一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，包括双层柱面网壳及斜牵索，所述双层柱面网壳由上弦杆、腹杆、下弦杆、下弦索、上弦螺栓球节点、下弦螺栓球节点构成，所述上弦杆、腹杆通过上弦螺栓球节点及下弦螺栓球节点连接形成正四角锥，所述下弦杆沿双层柱面网壳长跨方向布置，所述下弦索沿双层柱面网壳短跨方向布置，双层柱面网壳采用下弦周边支承，所述斜牵索在双层柱面网壳体内对称布置，斜牵索的下端锚固在双层柱面网壳短跨方向的下承式支座节点上，斜牵索的上端与上弦固定节点连接。本发明具有预应力效应显著、不增加建筑物室内冗余空间、钢材用量低、能适应风吸荷载等特点。
【专利说明】-种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳
【技术领域】
[0001] 本发明属于大跨度屋盖结构【技术领域】的预应力网壳结构，特别涉及一种下弦为预 应力拉索的双层柱面网壳。
【背景技术】
[0002] 预应力网壳结构是一种新型空间结构，它将预应力技术引入空间钢结构，拓展了 预应力技术的应用范围。预应力和空间结构可视为土建行业的新技术和新体系，因而二者 结合的预应力空间网壳结构就代表了土建工程中的最新成就。拉索预应力网壳结构是在普 通网壳结构中根据实际需要配置高强预应力索，借助张拉预应力索在局部或整体引入预应 力而形成的一种结构体系。它的基本思想是在施加了预应力后，使结构产生反变形，以降低 内力峰值；在荷载作用下拱形网壳的水平推力由下弦柔性拉索承受，形成自平衡体系，以减 轻拱形网壳对支座产生的水平推力并减少滑动支座的水平位移。引入预应力这种控制力来 调整和改善结构受力状况，即出现最大量的减力杆和最小量的增力杆，达到节约材料，提高 结构的整体刚度，降低结构高度及节约工程造价之目的。
[0003] 目前，预应力索多布置在网壳结构体外，需要另外占用空间，这就会增加预应力网 壳结构高度，为保证室内净高，必然增加房屋高度，加大网壳结构以外的费用；同时需要增 设的附加支撑杆件和节点往往给人一种压抑感，建筑使用、装饰效果及经济效益都较差。
[0004] 另外，施加预应力后的网壳在外荷载作用下各个下弦杆件的内力是不同的，而现 在一般拉索预应力网壳结构仅在下弦索或者部分下弦索施加相同的预应力，这就会使结构 材料强度不能得到充分发挥，用钢量增加，造成材料的浪费。
[0005] 再者，拉索预应力网壳结构是一种风荷载敏感结构，对于现代的大跨度建筑，一般 采用轻屋面系统的拉索预应力网壳结构，在风荷载较大地区或台风区域，在风吸力作用下 可能出现下弦拉索松弛或者受压而退出工作的情况，其自平衡体系亦不存在，安全度丧失， 所以往往需要在屋面备重确保风吸力作用下结构不失去稳定性和安全度，因此现有的拉索 预应力网壳结构不适应于风吸力的作用。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种下弦为预应力拉索的双层柱面网 壳，将双层柱面网壳沿短跨方向的下弦所用杆件用高强钢索代替，在每段下弦索上施加不 同的预应力，并在网壳体内设置了用于抵抗风吸力的斜牵索，从而形成一种新型拉索预应 力双层网壳结构。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：提供了一种下弦为预应力拉索的 双层柱面网壳，包括双层柱面网壳（1)和牵索式支撑机构，所述双层柱面网壳（1)包括上弦 杆（3)、腹杆（4)、下弦杆（5)、下弦索（6)、上弦螺栓球节点（7)和下弦螺栓球节点（8)，所述 上弦杆（3)设置在所述双层柱面网壳（1)的顶部，并沿双层柱面网壳（1)短跨方向及长跨 方向成棋盘式交叉布置，所述上弦螺栓球节点（7)设置在由上弦杆（3)形成的交叉节点上； 所述下弦杆（5)设置在所述双层柱面网壳（1)的底部，并沿双层柱面网壳（1)长跨方向布 置；所述下弦索（6)设置在所述双层柱面网壳（1)的底部，并沿双层柱面网壳（1)短跨方向 布置；所述下弦杆（5)与下弦索（6)形成棋盘式交叉布置，所述下弦螺栓球节点（8)设置在 由下弦杆（5)及下弦索（6)形成的交叉节点上；所述腹杆（4)设置在所述上弦杆（3)和下 弦杆（5)之间，其两端分别连接至所述上弦螺栓球节点（7)和下弦螺栓球节点（8)，并且每 个所述上弦螺栓球节点（7)与相邻的四个所述下弦螺栓球节点（8)连接形成正四角锥；所 述双层柱面网壳（1)采用下弦周边支承；
[0008] 牵索式支撑机构包括上弦固定节点（10)、斜牵索（2)和下承式支座节点（9)，所述 上弦固定节点（10)布置在所述所述上弦螺栓球节点（7)上，所述下承式支座节点（9)分别 设置在所述双层柱面网壳（1)短跨方向的两端的下方，所述斜牵索（2)两端分别连接至所 述上弦固定节点（10)和下承式支座节点（9)，所述下承式支座节点（9)与两个所述上弦固 定节点（10)连接形成等腰三角形。
[0009] 进一步地，所述下弦索（6)设置在所述双层柱面网壳（1)短跨方向的相邻两个下 弦螺栓球节点（8)之间。
[0010] 进一步地，所述下弦螺栓球节点（8)的两侧上焊有连接耳板（11)，所述下弦索（6) 分别连接至与其相邻的两个下弦螺旋球节点（8)上的连接耳板（11)上。
[0011] 进一步地，所述下弦索（6)上设有用于调节拉索长度的调节套管（12)。
