车辐式斜交刚弦张拉结构技术领域
本实用新型涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种车辐式斜交刚弦张拉结构。
背景技术
1962年美国著名建筑师 Fuller 提出了由索杆体系组成的张拉整体结构 (
Tensegrity Systems)的思想。80年代，美国著名工程师Geiger对Fuller的思想进行演变和
发展，提出了索穹顶结构体系(Cable Domes)，该体系被成功运用于汉城奥运会体育场馆
(直径 119. 8m 和 89. 8m)、亚特兰大奥运会主体育馆( 240m×193m)等多项工程中。由于
真正意义上的张拉整体结构较难在大型结构工程中应用，科研工作者转而探索实用性强的
包含张拉整体结构原理的结构体系。其中车辐式张拉结构传力直接、轻盈美观，被广泛应用
于中部开口的非封闭大跨度建筑（如体育场、足球场等）中，如波兰华沙国家体育场（314m×
280 m）、釜山体育场（180m×152 m）、巴西马拉卡纳体育场（298m×260m）以及国内的深圳宝
安体育场（230m×237 m）和佛山世纪莲体育场(直径310m)等。他们的屋盖无一例外的采用
了柔性的轻质膜材作为覆盖材料，膜材虽然具有通透性好、自洁性好等特点，但造价高、对
风敏感、易老化、使用寿命小于建筑周期；同时膜材特有的建筑表现方式，不能完全满足多
样化的建筑造型需求。刚性屋面（如直立锁边板）造价低、耐久性好、可适应各种建筑造型，
是应用更为广泛的屋面材料。然而车辐式张拉结构由于为全索杆体系，导致其难以采用刚
性屋面，极大限制了其适用范围。已有部分专家学者提出了便于采用刚性屋面的刚柔杂交
结构，如张弦结构、弦支穹顶结构，利用撑杆连接上弦抗弯受压构件和下弦抗拉构件形成自
平衡体系，结构的刚度较大，屋面覆盖材料的适用范围更广。但张弦结构与弦支穹顶结构的
上弦均为连续的刚性体系，如梁、桁架、网壳等，常用于体育馆、会展馆等封闭的建筑。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种适用于中部开口的
非封闭建筑的新型张拉结构体系，且便于采用刚性屋面的车辐式斜交刚弦张拉结构。
本实用新型技术的技术方案实现方式：车辐式斜交刚弦张拉结构，其特征在于：包
括设置在结构边缘处的刚性外环体系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设
置在刚性外环体系与柔性拉索内环体系之间的张拉索杆体系和刚梁体系，所述刚性外环体
系由上部刚性外环和下部刚性外环组成，所述上部刚性外环和下部刚性外环之间设置有支
撑杆件，所述柔性拉索内环体系由上部内环索和下部内环索组成，所述刚梁体系由若干刚
性梁组成，所述刚性梁的两端分别与下部刚性外环和上部内环索连接，所述张拉索杆体系
包括若干与刚性梁对应的拉索，所述拉索两端分别与上部刚性外环和下部内环索连接，所
述拉索与对应刚性梁相互交叉，在所述拉索位于刚性梁下方的一侧，所述拉索与刚性梁之
间设置有至少一根竖向撑杆，所述竖向撑杆两端分别与拉索和刚性梁连接。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其在所述拉索位于刚性梁上方的一
侧，所述拉索与刚性梁之间设置有至少一根竖向吊索，所述竖向吊索两端分别与拉索和刚
性梁连接。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其所述刚性梁的两端分别与下部刚
性外环和上部内环索铰接，所述拉索两端分别与上部刚性外环和下部内环索铰接，所述竖
向撑杆两端分别与拉索和刚性梁铰接，所述竖向吊索两端分别与拉索和刚性梁铰接。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其在所述上部内环索和下部内环索
之间设置有斜腹杆形成环向桁架。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其所述斜腹杆两端分别与上部内环
索和下部内环索铰接。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别
沿柔性拉索内环体系外周呈辐射式布置且对应配合。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别
沿柔性拉索内环体系外周呈三角式布置且对应配合。
