来困难，工程造价增加。另外，为满足建筑需求，环索围合的区域内部还可能设置附加的钢结构挑棚205，如图4所示。这种结构布置方式会造成索结构与钢结构挑棚205连接处的构造和受力复杂，且需要在索结构张拉完成后再单独进行钢结构挑棚205的安装，设计难度大，施工周期长、风险高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系，以解决现有技术中存在的技术问题。该体系将联方型网格的索网和径向索系结合，径向索系内端与环索连接、外端与联方型网格的索网连接，可以实现环索索力分布均匀、索夹不平衡力大幅减小，并且以完整的索结构满足建筑需求，无需设置附加的钢结构挑棚，实现一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构安装，施工便利性显著提高、施工周期大幅缩短。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系，包括：上层索网、下层索系、环索撑杆和跨向索系撑杆；所述上层索网采用联方型和肋环型网格组合的布置形式；所述环索撑杆和跨向索系撑杆位于所述上层索网和下层索系之间，所述环索撑杆和跨向索系撑杆连接相应的上层索网节点和下层索系节点。

优选地，所述上层索网包括：上环索、上层径向索、上层交叉索和上层平衡索；所述上环索位于屋顶中间区域，围合成屋顶中心开口形状；所述上层径向索内端与所述上环索节点相连，所述上层径向索的平面投影与相邻两段上环索平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致；所述上层交叉索形成一系列联方型网格，最外圈的上层交叉索节点与外边界相连，最内圈的上层交叉索节点连接于所述上层径向索的外端；所述上层平衡索布置在所述上层径向索与上层交叉索连接节点处，顺次联系所述上层径向索与上层交叉索连接节点，形成封闭环。

优选地，所述下层索系包含下环索和下层径向索；所述下环索位于屋顶中间区域；所述下层径向索外端与外边界相连，内端与下环索节点相连，所述下层径向索的平面投影与相邻两段下环索平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致。

优选地，所述环索撑杆连接上环索节点和下环索节点；当上环索、下环索水平投影重合时，环索撑杆沿竖向布置；当上环索、下环索水平投影不重合时，环索撑杆沿斜向布置。

优选地，所述跨向索系撑杆连接上层交叉索节点和下层径向索节点，所述跨向索系撑杆沿竖向布置。

优选地，本发明提出的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系需要施加预应力，预应力与屋顶重量平衡，并满足结构刚度要求。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明在上层径向索与上层交叉索连接节点之间设置上层平衡索，可以平衡上层交叉索在最内圈节点处的环向分力，使上层径向索只传递上层交叉索的径向分力；进一步，通过令上层径向索平面投影与相邻两段上环索平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致，可以使环索索力更加均匀，索夹处的不平衡力相对上层交叉索与上环索直接相连的方式大幅降低，从而减小索夹体积，提高结构安全性和经济性。

2、本发明将上环索设置在屋顶开口处，直接围合形成建筑所需的屋顶中心开口形状，并通过上层径向索和环索撑杆与其余屋顶结构相连，无需设置钢结构挑棚。该方式可以实现整个屋顶结构仅通过一次提升、张拉即可完成安装，使施工便利性显著提高、施工周期大幅缩短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的体育场结构体系组成示意图。

图2为现有技术中的体育场屋顶索结构的跨向索系示意图。

图3为现有技术中的体育场屋顶索结构体系示意图。

图4为现有技术中的体育场屋顶钢结构挑棚示意图。

图5为本发明实施例提供的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系轴测图。

图6为本发明实施例提供的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系平面图。

图7为本发明实施例提供的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系立面图。

图8为本发明实施例提供的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系分解图。

图9为本发明实施例提供的联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系细部分解图。

其中：101为看台结构，102为屋顶结构，103为屋顶支承结构，201为环索，202为外边界，203为联方型网格索网，204为径向索系，205为钢结构挑棚，301为上环索，302为上层径向索，303为上层交叉索，304为上层平衡索，305为下环索，306为下层径向索，307为环索撑杆，308为跨向索系撑杆，401为上层索网，402为下层索系，501为上环索节点，502为上层径向索与上层交叉索连接节点，503为上层交叉索节点，504为下环索节点，505为下层径向索节点，506为环索撑杆上端点，507为环索撑杆下端点，508为跨向索系撑杆上端点，509为跨向索系撑杆下端点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

结合图5至图9所示，本实施例提供一种联方型和肋环型网格结合的双层索结构体系，包括：上层索网401、下层索系402、环索撑杆307和跨向索系撑杆308；所述上层索网401采用联方型和肋环型网格组合的布置形式；所述环索撑杆307和跨向索系撑杆308位于所述上层索网401和下层索系402之间，所述环索撑杆307和跨向索系撑杆308连接相应的上层索网401节点和下层索系402节点。该体系将联方型网格的索网和径向索系结合，径向索系内端与环索连接、外端与联方型网格的索网连接，可以实现环索索力分布均匀、索夹不平衡力大幅减小，并且以完整的索结构满足建筑需求，无需设置附加的钢结构挑棚，实现一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构安装，施工便利性显著提高、施工周期大幅缩短。

优选地，所述上层索网401包括：上环索301、上层径向索302、上层交叉索303和上层平衡索304；所述上环索301位于屋顶中间区域，围合成屋顶中心开口形状；所述上层径向索302内端与所述上环索节点501相连，所述上层径向索302的平面投影与相邻两段上环索301平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致；所述上层交叉索303形成一系列联方型网格，最外圈的上层交叉索节点503与外边界202相连，最内圈的上层交叉索节点503连接于所述上层径向索302的外端；所述上层平衡索304布置在所述上层径向索与上层交叉索连接节点502处，顺次联系所述上层径向索与上层交叉索连接节点502，形成封闭环。

优选地，所述下层索系402包含下环索305和下层径向索306；所述下环索305位于屋顶中间区域；所述下层径向索306外端与外边界202相连，内端与下环索节点504相连，所述下层径向索306的平面投影与相邻两段下环索305平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致。

优选地，所述环索撑杆307连接上环索节点501和下环索节点504；当上环索301、下环索305水平投影重合时，环索撑杆307沿竖向布置；当上环索301、下环索305水平投影不重合时，环索撑杆307沿斜向布置。

优选地，所述跨向索系撑杆308连接上层交叉索节点503和下层径向索节点505，所述跨向索系撑杆308沿竖向布置。

综上，本发明在上层径向索与上层交叉索连接节点502之间设置上层平衡索304，可以平衡上层交叉索303在最内圈节点处的环向分力，使上层径向索302只传递上层交叉索303的径向分力；进一步，通过令上层径向索302的平面投影与相邻两段上环索301平面投影的角平分线方向保持一致或者趋于一致，可以使上环索301索力更加均匀，索夹处的不平衡力相对上层交叉索303与上环索301直接相连的方式大幅降低，从而减小索夹体积，提高结构安全性和经济性。

本发明将上环索301设置在屋顶开口处，直接围合形成建筑所需的屋顶中心开口形状，并通过上层径向索302和环索撑杆307与其余屋顶结构相连，无需设置钢结构挑棚205。该方式可以实现整个屋顶结构仅通过一次提升、张拉即可完成安装，使施工便利性显著提高、施工周期大幅缩短。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。