一种双承重索系的联方型索结构体系的制作方法

1.本实用新型涉及建筑工程的结构设计技术领域，尤其是涉及一种双承重索系的联方型索结构体系。


背景技术：

2.预应力索结构由只受拉的柔性索和承受拉、压的刚性构件组成，是一类跨越能力强、受力性能好的大跨度结构体系，广泛应用于体育场馆、展馆等大跨度建筑的屋顶结构。由于索采用高强材料制成，且在结构承载过程中处于受拉状态，不存在构件稳定问题，受力效率高，因此其截面尺寸远小于混凝土构件和钢构件，可以营造轻盈、通透的建筑效果。
3.近年来，在体育场馆等大跨度建筑的工程实践中，出现了一种由上层索网101、下层索网102和撑杆103组成的联方型索结构体系。该结构体系的上层索网101由上环索301和交叉索302组成，其中交叉索302在上层索网面内形成联方型网格；下层索网102由下环索105和径向索106组成，其中径向索106呈辐射状布置，如图1所示。由于上层索网形成的网格规律性强，有助于打造富有韵律感的建筑效果，而下层索网可以在不影响建筑效果的情况下提供相对高效的承重作用，因此这种结构体系实现了建筑和结构的有机融合，受到了建筑师和结构工程师的欢迎。
4.应用于体育场馆等圆形、椭圆形或四心圆等平面的建筑时，上述联方型索结构体系存在两方面的特点：
5.(1)由于建筑环向尺寸由场心向外逐渐增大，导致上层索网的网格尺寸不均匀，呈现由内到外逐渐增大的规律，外圈网格尺寸可达内圈网格尺寸的2倍以上；
6.(2)结构悬挑距离长，在风、雪等荷载效应显著时，需在下层索网和上层索网之间设置撑杆，提高结构整体性和局部刚度。
7.在当前技术中，所有交叉索节点104处均设置了撑杆103，如图2所示。这种布置方式可有效提高结构受力性能，但也带来几方面的问题：
8.(1)下层径向索数量多，且下环索索夹比上环索索夹数量多一倍，下层索网用索量和索夹节点重量大；
9.(2)由于一半的径向索106与下环索105连接节点没有对应的交叉索节点104，因此在这些下环索节点处未设置撑杆，如图3所示，图示出了不设撑杆的下环索节点108和设有撑杆的下环索节点107，导致下环索受力状态不合理；
10.(3)下环索分段数是上环索分段数的两倍，下环索相邻区段之间的夹角大于上环索相邻区段之间的夹角，导致下环索受力效率较低。
11.上述问题在一定程度上降低了这种结构体系的安全性和经济性，增大了其工程应用的难度。
12.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

13.本实用新型的目的在于提供一种双承重索系的联方型索结构体系，以解决现有技术中存在的技术问题，该体系在不改变上层索网造型、不增加施工难度的情况下，通过调整下层索网的布置，实现更合理的结构受力和更优的经济性。
14.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
15.本实用新型提供一种双承重索系的联方型索结构体系，其包括：上层索网、第一组下层索网、第二组下层索网和撑杆；
16.所述上层索网的交叉索相交形成第一类交叉索节点和第二类交叉索节点；
17.所述第一组下层索网为第一类交叉索节点提供支承作用，在第一组下层索网的节点和相应的第一类交叉索节点之间连接所述撑杆；
18.所述第二组下层索网为全部或部分第二类交叉索节点提供支承作用，在第二组下层索网的节点和相应的第二类交叉索节点之间连接所述撑杆。
19.优选地，所述上层索网包括：上环索和交叉索；
20.所述交叉索形成联方型网格；
21.所述联方型网格的顶点定义为交叉索节点，最外圈交叉索节点与外边界相连，最内圈交叉索节点与上环索相连形成上环索节点；
22.所述交叉索节点分为第一类交叉索节点和第二类交叉索节点；所述第一类交叉索节点的投影位于经过上环索节点的径向轴线上；所述第二类交叉索节点的投影位于不经过上环索节点的径向轴线上。
23.优选地，所述第一组下层索网包括：下内环索和长径向索；
24.所述下内环索位于所述上环索下方；
25.所述长径向索由外边界延伸至下内环索，其投影位于第一类交叉索节点投影所在径向轴线。
26.优选地，所述第二组下层索网包括：下外环索和短径向索；
27.所述下外环索设置在某一圈第二类交叉索节点下方；
28.所述短径向索由外边界延伸至下外环索，其投影位于第二类交叉索节点投影所在径向轴线。
29.优选地，所述撑杆分为第一类撑杆和第二类撑杆；
30.第一类撑杆连接第一组下层索网的节点和相应的第一类交叉索节点；
31.第二类撑杆连接第二组下层索网的节点和相应的第二类交叉索节点。
32.采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
33.1、本实用新型通过设置两组下层索网，更加高效、合理地为整个结构体系提供承重作用。每组下层索网中，与环索相连的径向索数量相对现有技术减半，相邻环索区段之间的夹角减小，环索受力效率得到有效提高。
