一种自应力索杆与刚性网壳组合结构[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 209040385 U(45)授权公告日 2019.06.28

(21)申请号 201821566820.7(22)申请日 2018.09.26

(73)专利权人 东南大学

地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2

号(72)发明人 朱明亮　陆金钰　郭正兴　(74)专利代理机构 南京众联专利代理有限公司

32206

代理人 周蔚然(51)Int.Cl.

E04B 7/10(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()实用新型名称

一种自应力索杆与刚性网壳组合结构(57)摘要

本实用新型提供一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，包括自应力索杆结构和刚性网壳，自应力索杆结构与刚性网壳之间通过短柱连接。其中自应力索杆结构是由只受拉的拉索和只受压的压杆组成的自应力体系，其刚度完全由自应力大小决定；刚性网壳结构由刚性杆件焊接而成；两者间由短柱连接，通过调整两者之间的刚度比，达到共同受力的目的，当自应力索杆结构施工完成后可以作为支架对刚性网壳构件进行安装，有效减少施工措施费用。本实用新型具有材料利用率高，施工方便等优点，可应用于各种大跨度空间结构中。CN 209040385 UCN 209040385 U

权　利　要　求　书

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1.一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，其特征在于：所述组合结构包括自应力索杆结构、刚性网壳以及短柱，所述自应力索杆结构与刚性网壳通过两者之间的短柱连接形成组合体，所述自应力索杆结构为由只受拉的拉索和只受压的压杆组成的自应力索杆结构体系，所述短柱位于自应力索杆结构和刚性网壳结构之间，短柱两端分别焊接在自应力索杆结构和刚性网壳结构对应的节点上，所述组合体边缘设置支座，支座设置在刚性网壳边缘。

2.根据权利要求1所述的自应力索杆与刚性网壳组合结构，其特征在于：所述刚性网壳为单层或多层网格结构。

3.根据权利要求1所述的自应力索杆与刚性网壳组合结构，其特征在于：自应力索杆结构位于刚性网壳的上方或下方。

4.根据权利要求1所述的自应力索杆与刚性网壳组合结构，其特征在于：所述自应力索杆结构根据刚性网壳的形状而变化，为平板、球面或者自由曲面。

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说　明　书

一种自应力索杆与刚性网壳组合结构

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技术领域

[0001]本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种自应力索杆与刚性网壳组合结构。背景技术

[0002]自应力索杆结构是一种高效的预应力索杆自平衡结构体系，通过将受压杆件置于拉索的海洋中，可实现特殊的美感和材料的高效利用。因此，这一思想在产生之初就在雕塑领域进行了尝试，随后又出现了如张拉整体桅杆和张拉整体塔这些具有代表性的自应力索杆结构。事实上，由于自应力索杆结构固有的符合自然规律的特点，最大程度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的材料建造超大跨度的房屋建筑。然而严格意义上的只包含受拉索和受压杆的自应力索杆结构一直未能在房屋建筑结构中得到应用。首先，由于其无应力状态下是无刚度的，结构刚度完全依靠自应力力提供，若需要得到较好的刚度则必须对构件施加较大的自应力，受压杆件将承受很大的压力，造成拉索和受压杆件截面过大，同时巨大的预拉力也将给施工带来很大的难度；其次，自应力索杆结构受外界扰动影响大，在动力激励下的响应较明显，且影响时间长，靠材料的阻尼难以较短时间内消除振动影响；最后，自应力索杆结构为柔性结构，与刚性屋面的连接困难，构造复杂。[0003]而网壳结构虽然是刚性结构，面内刚度较大，且杆件较少，造型美观，广泛应用于大跨度空间结构，但是结构面外刚度较小，对初始缺陷较敏感，在使用和施工过程中容易发生整体或局部失稳。

发明内容

[0004]为解决上述问题，本发明公开了一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，该结构将柔性的自应力索杆结构与刚性的刚性网壳结构通过短柱连接成整体，组成刚度更好的刚柔性组合结构。既保留了自应力索杆结构的特点，又引入了刚性网格状刚性网壳，使结构具有空间跨度大、刚度大、结构稳定性和抗连续倒塌能力强、施工方便等优点，同时在刚性的网壳结构上更易铺设刚性屋面。[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下：[0006]一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，所述包括自应力索杆结构、刚性网壳以及短柱。所述自应力索杆结构与刚性网壳通过两者之间的短柱连接形成组合体。[0007]所述自应力索杆结构可位于刚性网壳的下方，也可位于刚性网壳的上方。

