一种交错布置车辐式双层索系结构

1.本实用新型涉及车辐式双层索系技术领域，特别涉及一种交错布置车辐式双层索系结构。


背景技术：

2.车辐式双层索系张拉结构起源于美国著名建筑师fuller于20世纪中期提出的“张拉整体思想”，他认为宇宙的运行规律是张拉一致性，即万有引力是一张巨大的自平衡张力网，而各个星球仅为张力网中的一个点。fuller将此规律应用于结构中，让压力这座孤岛为拉力的海洋所包围。由于张拉整体结构同时满足杆受压、索受拉的受力特性，在保持结构自重较轻的同时提供较大的刚度，因此具有极高的受力效率，可满足大跨度空间结构的各种性能要求。传统车辐式双层索系结构拓扑体系为施莱希工程设计公司首创，于1961年首次引入中国，成功建造了跨度为96m的第一个车辐式双层索系体育馆—北京工人体育馆，用钢量仅为54kg/m2，经济技术指标显著。
3.传统车辐式双层索系具有极高的结构效率，但其仍存在一定的不足。其基本组成单元是索桁架，属于平面受力单元。由于各榀构件在环向缺乏有效的联系，导致结构面外刚度较弱。当满跨荷载作用时，结构表现出良好的受力和变形性能，而当不对称荷载作用时，结构的变形往往较大。因此，该结构体系对不均匀分布的荷载十分敏感。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交错布置车辐式双层索系结构，在保证索的数量不变的情况下，设置人字形撑杆，使索桁架由平面受力转变成空间受力，提高了结构抵抗非对称荷载的能力，增强结构的几何稳定性。
5.本实用新型的技术方案为：一种交错布置车辐式双层索系结构，包括内拉环、外压环、径向稳定索、径向承重索和人字形撑杆；
6.多个径向稳定索的内端分别与内拉环的顶部连接，多个径向稳定索的外端分别与外压环连接，多个径向承重索的内端分别与内拉环的底部连接，多个径向承重索的外端分别与外压环连接，在水平投影方向上，单个径向承重索位于相邻两个径向稳定索之间，相邻两个径向稳定索沿单个径向承重索对称分布；
7.人字形撑杆包括两个自由端和一个闭合端，两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索连接，闭合端与径向承重索连接，多个人字形撑杆沿环向布置。
8.进一步，所述人字形撑杆的自由端与相邻的人字形撑杆的自由端连接。
9.进一步，所述人字形撑杆包括内圈撑杆、中圈撑杆和外圈撑杆，内圈撑杆的两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索的内端连接，内圈撑杆的闭合端与径向承重索的内端连接，多个内圈撑杆沿环向布置；中圈撑杆和外圈撑杆的两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索，中圈撑杆和外圈撑杆的闭合端与单个径向承重索连接，多个中圈撑杆和多个外圈撑杆分别沿环向布置。
10.进一步，所述中圈撑杆和外圈撑杆共同将径向稳定索和径向承重索三等分。
11.进一步，所述内圈撑杆、中圈撑杆和外圈撑杆的数量相同。
12.进一步，所述内拉环包括上拉环和下拉环，内圈撑杆的两个自由端与上拉环连接，内圈撑杆的闭合端与下拉环连接，径向稳定索的内端与上拉环连接，径向承重索的内端与下拉环连接。
13.进一步，所述上拉环和下拉环均采用钢拉杆。
14.进一步，所述径向稳定索的外端和径向承重索的外端与外压环之间的连接方式为铰接。
15.进一步，所述人字形撑杆的自由端与径向稳定索铰接，人字形撑杆的闭合端与径向承重索铰接。
16.上述交错布置车辐式双层索系结构的施工方法，包括以下步骤：
17.步骤s1：首先确定交错布置车辐式双层索系结构的跨度，内拉环、外压环的尺寸，以及径向稳定索和径向承重索将外压环划分的等分数，以及人字形撑杆的数量，从而确定径向稳定索、径向承重索、内拉环、外压环和人字形撑杆的平面投影位置；
18.步骤s2：将内拉环置于胎架上，安装径向稳定索和径向承重索，然后利用工装索整体牵引提升，同步安装内圈撑杆、中圈撑杆及外圈撑杆；
19.步骤s3：当径向稳定索提升到可以与外压环锚接的高度，先锚接径向稳定索；
20.步骤s4：继续利用下径向的工装索进行整体牵引张拉，将径向承重索与外压环梁锚接固定，至此完成交错布置的车辐式结构索杆体系的张拉。
21.本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
22.传统车辐式双层索系结构的基本受力单元为平面索桁架，由于缺少平面外约束，当结构承受不均匀分布荷载时往往出现节点位移较大的现象，结构对不均匀分布的荷载十分敏感。交错布置车辐式双层索系结构的人字形撑杆沿环向呈锯齿状排列，径向承重索、径向稳定索和人字形撑杆不在同一个平面内，形成空间的三角形受力单元，提高了结构对不均匀分布荷载的承载能力，也提高了结构的刚度和几何稳定性，结构在承受不均匀分布荷载时变形将有效减小。