34.2、本实用新型的两组下层索网中，所有径向索与环索连接处均设有撑杆，避免了现有技术中部分下径向索与下环索连接处不设撑杆，导致下环索需要平衡下径向索竖向分力、受力不合理的问题。
35.3、本实用新型通过提高下层索网受力效率，可使用索量减小，同时由于索径减小，索夹节点重量也可减轻，从而提高整个结构的经济性。
36.4、本实用新型的两组下层索网可独立进行提升和张拉，安装过程互不干扰，既可同步实施，也可分步实施，施工方便。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为现有技术中的联方型索结构体系示意图。
39.图2为现有技术中的撑杆布置示意图。
40.图3为现有技术中设有撑杆和不设撑杆的下环索节点示意图。
41.图4为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系轴测图。
42.图5为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系平面图。
43.图6为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系上层索网平面图。
44.图7为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系立面图。
45.图8为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系分解图。
46.图9为本实用新型实施例一提供的双承重索系的联方型索结构体系细部分解图。
47.图10为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系轴测图。
48.图11为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系平面图。
49.图12为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系上层索网平面图。
50.图13为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系立面图。
51.图14为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系分解图。
52.图15为本实用新型实施例二提供的双承重索系的联方型索结构体系细部分解图。
53.其中：101为上层索网，102为下层索网，103为撑杆，104为交叉索节点，105为下环索，106为径向索，107为设有撑杆的下环索节点，108为不设撑杆的下环索节点，201为第一组下层索网，202为第二组下层索网，203为第一类撑杆，204为第二类撑杆，301为上环索，302为交叉索，303为下内环索，304为长径向索，305为下外环索，306为短径向索，401为外边界，402为上环索节点，403为第一类交叉索节点，404为第二类交叉索节点。
具体实施方式
54.下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
55.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
56.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
57.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
58.实施例一
59.结合图4至图9所示，本实施例提供一种双承重索系的联方型索结构体系，其包括：上层索网101、第一组下层索网201、第二组下层索网202和撑杆103；所述上层索网101的交叉索302相交形成第一类交叉索节点403和第二类交叉索节点404；所述第一组下层索网201为第一类交叉索节点403提供支承作用，在第一组下层索网201的节点和相应的第一类交叉索节点403之间连接所述撑杆103；所述第二组下层索网202为部分第二类交叉索节点404提供支承作用，在第二组下层索网202的节点和相应的第二类交叉索节点404之间连接所述撑杆103。该双承重索系的联方型索结构体系在不改变上层索网101造型、不增加施工难度的情况下，通过调整下层索网的布置，实现更合理的结构受力和更优的经济性。
60.本实施例中，优选地，所述上层索网101包括：上环索301和交叉索302；所述交叉索302形成联方型网格；所述联方型网格的顶点定义为交叉索302节点，最外圈交叉索302节点与外边界401相连，最内圈交叉索302节点与上环索301相连形成上环索节点402；
