本實用新型涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1962年美國著名建筑師 Fuller 提出了由索桿體系組成的張拉整體結(jié)構(gòu) ( Tensegrity Systems)的思想。80年代，美國著名工程師Geiger對Fuller的思想進(jìn)行演變和發(fā)展，提出了索穹頂結(jié)構(gòu)體系(Cable Domes)，該體系被成功運用于漢城奧運會體育場館(直徑 119. 8m 和 89. 8m)、亞特蘭大奧運會主體育館( 240m×193m)等多項工程中。由于真正意義上的張拉整體結(jié)構(gòu)較難在大型結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用，科研工作者轉(zhuǎn)而探索實用性強的包含張拉整體結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)體系。其中車輻式張拉結(jié)構(gòu)傳力直接、輕盈美觀，被廣泛應(yīng)用于中部開口的非封閉大跨度建筑（如體育場、足球場等）中，如波蘭華沙國家體育場（314m×280 m）、釜山體育場（180m×152 m）、巴西馬拉卡納體育場（298m×260m）以及國內(nèi)的深圳寶安體育場（230m×237 m）和佛山世紀(jì)蓮體育場(直徑310m)等。他們的屋蓋無一例外的采用了柔性的輕質(zhì)膜材作為覆蓋材料，膜材雖然具有通透性好、自潔性好等特點，但造價高、對風(fēng)敏感、易老化、使用壽命小于建筑周期；同時膜材特有的建筑表現(xiàn)方式，不能完全滿足多樣化的建筑造型需求。剛性屋面（如直立鎖邊板）造價低、耐久性好、可適應(yīng)各種建筑造型，是應(yīng)用更為廣泛的屋面材料。然而車輻式張拉結(jié)構(gòu)由于為全索桿體系，導(dǎo)致其難以采用剛性屋面，極大限制了其適用范圍。已有部分專家學(xué)者提出了便于采用剛性屋面的剛?cè)犭s交結(jié)構(gòu)，如張弦結(jié)構(gòu)、弦支穹頂結(jié)構(gòu)，利用撐桿連接上弦抗彎受壓構(gòu)件和下弦抗拉構(gòu)件形成自平衡體系，結(jié)構(gòu)的剛度較大，屋面覆蓋材料的適用范圍更廣。但張弦結(jié)構(gòu)與弦支穹頂結(jié)構(gòu)的上弦均為連續(xù)的剛性體系，如梁、桁架、網(wǎng)殼等，常用于體育館、會展館等封閉的建筑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種適用于中部開口的非封閉建筑的新型張拉結(jié)構(gòu)體系，且便于采用剛性屋面的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)。

本實用新型技術(shù)的技術(shù)方案實現(xiàn)方式：車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)邊緣處的剛性外環(huán)體系、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)體系與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的張拉索桿體系和剛梁體系，所述剛性外環(huán)體系由上部剛性外環(huán)和下部剛性外環(huán)組成，所述上部剛性外環(huán)和下部剛性外環(huán)之間設(shè)置有支撐桿件，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索組成，所述剛梁體系由若干剛性梁組成，所述剛性梁的兩端分別與下部剛性外環(huán)和上部內(nèi)環(huán)索連接，所述張拉索桿體系包括若干與剛性梁對應(yīng)的拉索，所述拉索兩端分別與上部剛性外環(huán)和下部內(nèi)環(huán)索連接，所述拉索與對應(yīng)剛性梁相互交叉，在所述拉索位于剛性梁下方的一側(cè)，所述拉索與剛性梁之間設(shè)置有至少一根豎向撐桿，所述豎向撐桿兩端分別與拉索和剛性梁連接。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其在所述拉索位于剛性梁上方的一側(cè)，所述拉索與剛性梁之間設(shè)置有至少一根豎向吊索，所述豎向吊索兩端分別與拉索和剛性梁連接。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述剛性梁的兩端分別與下部剛性外環(huán)和上部內(nèi)環(huán)索鉸接，所述拉索兩端分別與上部剛性外環(huán)和下部內(nèi)環(huán)索鉸接，所述豎向撐桿兩端分別與拉索和剛性梁鉸接，所述豎向吊索兩端分別與拉索和剛性梁鉸接。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其在所述上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述斜腹桿兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索和下部內(nèi)環(huán)索鉸接。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對應(yīng)配合。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對應(yīng)配合。

本實用新型所述的車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，其所述若干剛性梁和若干拉索分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對應(yīng)配合。

本實用新型主要以軸向力抵抗外荷載，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量，而剛性梁又可承擔(dān)局部的彎矩，從而使得屋面可采用多種曲面造型，便于采用剛性屋面板，在體育場、足球場等大型公共建筑中具有廣泛的適用性。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型中剛梁體系的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型中柔性拉索內(nèi)環(huán)體系與張拉索桿體系的連接示意圖。

