专利名称：一种索杆式开合屋盖结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑领域应用的一种开合屋盖结构，具体为一种索杆式开合屋盖结构。
背景技术：
近年来，折叠网架结构在建筑、军事、航天以及人们的日常生活等领域中发挥着越来越重要的作用。对于许多临时和半永久性的建筑，折叠结构由于具有可重复利用的显著优点，具有良好的经济指标，并且折叠结构可以随着任务的变化而方便地转移，还可以设计成各种美观的造型。在建筑工程领域，从遮风挡雨及抵御侵害的基本要求，到各式各样的表演聚会，建筑的功能随着人们生活水平的提高在不断演变。从古罗马的万神庙到现今的许多造型新颖的大跨度公共建筑(机场候机厅、会展中心、大剧院、体育馆等)，人们对于建筑在功能和形态上都在不断综合和创新。现代建筑要求建筑由单一的功能向多功能化方向发展。例如多功能体育建筑既要为人们提供一个遮风挡雨的适宜空间进行各种体育运动，又要体现出和大自然亲近的运动环境，还要能够举办大型会议、比赛和演出。在历史的长河中，建筑一直被视为静止的物体；但在当今社会，随着人们的需求和建筑功能的快速变化， 建筑必须适应这些功能、环境和空间的可变性。可开启式屋盖也就在这种氛围下应运而生。 已建可开启式屋盖的形式大多是基于板的平动和转动，其运动特性较为单一。另一类研究较为系统的是基于剪式铰单元的折叠网架和网壳，但其在大跨结构中使用较少，主要原因有(1)折叠网格结构的节点设计一般比较复杂，目前尚缺乏构造简单且实用、造价低廉的适合工程应用的节点设计；(2)折叠网格结构的构件除受轴力外，还受一定弯矩，受力性能不佳，造价较高；(3)折叠网格结构的刚度很差，位移较难满足使用要求。
发明内容
为了克服现有折叠网格结构作为开合屋盖结构受力性能不佳和结构刚度低等缺陷，本发明提供了一种索杆式开合屋盖结构，该结构不仅能满足建筑对屋盖开合的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足中大跨度建筑对屋盖开合功能的要求。为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案一种索杆式开合屋盖结构，包括多榀平面桁架结构，平面桁架结构的上弦节点通过刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接；平面桁架结构的下弦节点也通过所述的刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接，其特征在于位于屋盖固定端的一榀平面桁架结构两端分别与下部支座铰接，每隔一榀的平面桁架结构两端则设置在一沿屋盖开合方向的导轨上；在所述的多榀平面桁架的上弦设置有主动索，所述的主动索的一端固定在屋盖固定端的一榀平面桁架结构上，主动索另一端则分别从每榀平面桁架结构的索套上穿过，每隔一榀平面桁架结构的索套在同一直线上，相邻两榀平面桁架结构的索套在屋盖开合方向上相错；在所述的多榀平面桁架的下弦设置有被动索，所述的被动索两端固定在相邻的平面桁架结构上。所述的索套设置在平面桁架结构的节点上。所述的平面桁架结构可以为双层网格或多层网格。所述的平面桁架结构的形状为矩形、鱼腹形、梯形或拱形。所述的平面桁架有多榀，位于屋盖固定端的一榀两端分别与下部支座铰接，约束其三个方向的自由度；然后每隔一榀的桁架两端与下部支座只约束其竖向和跨度方向的自由度；其余各榀桁架不约束其自由度。在折叠状态时，主动索和被动索都是松弛的。而主动索的长度是可以变化的，随着主动索长度的缩短，体系在逐步展开；在展开过程中，主动索是拉紧的，而被动索还是松弛的。当展开到指定位置时，被动索被张紧，限制了屋盖的进一步运动，机构变为结构。拉索在完全展开状态时有预应力，因而提高了整个结构的刚度。本发明的有益效果是，利用主动索驱动开合屋盖的开启，减少了运动过程中屋盖的杆件应力；在完全展开状态利用被动索限制屋盖的进一步运动，并且在屋盖中产生预应力，克服了传统折叠网架结构受力性能较差和刚度较弱的缺点，形成一种跨越能力大、稳定性好的开合屋盖体系；而且本发明充分利用了索体材料的高强受拉性能，减轻了结构自重， 节约了材料，降低了成本；且由于拉索的单向受力特点，索杆式开合屋盖的收缩率大、构造合理、设计和施工简单，可普遍适用于会展中心、多功能体育馆等大跨度开合屋盖体系。
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明图I是本发明结构示意图。图2是主动索穿过索套俯视图。图3是索杆式开合屋盖结构俯视图。图4是索杆式开合屋盖结构运动过程俯视图。图5是索杆式开合屋盖结构折叠状态俯视图。图6是索杆式开合屋盖结构运动过程示意图(被动索没有显示)。
