一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构.pdf

本发明公开了一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，包括上部单层网壳结构和下部张拉索杆体系。上部单层网壳结构包括最外圈环肋、若干内环肋和若干径向肋，最外圈环肋是由多段等长相切圆弧拼接而成拟合的椭圆，内环肋是由最外圈环肋的各段圆弧在水平面内向圆心偏移后向上升起形成的若干椭圆，连接最外圈环肋与内环肋的对应节点以及若干内环肋之间的对应节点形成若干径向肋。下部张拉索杆体系包括竖向撑杆、环向索和径向索，环向索的形状与内环肋相对应，竖向撑杆连接内环肋和环向索，径向索位于环向索圆心和竖向撑杆的上、下节点确定的垂直平面内，且径向索垂直于环向索所在圆弧。本发明结构简单、美观，结构传力性好。

1.  一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，包括上部单层网壳结构和下部张拉索杆体系，其特征在于：所述上部单层网壳结构包括最外圈环肋(1)、若干内环肋(2)和若干径向肋(3)，所述最外圈环肋(1)是由多段等长相切圆弧拼接而成拟合的椭圆，所述内环肋(2)是由最外圈环肋(1)的各段圆弧在水平面内向圆心偏移后向上升起形成的若干椭圆，连接最外圈环肋(1)与内环肋(2)的对应节点以及若干内环肋(2)之间的对应节点形成若干径向肋(3)；
所述下部张拉索杆体系包括竖向撑杆(4)、环向索(5)和径向索(6)，所述环向索(5)的形状与内环肋(2)相对应，所述竖向撑杆(4)连接内环肋(2)和环向索(5)，所述径向索(6)位于环向索(5)圆心和竖向撑杆(4)的上、下节点确定的垂直平面内，且所述径向索(6)垂直于环向索(5)所在圆弧。

2.  根据权利要求1所述一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，其特征在于：所述最外圈环肋(1)是由四段等长且相切圆弧拼接拟合而成的椭圆。

3.  根据权利要求1所述一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，其特征在于：所述最外圈环肋(1)与内环肋(2)之间或若干内环肋(2)之间的各环肋相互平行。

4.  根据权利要求1所述一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，其特征在于：所述竖向撑杆(4)垂直于环向索(5)所在平面，且每圈竖向撑杆(4)下部节点均在一个平面内。