[0012] 进一步地，相邻所述下承式支座节点（9)之间的间距为1?3个网格。
[0013] 进一步地，所述上弦固定节点（10)分布在所述下承式支座节点（9)的内侧，其为 距所述下承式支座节点（9)五分之一至三分之一的双层柱面网壳（1)短跨跨度范围内任意 一个上弦螺栓球节点（7)。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 1.本发明的下弦索及斜牵索分别布置在钢网壳体表及体内，不增加建筑物室内冗 余空间。
[0016] 2.本发明中对每段下弦索施加不同的预应力，使结构材料强度得到充分发挥，用 钢量降低。
[0017] 3.本发明配置了斜牵索，斜牵索的主要作用就是在风吸力的作用下防止结构产生 过大的反挠度，从而确保下弦拉索不松弛，另外在结构承受常规坚向活荷载时，斜牵索也能 为钢网壳提供弹性支承，其工作机理如下：下弦索与斜牵索在预张拉后形成一个具有双向 抗力的预应力系统，结构在常规坚向活荷载作用下，大部分下弦索的内力增大，下弦索对其 对应网格的径向约束力增大，制约网壳的下挠变形，斜牵索的内力减小，换句话说斜牵索的 内力增量指向斜牵索的上端，此内力增量用于抵抗坚直向下的活荷载，斜牵索等于给钢网 壳提供了弹性支撑，在风吸力作用下，大部分下弦索内力减小，原先那部分下弦索对其对应 网格的径向约束力减小，即下弦索对其对应网格的上拱作用减小，斜牵索的内力增大，对结 构的反向变形有良好的牵制作用。
[0018] 因此，本发明与现有技术相比，具有不增加建筑物室内冗余空间、钢材用量低、造 价低廉、能适应风吸荷载的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳的平面结构示意图；
[0020] 图2为附图1的A-A剖视图；
[0021] 图3为下弦螺栓球节点结构示意图；
[0022] 图4为下弦索结构示意图。
[0023] 图中，1-双层柱面网壳；2-斜牵索；3-上弦杆；4-腹杆；5-下弦杆；6-下弦索； 7-上弦螺栓球节点；8-下弦螺栓球节点；9-下承式支座节点；10-上弦固定节点；11-连接 耳板；12-调节套管。
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附 图，对本发明实施例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的 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员 在无需创造性劳动的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。
[0025] 本【技术领域】技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术 术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应 该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的 意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0026] 本发明中所述的"和/或"的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均 包括在内。
[0027] 本发明中所述的"内、外"的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方 向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。
[0028] 本发明中所述的"左、右"的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左， 阅读者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。
[0029] 本发明中所述的"连接"的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过 其它部件的间接连接。
[0030] 如图1及图2所示，本发明一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳包括双层柱面 网壳1及斜牵索2 ;双层柱面网壳1由上弦杆3、腹杆4、下弦杆5、下弦索6、上弦螺栓球节 点7、下弦螺栓球节点8构成，上弦杆3、腹杆4通过上弦螺栓球节点7及下弦螺栓球节点8 连接形成正四角锥，下弦杆5沿双层柱面网壳1长跨方向布置，下弦索6沿双层柱面网壳1 短跨方向布置，双层柱面网壳1采用下弦周边支承，双层柱面网壳1短跨方向的下承式支座 节点9之间的间距为1?3个网格；斜牵索2在双层柱面网壳1体内对称布置，斜牵索2的 下端锚固在双层柱面网壳1短跨方向的下承式支座节点9上，斜牵索2的上端与上弦固定 节点10连接，上弦固定节点10分布在双层柱面网壳1短跨方向的下承式支座节点9的两 侦牝单个上弦固定节点10可以为距下承式支座节点9五分之一至三分之一的双层柱面网壳 1短跨跨度范围内任意一个上弦螺栓球节点7。
