双层索－杆屋盖体系.pdf

本发明提供一种双层索－杆屋盖体系，它包括：连续受压的中心结构和边缘结构，并在两者间设置：多组第一斜杆和多组第二斜杆，各组第一斜杆和各组第二斜杆交替布置；或多组斜杆，每组斜杆包括首尾相接地交替设置的第一斜杆和第二斜杆，相邻组斜杆的锯齿形布置彼此上下倒置。所述第一斜杆的内端点位于上层，外端点位于下层。所述第二斜杆的内端点位于下层，外端点位于上层。在第一和第二斜杆之间有连续设置的索。该屋盖体系布置灵活，可整体闭合，可在中部大开孔，也可由单榀组成多榀屋盖体系，适用于各种场馆的大跨度空间结构的建筑。该体系可全部采用钢索与钢杆，用材节省，受力合理，构件制作方便，易于施工安装，具有很好的经济实用性。

1.  一种双层索一杆屋盖体系，该体系包括：
连续受压的中心结构；
连续受压的边缘结构；
从中心结构至边缘结构包含有各沿一第一方向设置的多组第一斜杆(14.1，14′.1，14″.1；114.1，114′.1，114″.1)和各沿一第二方向设置的多组第二斜杆(17.1，17′.1，17″.1；117.1，117′.1，117″.1)，其中，
所述第一斜杆(14.1，14′.1，14″.1；114.1，114′.1，114″.1)的内端点位于上层，外端点位于下层；
所述第二斜杆(17.1，17′.1，17″.1；117.1，117′.1，117″.1)的内端点位于下层，外端点位于上层；
各组第一斜杆包括至少一根第一斜杆，每组中的第一斜杆互不相交，最内侧的第一斜杆连接于中心结构，最外侧的第一斜杆连接于边缘结构；
各组第二斜杆包括至少一根第二斜杆，每组中的第二斜杆互不相交，最内侧的第二斜杆连接于中心结构，最外侧的第二斜杆连接于边缘结构；
各组第一斜杆的第一方向和第二斜杆的第二方向在中心结构与边缘结构之间互不相交；
各组第一斜杆和各组第二斜杆交替布置；
在第一和第二斜杆之间进行连接的索(22，23，31.1，33，36.1，38；122，123，131.1，133，136.1，138)，包括：
第一层间索(22；122)，连接各第一斜杆的内端点与同组中内侧相邻的第一斜杆的外端点；
第二层间索(23；123)，连接各第二斜杆的内端点与同组中内侧相邻的第二斜杆的外端点；
第一上层索(31.1；131.1)，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；
第二上层索(33；133)，连接各第一斜杆的内端点与所述横向相邻的第二斜杆的同组外侧相邻的第二斜杆的外端点；
第一下层索(36.1；136.1)，连接各第二斜杆的内端点与横向相邻的第一斜杆的外端点；
第二下层索(38；138)，连接各第二斜杆的内端点与所述横向相邻的第一斜杆的同组外侧相邻的第一斜杆的外端点。