一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构
技术领域
本发明涉及一种大跨空间钢结构的屋盖体系，更具体地说，是一种适用于平面投影为椭圆的平行环肋弦支穹顶结构。
背景技术
弦支穹顶结构是一种由上部单层网壳结构和下部张拉索杆体系组成的刚柔相济的杂交结构体系，近年来在我国的建筑工程领域中得到了飞速的发展。目前，当弦支穹顶的平面投影为椭圆时，上部单层网壳结构的网格划分不规律，下部张拉索杆体系中径向索与环向索不垂直，交点处需两根径向索才可平衡，导致径向索和环向索的索力分布不均匀，拉索数量多，分布杂乱，节点构造复杂，结构传力性能差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，结构简单、美观，结构传力性好。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，包括上部单层网壳结构和下部张拉索杆体系，所述上部单层网壳结构包括最外圈环肋、若干内环肋和若干径向肋，所述最外圈环肋是由多段等长相切圆弧拼接而成拟合的椭圆，所述内环肋是由最外圈环肋的各段圆弧在水平面内向圆心偏移后向上升起形成的若干椭圆，连接最外圈环肋与内环肋的对应节点以及若干内环肋之间的对应节点形成若干径向肋；所述下部张拉索杆体系包括竖向撑杆、环向索和径向索，所述环向索的形状与内环肋相对应，所述竖向撑杆连接内环肋和环向索，所述径向索位于环向索圆心和竖向撑杆的上、下节点确定的垂直平面内，且所述径向索垂直于环向索所在圆弧。
进一步的，所述最外圈环肋是由四段等长且相切圆弧拼接拟合而成的椭圆。
进一步的，所述最外圈环肋与内环肋之间或若干内环肋之间的各环肋相互平行。
进一步的，所述竖向撑杆垂直于环向索所在平面，且每圈竖向撑杆下部节点均在一个平面内。
有益效果：本发明的优点如下：
(1)通过对椭圆平面的边界拟合，将椭圆转化为四段相切圆弧，进而将复杂无规律的椭球面网格划分问题转化为规则的球面网格划分问题，可方便的通过旋转壳体等方 式形成规则的上部单层网壳，使上部单层网壳的网格划分简洁高效；
(2)由于每圈环向索均由圆弧组成，使得下部张拉索杆体系中的径向索可以位于环向索圆心所在的垂直平面内，径向索的平面投影指向环向索的圆心，做到撑杆下部每个节点只需一根径向拉索即可受力平衡；
(3)在环向索的同一段圆弧上，环向索及径向索内力基本相同，径向索直径及连接节点均可统一；
(4)克服了椭圆形弦支穹顶下部张拉索杆体系中环向索内力分布不均匀，斜索多而杂乱，同圈斜索内力差异大且容易受压失效的问题，发挥了弦支穹顶受力合理美观高效的特点。
附图说明
图1为最外圈环肋由等长相切圆弧拟合椭圆示意图；
图2为本发明的各圈环向肋形成示意图；
图3为本发明的平面图；
图4为本发明上部单层网壳结构的立面图；
图5为本发明上部单层网壳结构的轴测图；
图6为本发明下部张拉索杆体系的轴测图；
图7为本发明的立面图；
图8为本发明的剖面图；
图9为本发明的轴测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-9所示为一种适用于椭圆平面的平行环肋弦支穹顶结构，包括上部单层网壳结构和下部张拉索杆体系，在拉索内施加预应力后，上部单层网结构和下部张拉索杆体系形成整体受力结构。
具体如下，所述上部单层网壳结构包括最外圈环肋1、若干内环肋2和若干径向肋3，所述最外圈环肋1是由多段等长相切圆弧首尾拼接而成拟合的椭圆，且关于长轴和短轴双轴对称，本发明中最外圈环肋1是由四段等长且相切圆弧拼接拟合而成的椭圆。
如附图1所示，为了得到经过椭圆长短轴端点的两段等长相切圆弧，通过数值计算方法，在短轴上取半径R1，对应点A，在长轴上取半径R2，对应点B，连接A,B两点并延伸至C点，使得AC＝R1。以A点为圆心，R1为半径，画圆弧a，以B点为圆心，R2为半径，画圆弧b，此时即得到两段等长且相切的圆弧a和b。则圆弧a和圆弧b即 拟合了椭圆的1/4边界，且误差较小，对建筑的使用功能和穹顶的支座布置均有利。其他3/4边界可通过镜像获得。
所述内环肋2是由最外圈环肋1的各段圆弧在水平面内向圆心偏移后向上升起一定高度形成的若干椭圆，连接最外圈环肋1与内环肋2的对应节点以及若干内环肋2之间的对应节点形成若干径向肋3，所述最外圈环肋1与内环肋2之间或若干内环肋2之间的各环肋相互平行，均是同心圆弧。具体方法如图2所示，圆弧c为所述上部单层网壳结构沿短轴方向的剖切线，将圆弧c等分为7段，圆弧各等分点之间的水平投影距离m即为相邻环肋之间的水平偏移距离，各等分点到短轴的竖向高度h即为内环肋2的竖向升起高度，进而将环向每一段圆弧的等分点依次首尾相连得到所述上部单层网壳结构的最外圈环肋1和内环肋2。将相邻环向肋的对应节点相连组成所述上部单层网壳结构的径向肋3，所述上部单层网壳结构的最外圈环肋1或内环肋2与径向肋3共同组成三角形或四边形空间网格。
所述下部张拉索杆体系包括竖向撑杆4、环向索5和径向索6，所述环向索5的形状与内环肋2相对应，所述竖向撑杆4连接内环肋2和环向索5，所述环向索5的空间位置由对应竖向撑杆4的高度决定，且每圈环向索5位于同一水平面内，所述径向索6位于环向索5圆心和竖向撑杆4的上、下节点确定的垂直平面内，且所述径向索6垂直于环向索5所在圆弧。所述竖向撑杆4垂直于环向索5所在平面，且每圈竖向撑杆4下部节点均在一个平面内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。