61.根据所处位置不同，所述交叉索302节点分为第一类交叉索节点403和第二类交叉索节点404；所述第一类交叉索节点403的投影位于经过上环索节点402的径向轴线上；所述第二类交叉索节点404的投影位于不经过上环索节点402的径向轴线上，共有三圈，由内向外分为内圈、中间圈和外圈。
62.优选地，所述第一组下层索网201包括：下内环索303和长径向索304；所述下内环索303位于所述上环索301下方；所述长径向索304由外边界401延伸至下内环索303，其投影位于第一类交叉索节点403投影所在径向轴线。
63.优选地，所述第二组下层索网202包括：下外环索305和短径向索306；所述下外环索305设置在外圈第二类交叉索节点404下方；所述短径向索306由外边界401延伸至下外环索305，其投影位于第二类交叉索节点404投影所在径向轴线。根据荷载效应分析，内圈和中间圈第二类交叉索节点404处的构件无需支承即可满足承载要求，因此将下外环索305设置在外圈第二类交叉索节点404下方，仅为外圈第二类交叉索节点404提供支承即可，由此缩短第二组下层索网202的传力路径、提高其受力效率。
64.优选地，所述撑杆103分为第一类撑杆203和第二类撑杆204；第一类撑杆203连接第一组下层索网201的节点和相应的第一类交叉索节点403；第二类撑杆204连接第二组下层索网202的节点和相应的第二类交叉索节点404。
65.实施例二
66.结合图10至图15所示，本实施例提供一种双承重索系的联方型索结构体系，其包
括：上层索网101、第一组下层索网201、第二组下层索网202和撑杆103；所述上层索网101的交叉索302相交形成第一类交叉索节点403和第二类交叉索节点404；所述第一组下层索网201为第一类交叉索节点403提供支承作用，在第一组下层索网201的节点和相应的第一类交叉索节点403之间连接所述撑杆103；所述第二组下层索网202为部分第二类交叉索节点404提供支承作用，在第二组下层索网202的节点和相应的第二类交叉索节点404之间连接所述撑杆103。该双承重索系的联方型索结构体系在不改变上层索网101造型、不增加施工难度的情况下，通过调整下层索网的布置，实现更合理的结构受力和更优的经济性。
67.本实施例中，优选地，所述上层索网101包括：上环索301和交叉索302；所述交叉索302形成联方型网格；所述联方型网格的顶点定义为交叉索302节点，最外圈交叉索302节点与外边界401相连，最内圈交叉索302节点与上环索301相连形成上环索节点402；
68.根据所处位置不同，所述交叉索302节点分为第一类交叉索节点403和第二类交叉索节点404；所述第一类交叉索节点403的投影位于经过上环索节点402的径向轴线上；所述第二类交叉索节点404的投影位于不经过上环索节点402的径向轴线上，共有三圈，由内向外分为内圈、中间圈和外圈。
69.优选地，所述第一组下层索网201包括：下内环索303和长径向索304；所述下内环索303位于所述上环索301下方；所述长径向索304由外边界401延伸至下内环索303，其投影位于第一类交叉索节点403投影所在径向轴线。
70.优选地，所述第二组下层索网202包括：下外环索305和短径向索306；所述下外环索305设置在中间圈第二类交叉索节点404下方；所述短径向索306由外边界401延伸至下外环索305，其投影位于第二类交叉索节点404投影所在径向轴线。根据荷载效应分析，内圈第二类交叉索节点404处的构件无需支承即可满足承载要求，因此将下外环索305设置在中间圈第二类交叉索节点404下方，仅为中间圈和外圈第二类交叉索节点404提供支承即可，由此缩短第二组下层索网202的传力路径、提高其受力效率。
71.优选地，所述撑杆103分为第一类撑杆203和第二类撑杆204；第一类撑杆203连接第一组下层索网201的节点和相应的第一类交叉索节点403；第二类撑杆204连接第二组下层索网202的节点和相应的第二类交叉索节点404。
72.综上，采用上述技术方案，本实用新型具有如下优点：
73.1、本实用新型通过设置两组下层索网，更加高效、合理地为整个结构体系提供承重作用。每组下层索网中，与环索相连的径向索数量相对现有技术减半，相邻环索区段之间的夹角减小，环索受力效率得到有效提高。
74.2、本实用新型的两组下层索网中，所有径向索与环索连接处均设有撑杆，避免了现有技术中部分下径向索与下环索连接处不设撑杆，导致下环索需要平衡下径向索竖向分力、受力不合理的问题。
75.3、本实用新型通过提高下层索网受力效率，可使用索量减小，同时由于索径减小，索夹节点重量也可减轻，从而提高整个结构的经济性。
76.4、本实用新型的两组下层索网可独立进行提升和张拉，安装过程互不干扰，既可同步实施，也可分步实施，施工方便。
77.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当
理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。