具体实施例方式如图I所示，索杆式折叠网架结构由平面桁架结构1，刚性压杆2，主动索3和被动索4。平面桁架结构I的上弦节点通过刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点连接，其连接方式为铰接；平面桁架结构I的下弦节点通过刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点连接，其连接方式为铰接。所述的平面桁架结构I可以为双层网格或多层网格。所述的平面桁架结构I的形状可以为矩形或鱼腹形或梯形或拱形。本实例的平面桁架为双层网格，其形状为矩形。所述的平面桁架结构I有多榀，位于屋盖固定端的一榀两端分别与下部支座铰接，约束其三个方向的自由度；然后每隔一榀的桁架两端与下部支座只约束其竖向和跨度方向的自由度；其余各榀桁架不约束其自由度。各榀平面桁架结构I的上下弦节点除了用刚性压杆连接外，还用主动索3和被动索4相连。每根主动索3穿越各榀桁架的上弦，从而将所有桁架联系为一个整体；而每根被动索4只连接相邻的桁架的下弦。如图2所示，主动索3的一端固定在屋盖固定端的一榀平面桁架结构I上，主动索3另一端则分别从每榀平面桁架结构的索套5上穿过，每隔一榀平面桁架结构的索套5在同一直线上，相邻两榀平面桁架结构的索套5在屋盖开合方向上相错。在折叠状态时，主动索3和被动索4都是松弛的。而主动索3的长度是可以变化的，随着主动索3长度的缩短，体系在逐步展开；在展开过程中，主动索3是拉紧的，而被动索4还是松弛的。当展开到指定位置时，被动索4被张紧，限制了屋盖的进一步运动，机构变为结构。屋盖结构在完全展开状态时有预应力，因而提高了整个结构的刚度。图3至图5为索杆式屋盖结构完全展开、运动过程中及其折叠状态的俯视图。图4 中结构折叠时相邻平面桁架结构的距离为O. 5m，这主要是考虑构件的尺寸，两榀桁架不可能完全重叠。索杆式屋盖结构运动过程中的三维图如图6所示。
权利要求
1.一种索杆式开合屋盖结构，包括多榀平面桁架结构(I)，平面桁架结构(I)的上弦节点通过刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接；平面桁架结构(I)的下弦节点也通过所述的刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接，其特征在于位于屋盖固定端的一榀平面桁架结构(I)两端分别与下部支座铰接，每隔一榀的平面桁架结构(I)两端则设置在一沿屋盖开合方向的导轨上；在所述的多榀平面桁架的上弦设置有主动索(3)，所述的主动索(3)的一端固定在屋盖固定端的一榀平面桁架结构(I)上， 主动索(3)另一端则分别从每榀平面桁架结构的索套(5)上穿过，每隔一榀平面桁架结构的索套(5)在同一直线上，相邻两榀平面桁架结构的索套(5)在屋盖开合方向上相错；在所述的多榀平面桁架的下弦设置有被动索(4)，所述的被动索(4)两端固定在相邻的平面桁架结构上。
2.根据权利要求I所述的索杆式开合屋盖结构，其特征在于，所述的索套(5)设置在平面桁架结构的节点上。
3.根据权利要求I或2所述的索杆式开合屋盖结构，其特征在于，所述的平面桁架结构为双层网格或多层网格。
4.根据权利要求3所述的索杆式开合屋盖结构，其特征在于，所述的平面桁架结构的形状为矩形、鱼腹形、梯形或拱形。
全文摘要
本发明公开了一种索杆式开合屋盖结构，包括多榀平面桁架结构，平面桁架结构的上弦节点通过刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接；平面桁架结构的下弦节点也通过所述的刚性压杆与相邻平面桁架上弦和下弦对应位置上的节点铰接，位于屋盖固定端的一榀平面桁架结构两端分别与下部支座铰接，每隔一榀的平面桁架结构两端则设置在一沿屋盖开合方向的导轨上；在多榀平面桁架还设置有一主动索和多根被动索，本发明充分利用了索体材料的高强受拉性能，减轻了结构自重，节约了材料，降低了成本；且由于拉索的单向受力特点，索杆式开合屋盖的收缩率大、构造合理、设计和施工简单，可普遍适用于会展中心、多功能体育馆等大跨度开合屋盖体系。
文档编号E04B7/16GK102605889SQ20121005954
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者冯健, 蔡建国 申请人:东南大学