23.由于径向承重索与径向稳定索沿环向交错布置，径向索与外压环的连接节点数量会增加一倍，外压环的受力更加均匀，轴力有所减小，其截面尺寸比传统车辐式双层索系结构小，因此提高了下部净空，也使结构更加轻巧。同时由于径向索与外压环的节点受力减小，节点构造变得更加简单，施工更为方便。
24.另外与过去提出的轮辐式交叉索结构相比，交错布置车辐式双层索系结构保留了结构的刚度、形状稳定性良好等特点，同时结构更为简洁，索杆件数量更少，施工更为方便。
附图说明
25.图1为本实用新型的交错布置车辐式双层索系结构的立体图。
26.图2为本实用新型的交错布置车辐式双层索系结构的俯视图。
27.图3为本实用新型的交错布置车辐式双层索系结构的正视图。
28.内拉环1、外压环2、径向稳定索3、径向承重索4、中圈撑杆5、外圈撑杆6、内圈撑杆7。
具体实施方式
29.下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
30.实施例
31.如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种交错布置车辐式双层索系结构，其特征在于，包括内拉环1、外压环2、径向稳定索3、径向承重索4和人字形撑杆。
32.如图1、图2和图3所示，多个径向稳定索的内端分别与内拉环的顶部连接，多个径向稳定索的外端分别与外压环连接，多个径向承重索的内端分别与内拉环的底部连接，多个径向承重索的外端分别与外压环连接，在水平投影方向上，单个径向承重索位于相邻两个径向稳定索之间，相邻两个径向稳定索沿单个径向承重索对称分布。
33.如图1、图2和图3所示，人字形撑杆包括两个自由端和一个闭合端，两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索连接，闭合端与径向承重索连接，多个人字形撑杆沿环向布置，人字形撑杆的自由端与相邻的人字形撑杆的自由端连接。
34.如图1、图2和图3所示，人字形撑杆包括内圈撑杆7、中圈撑杆5和外圈撑杆6，内圈撑杆的两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索的内端连接，内圈撑杆的闭合端与径向承重索的内端连接，多个内圈撑杆沿环向布置；中圈撑杆和外圈撑杆的两个自由端分别与相邻的两个径向稳定索，中圈撑杆和外圈撑杆的闭合端与单个径向承重索连接，多个中圈撑杆和多个外圈撑杆分别沿环向布置。内圈撑杆、中圈撑杆和外圈撑杆的数量相同，中圈撑杆和外圈撑杆共同将径向稳定索和径向承重索三等分。
35.如图1、图2和图3所示，内拉环包括上拉环和下拉环，内圈撑杆的两个自由端与上拉环连接，内圈撑杆的闭合端与下拉环连接，径向稳定索的内端与上拉环连接，径向承重索的内端与下拉环连接。在本实施例中，上拉环和下拉环均采用钢拉杆。
36.在本实施例中，径向稳定索的外端和径向承重索的外端与外压环之间的连接方式为铰接，人字形撑杆的自由端与径向稳定索铰接，人字形撑杆的闭合端与径向承重索铰接。
37.上述交错布置车辐式双层索系结构的施工方法，包括以下步骤：
38.步骤s1：首先确定交错布置车辐式双层索系结构的跨度，内拉环、外压环的尺寸，以及径向稳定索和径向承重索将外压环划分的等分数，以及人字形撑杆的数量，从而确定径向稳定索、径向承重索、内拉环、外压环和人字形撑杆的平面投影位置；
39.步骤s2：将内拉环置于胎架上，安装径向稳定索和径向承重索，然后利用工装索整体牵引提升，同步安装内圈撑杆、中圈撑杆及外圈撑杆；
40.步骤s3：当径向稳定索提升到可以与外压环锚接的高度，先锚接径向稳定索；
41.步骤s4：继续利用下径向的工装索进行整体牵引张拉，将径向承重索与外压环梁锚接固定，至此完成交错布置的车辐式结构索杆体系的张拉。
42.传统车辐式双层索系结构的基本受力单元为平面索桁架，由于缺少平面外约束，当结构承受不均匀分布荷载时往往出现节点位移较大的现象，结构对不均匀分布的荷载十分敏感。本实用新型的交错布置车辐式双层索系结构的人字形撑杆沿环向呈锯齿状排列，径向承重索、径向稳定索和人字形撑杆不在同一个平面内，形成空间的三角形受力单元，提高了结构对不均匀分布荷载的承载能力，也提高了结构的刚度和几何稳定性，结构在承受不均匀分布荷载时变形将有效减小。
43.由于径向承重索与径向稳定索沿环向交错布置，径向索与外压环的连接节点数量会增加一倍，外压环的受力更加均匀，轴力有所减小，其截面尺寸比传统车辐式双层索系结构小，因此提高了下部净空，也使结构更加轻巧。同时由于径向索与外压环的节点受力减小，节点构造变得更加简单，施工更为方便。
44.如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。