圖4是圖1的局部放大圖。

圖5和圖6是本實用新型中豎向撐桿兩端鉸接節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7和圖8是本實用新型中豎向吊索兩端鉸接節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本實用新型中上部內(nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本實用新型中下部內(nèi)環(huán)索鉸接節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實用新型中剛梁體系和張拉索桿體系輻射式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本實用新型中剛梁體系和張拉索桿體系三角式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13是本實用新型中剛梁體系和張拉索桿體系交叉式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1a為上部剛性外環(huán)，1b為下部剛性外環(huán)，2a為上部內(nèi)環(huán)索，2b為下部內(nèi)環(huán)索，3為剛性梁，4a為拉索，4b為豎向撐桿，4c為豎向吊索，5為支撐桿件，6為環(huán)向桁架。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)的說明。

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定實用新型。

如圖1-10所示，車輻式斜交剛弦張拉結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)邊緣處的剛性外環(huán)體系、設(shè)置在結(jié)構(gòu)中部開口處的柔性拉索內(nèi)環(huán)體系以及設(shè)置在剛性外環(huán)體系與柔性拉索內(nèi)環(huán)體系之間的張拉索桿體系和剛梁體系，所述剛性外環(huán)體系由上部剛性外環(huán)1a和下部剛性外環(huán)1b組成，所述上部剛性外環(huán)1a和下部剛性外環(huán)1b之間設(shè)置有支撐桿件5，所述柔性拉索內(nèi)環(huán)體系由上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b組成，所述剛梁體系由若干剛性梁3組成，所述剛性梁3的兩端分別與下部剛性外環(huán)1b和上部內(nèi)環(huán)索2a鉸接，所述張拉索桿體系包括若干與剛性梁3對應(yīng)的拉索4a，所述拉索4a兩端分別與上部剛性外環(huán)1a和下部內(nèi)環(huán)索2b鉸接，所述拉索4a與對應(yīng)剛性梁3相互交叉，所述拉索穿過對應(yīng)的剛性梁，在所述拉索4a位于剛性梁3下方的一側(cè)，所述拉索4a與剛性梁3之間設(shè)置有至少一根豎向撐桿4b，所述豎向撐桿4b兩端分別與拉索4a和剛性梁3鉸接，在所述拉索4a位于剛性梁3上方的一側(cè)，所述拉索4a與剛性梁3之間設(shè)置有至少一根豎向吊索4c，所述豎向吊索4c兩端分別與拉索4a和剛性梁3鉸接，其中，在所述上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b之間設(shè)置有斜腹桿形成環(huán)向桁架6，所述斜腹桿兩端分別與上部內(nèi)環(huán)索2a和下部內(nèi)環(huán)索2b鉸接，屋面覆蓋材料設(shè)置于剛梁體系上。

本實用新型的受力原理及結(jié)構(gòu)特點是：該結(jié)構(gòu)體系兼具張拉結(jié)構(gòu)體系與剛性結(jié)構(gòu)體系的特點。通過在拉索中施加預(yù)張力，使上、下部內(nèi)環(huán)索、拉索、剛性梁、豎向吊索受拉，上、下部剛性外環(huán)和豎向撐桿受壓，整個結(jié)構(gòu)處于一種自平衡的張緊狀態(tài)，具有很好的結(jié)構(gòu)剛度。從整體受力上看，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向下的荷載時，剛性梁及上部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，拉索及下部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載；當(dāng)結(jié)構(gòu)受到向上的荷載時，拉索及下部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力減小，剛性梁及上部內(nèi)環(huán)索內(nèi)力增大，抵抗外荷載；若需要進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)剛度，可在上、下部內(nèi)環(huán)索之間布置斜向構(gòu)件，形成內(nèi)環(huán)帶桁架。而從局部受力上看，拉索通過豎向撐桿和豎向吊索彈性支撐剛性梁，減小剛性梁的局部彎矩。該上下弦交叉的剛弦張拉結(jié)構(gòu)，在相同懸挑跨度下大大降低上、下部內(nèi)環(huán)索豎向間距，減小了豎向撐桿的高度，在保證受力效率的同時，有效的解決了傳統(tǒng)車輻式張拉結(jié)構(gòu)撐桿較高，影響場內(nèi)空間的缺陷。

如圖11所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈輻射式布置且對應(yīng)配合；或者，如圖12所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈三角式布置且對應(yīng)配合；或者，如圖13所示，所述若干剛性梁3和若干拉索4a分別沿柔性拉索內(nèi)環(huán)體系外周呈交叉式布置且對應(yīng)配合。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。