[0008]自应力索杆结构为由只受拉的拉索和只受压的压杆组成的自应力索杆结构体系，其刚度完全决定于自应力的大小。

[0009]所述刚性网壳为节点刚接的单层或多层网格结构。[0010]所述短柱位于自应力索杆结构和刚性网壳结构之间，起连接作用，分别焊接在自应力索杆结构和刚性网壳结构对应的节点上。

[0011]组合结构的刚度与自应力索杆结构和刚性网壳的刚度，以及两者刚度之间的比例有关。

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组合结构构型可为平板、柱面、球面或自由曲面等形状。自应力索杆构型根据刚性

网壳的形状而变化，可通过找形得到符合刚性网壳外形的构型，从而与刚性网壳组合形成整体结构。

[0013]自应力索杆与刚性网壳组合结构的施工方法为先将未施加预应力的柔性索杆结构进行整体提升，施加预应力后形成稳定的具有一定刚度的自应力平衡结构后，利用自应力索杆结构作为支架，对刚性网壳进行空中散拼安装。[0014]本方案具有如下有益效果：[0015]（1）本发明的自应力索杆与刚性网壳组合结构将自应力索杆结构与刚性网壳组合在一起，结合了二者的特点，既保留了自应力索杆结构轻型、高效、自平衡的优点，又可发挥钢网壳便于铺设刚性屋面板的优势，使结构具有空间跨度大、刚度大、结构稳定性好的优点；自应力索杆结构可以作为刚性网壳的弹性支撑，克服单层网壳存在的缺陷敏感性高，施工中容易发生整体或局部失稳等问题。[0016]（2）自应力索杆结构可由自应力索杆单元拼装而成，实现装配化施工。在工厂加工制作自应力索杆单元后张拉成形，在单元中建立预拉力，成为自平衡单元。同时，自应力索杆单元质量较轻，便于运输和储存，将自平衡单元运至现场快速组装成形，施工便捷，且结构成形后具有较大刚度和跨度；[0017]（3）若自应力索杆结构中的部分拉索失效，其所在的自应力索杆单元将失效，但并不会导致整体结构的连续倒塌，因此具有较强的抗连续倒塌能力。附图说明

[0018]图1为自应力索杆与刚性网壳组合结构轴测图。[0019]图2为刚性网壳示意图。[0020]图3为自应力索杆结构。[0021]图4为组合结构单元。[0022]附图标记列表：[0023]1为刚性网壳；2为自应力索杆结构；3为短柱；4为受压杆；5为受拉索；6下拉工装索。

具体实施方式

[0024]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于本发明的范围。

[0025]本发明所述一种自应力索杆与刚性网壳组合结构，如图2所示；在本实施例中，刚性网壳1由正交正放矩形截面梁相贯焊接而成，如图3所示；本实施例自应力索杆结构采用了经典的四杆十二索棱柱体张拉整体基本单元构型，通过基本单元节点与节点处连接的组合方式组成双层柱面张拉整体结构，在柱面张拉整体结构上弦柱面的每个节点处设置短柱3与上部刚性网壳1焊接连接，如图4所示。[0026]所述的四索十二杆张拉整体单元，包括由四根位于单元内部且间断布置的受压杆4、十二根连续布置的受拉索5连接于受压杆端部，且每个端点连接三根受拉索5，如图4所示。

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说　明　书

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所述受拉索5可选用钢丝束、钢绞线、钢丝绳或不锈钢拉索等柔性拉索，受压杆可

选用圆钢管或圆钢棒等刚性杆件。

[0028]本实施例中短柱3选用圆钢管，分别与上部刚性网壳节点和下部张拉整体结构节点焊接连接。

[0029]在本实施例中，自应力索杆结构2在刚性网壳1下方，先将未施加预应力的柔性索杆结构进行整体提升，施加预应力后形成稳定的具有一定刚度的自应力平衡结构。此时，利用自应力索杆结构作为支架，对刚性网壳进行空中散拼安装。

[0030]本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

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说　明　书　附　图

图1

图2

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说　明　书　附　图

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图3

图4

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