[0031] 如图2及图3所示，下弦索6在双层柱面网壳1短跨方向的每两个下弦螺栓球节 点8之间设置，下弦螺栓球节点8上焊有连接耳板11，各段下弦索6与其两端的下弦螺旋球 节点8上的连接耳板11连接。
[0032] 如图4所示，下弦索6中设有调节套管12,下弦索6张拉可通过调整调节套管12 来调节下弦索6的长度，达到张紧下弦索6的作用。
[0033] 本发明一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳的基本工作原理如下：对下弦索6 及斜牵索2以结构在"预应力+恒荷载+(活荷载-风吸荷载）/2"共同作用下，结构坚向变 形接近零为准则施加预应力，使结构在"预应力+恒荷载"共同作用下产生适量的反挠度， 此准则的好处是使得"预应力+恒荷载+活荷载"共同作用下结构向下的总位移与"预应力 +恒荷载+风吸荷载"共同作用下结构向上的总位移大致相等，实现资源的优化配置从而达 到节约钢材的目的；在"预应力+恒荷载"状态下，下弦索6与斜牵索2形成一个能够提供 双向抗力的预应力系统，结构在常规坚向活荷载作用下，大部分下弦索的内力增大，下弦索 对其对应网格的径向约束力增大，制约网壳的下挠变形，斜牵索的内力减小，换句话说斜牵 索的内力增量指向斜牵索的上端，此内力增量用于抵抗坚直向下的活荷载，斜牵索等于给 钢网壳提供了弹性支撑，在风吸力作用下，大部分下弦索内力减小，原先那部分下弦索对其 对应网格的径向约束力减小，即下弦索对其对应网格的上拱作用减小，斜牵索的内力增大， 对结构的反向变形有良好的牵制作用。
[〇〇34] 以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对 本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明 构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，包括双层柱面网壳（1)和牵索式支撑机 构，其特征在于， 所述双层柱面网壳（1)包括上弦杆（3)、腹杆（4)、下弦杆（5)、下弦索（6)、上弦螺栓球 节点（7)和下弦螺栓球节点（8)，所述上弦杆（3)设置在所述双层柱面网壳（1)的顶部，并 沿双层柱面网壳（1)短跨方向及长跨方向成棋盘式交叉布置，所述上弦螺栓球节点（7)设 置在由上弦杆（3)形成的交叉节点上；所述下弦杆（5)设置在所述双层柱面网壳（1)的底 部，并沿双层柱面网壳（1)长跨方向布置；所述下弦索（6)设置在所述双层柱面网壳（1)的 底部，并沿双层柱面网壳（1)短跨方向布置；所述下弦杆（5)与下弦索（6)形成棋盘式交叉 布置，所述下弦螺栓球节点（8)设置在由下弦杆（5)及下弦索（6)形成的交叉节点上；所述 腹杆（4)设置在所述上弦杆（3)和下弦杆（5)之间，其两端分别连接至所述上弦螺栓球节 点（7)和下弦螺栓球节点（8)，并且每个所述上弦螺栓球节点（7)与相邻的四个所述下弦螺 栓球节点（8)连接形成正四角锥；所述双层柱面网壳（1)采用下弦周边支承； 牵索式支撑机构包括上弦固定节点（10)、斜牵索（2)和下承式支座节点（9)，所述上 弦固定节点（10)布置在所述上弦螺栓球节点（7)上，所述下承式支座节点（9)分别设置在 所述双层柱面网壳（1)短跨方向的两端的下方，所述斜牵索（2)两端分别连接至所述上弦 固定节点（10)和下承式支座节点（9)，所述下承式支座节点（9)与两个所述上弦固定节点 (10)连接形成等腰三角形。
2. 根据权利要求1所述一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，其特征在于，所述下 弦索（6)设置在所述双层柱面网壳（1)短跨方向的相邻两个下弦螺栓球节点（8)之间。
3. 根据权利要求2所述一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，其特征在于，所述下 弦螺栓球节点（8)的两侧上焊有连接耳板（11)，所述下弦索（6)分别连接至与其相邻的两 个下弦螺旋球节点（8)上的连接耳板（11)上。
4. 根据权利要求3所述一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，其特征在于，所述下 弦索（6)上设有用于调节拉索长度的调节套管（12)。
5. 根据权利要求1所述一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，其特征在于，相邻所 述下承式支座节点（9)之间的间距为1?3个网格。
6. 根据权利要求4或5所述一种下弦为预应力拉索的双层柱面网壳，其特征在于，所 述上弦固定节点（10)分布在所述下承式支座节点（9)的内侧，其为距所述下承式支座节 点（9)五分之一至三分之一的双层柱面网壳（1)短跨跨度范围内任意一个上弦螺栓球节点 ⑵。
【文档编号】E04B7/14GK104060740SQ201410257652
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】顾盛, 杨思琦, 唐柏鉴, 陈满军 申请人:江苏科技大学, 昆山市建设工程质量检测中心