本实用新型所述的车辐式斜交刚弦张拉结构，其所述若干刚性梁和若干拉索分别
沿柔性拉索内环体系外周呈交叉式布置且对应配合。
本实用新型主要以轴向力抵抗外荷载，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用
量，而刚性梁又可承担局部的弯矩，从而使得屋面可采用多种曲面造型，便于采用刚性屋面
板，在体育场、足球场等大型公共建筑中具有广泛的适用性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型中刚梁体系的结构示意图。
图3是本实用新型中柔性拉索内环体系与张拉索杆体系的连接示意图。
图4是图1的局部放大图。
图5和图6是本实用新型中竖向撑杆两端铰接节点的结构示意图。
图7和图8是本实用新型中竖向吊索两端铰接节点的结构示意图。
图9是本实用新型中上部内环索铰接节点的结构示意图。
图10是本实用新型中下部内环索铰接节点的结构示意图。
图11是本实用新型中刚梁体系和张拉索杆体系辐射式布置的结构示意图。
图12是本实用新型中刚梁体系和张拉索杆体系三角式布置的结构示意图。
图13是本实用新型中刚梁体系和张拉索杆体系交叉式布置的结构示意图。
图中标记：1a为上部刚性外环，1b为下部刚性外环，2a为上部内环索，2b为下部内
环索，3为刚性梁，4a为拉索，4b为竖向撑杆，4c为竖向吊索，5为支撑杆件，6为环向桁架。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施
例，对本实用新型技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以
解释本实用新型，并不用于限定实用新型。
如图1-10所示，车辐式斜交刚弦张拉结构，包括设置在结构边缘处的刚性外环体
系、设置在结构中部开口处的柔性拉索内环体系以及设置在刚性外环体系与柔性拉索内环
体系之间的张拉索杆体系和刚梁体系，所述刚性外环体系由上部刚性外环1a和下部刚性外
环1b组成，所述上部刚性外环1a和下部刚性外环1b之间设置有支撑杆件5，所述柔性拉索内
环体系由上部内环索2a和下部内环索2b组成，所述刚梁体系由若干刚性梁3组成，所述刚性
梁3的两端分别与下部刚性外环1b和上部内环索2a铰接，所述张拉索杆体系包括若干与刚
性梁3对应的拉索4a，所述拉索4a两端分别与上部刚性外环1a和下部内环索2b铰接，所述拉
索4a与对应刚性梁3相互交叉，所述拉索穿过对应的刚性梁，在所述拉索4a位于刚性梁3下
方的一侧，所述拉索4a与刚性梁3之间设置有至少一根竖向撑杆4b，所述竖向撑杆4b两端分
别与拉索4a和刚性梁3铰接，在所述拉索4a位于刚性梁3上方的一侧，所述拉索4a与刚性梁3
之间设置有至少一根竖向吊索4c，所述竖向吊索4c两端分别与拉索4a和刚性梁3铰接，其
中，在所述上部内环索2a和下部内环索2b之间设置有斜腹杆形成环向桁架6，所述斜腹杆两
端分别与上部内环索2a和下部内环索2b铰接，屋面覆盖材料设置于刚梁体系上。
本实用新型的受力原理及结构特点是：该结构体系兼具张拉结构体系与刚性结构
体系的特点。通过在拉索中施加预张力，使上、下部内环索、拉索、刚性梁、竖向吊索受拉，
上、下部刚性外环和竖向撑杆受压，整个结构处于一种自平衡的张紧状态，具有很好的结构
刚度。从整体受力上看，当结构受到向下的荷载时，刚性梁及上部内环索内力减小，拉索及
下部内环索内力增大，抵抗外荷载；当结构受到向上的荷载时，拉索及下部内环索内力减
小，刚性梁及上部内环索内力增大，抵抗外荷载；若需要进一步增加结构刚度，可在上、下部
内环索之间布置斜向构件，形成内环带桁架。而从局部受力上看，拉索通过竖向撑杆和竖向
吊索弹性支撑刚性梁，减小刚性梁的局部弯矩。该上下弦交叉的刚弦张拉结构，在相同悬挑
跨度下大大降低上、下部内环索竖向间距，减小了竖向撑杆的高度，在保证受力效率的同
时，有效的解决了传统车辐式张拉结构撑杆较高，影响场内空间的缺陷。
如图11所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索内环体系外周呈辐
射式布置且对应配合；或者，如图12所示，所述若干刚性梁3和若干拉索4a分别沿柔性拉索
内环体系外周呈三角式布置且对应配合；或者，如图13所示，所述若干刚性梁3和若干拉索
4a分别沿柔性拉索内环体系外周呈交叉式布置且对应配合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型
的保护范围之内。