2.  如权利要求1所述的双层索一杆屋盖体系，其特征在于，所述边缘结构包括：
一向内悬伸的索-杆结构，所述索-杆结构包括：
上层拉压环(8；108)和上层压力环(9.1；109.1)；
下层拉压环(12；112)和下层压力环(13.1；113.1)；
多对第一成对斜杆(20；120)，每对斜杆在内端点处相交，所形成的相交节点(15e)位于上层且处于上层拉压环的内侧，而所述成对斜杆的外端点分别连接至下层拉压环，各第一成对斜杆沿一相应的第一斜杆组的第一方向布置；
多对第二成对斜杆(21；121)，每对斜杆在内端点处相交，所形成的相交节点(16f)位于下层且处于下层拉压环的内侧，而所述成对斜杆的外端点分别连接至上层拉压环，各第二成对斜杆沿一相应的第二斜杆组的第二方向布置，且与所述第一成对斜杆交替设置；
多组边缘结构第一斜杆(14#；114#)，每组包括一根边缘结构第一斜杆，所述边缘结构第一斜杆的内端点连接至上层拉压环而外端点连接至下层压力环，并且在沿第一斜杆组的第一方向的位置以及第二成对斜杆的外端点的位置各布置一边缘结构第一斜杆；
多组边缘结构第二斜杆(17#；117#)，每组包括一根边缘结构第二斜杆，所述边缘结构第二斜杆的内端点连接至下层拉压环而外端点连接至上层压力环，并且在沿第二斜杆组的第二方向的位置以及第一成对斜杆的外端点的位置各布置一边缘结构第二斜杆；
连接各第一成对斜杆的内端点与相应第一斜杆组中最外侧斜杆的外端点的层间索(22#；122#)；
连接各第二成对斜杆的内端点与相应第二斜杆组中最外侧斜杆的外端点的层间索(23#；123#)；
连接各相邻的第一成对斜杆和第二成对斜杆的内端点的层间索(27；127)；
连接各边缘结构第一斜杆的内端点与横向相邻的边缘结构第二斜杆的内端点的层间索(28；128)；
连接各边缘结构第一斜杆的外端点与横向相邻的边缘结构第二斜杆的外端点的层间索(28′；128′)；
连接各第一成对斜杆的内端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的外端点的上层索(34；134)；
连接各第二成对斜杆的内端点与相邻的第一成对斜杆中的相邻斜杆的外端点的下层索(39；139)；
连接各第二成对斜杆中的斜杆的外端点与相邻的第一斜杆组中最外侧斜杆的内端点的上层索(31″；131″)；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的外端点与相邻的第二斜杆组中最外侧斜杆的内端点的下层索(36″；136″)；
连接各边缘结构第一斜杆的内端点与横向相邻的边缘结构第二斜杆的外端点的上层索(31#；131#)；
连接各边缘结构第二斜杆的内端点与横向相邻的边缘结构第一斜杆的外端点的下层索(36#；136#)。

3.  如权利要求2所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述中心结构包括：
一向外悬伸的索-杆结构，所述向外悬伸的索-杆结构包括：
上层压力环(6.1；106.1)和上层拉压环(7；107)；
下层压力环(10.1；110.1)和下层拉压环(11；111)；
多对第一成对斜杆(18；118)，每对斜杆在外端点处相交，所形成的相交节点(16c)位于下层且处于下层拉压环的外侧，而所述成对斜杆的内端点分别连接至上层拉压环，各第一成对斜杆沿一相应的第一斜杆组的第一方向布置；
多对第二成对斜杆(19；119)，每对斜杆在外端点处相交，所形成的相交节点(15d)位于上层且处于上层拉压环的外侧，而所述成对斜杆的内端点分别连接至下层拉压环，各第二成对斜杆沿一相应的第二斜杆组的第二方向布置，且与所述第一成对斜杆交替设置；
多组中心结构第一斜杆(14^*；114^*)，每组包括一根中心结构第一斜杆，所述中心结构第一斜杆的内端点连接至上层压力环而外端点连接至下层拉压环，并且在沿第一斜杆组的第一方向的位置以及第二成对斜杆的内端点的位置各布置一中心结构第一斜杆；
多组中心结构第二斜杆(17^*；117^*)，每组包括一根中心结构第二斜杆，所述中心结构第二斜杆的内端点连接至下层压力环而外端点连接至上层拉压环，并且在沿第二斜杆组的第二方向的位置以及第一成对斜杆的内端点的位置各布置一中心结构第二斜杆；
连接各第一成对斜杆的外端点与相应第一斜杆组中最内侧斜杆的内端点的层间索(22^*；122^*)；
连接各第二成对斜杆的外端点与相应第二斜杆组中最内侧斜杆的内端点的层间索(23^*；123^*)；
连接各相邻的第一成对斜杆和第二成对斜杆的外端点的层间索(26；126)：
连接各中心结构第一斜杆的外端点与横向相邻的中心结构第二斜杆的外端点的层间索(25′.1；125′.1)；
连接各中心结构第一斜杆的内端点与横向相邻的中心结构第二斜杆的内端点的层间索(25.1；125.1)；
连接各第二成对斜杆的外端点与相邻的第一成对斜杆中的相邻斜杆的内端点的上层索(32；132)；
连接各第一成对斜杆的外端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的内端点的下层索(37；137)；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的内端点与相邻第二斜杆组中最内侧斜杆的外端点的上层索(31′.1；131′.1)；
连接各第二成对斜杆中的斜杆的内端点与相邻第一斜杆组中最内侧斜杆的外端点的下层索(36′.1；136′.1)；
连接各中心结构第一斜杆的内端点与横向相邻的中心结构第二斜杆的外端点的上层索(31^*；131^*)；
连接各中心结构第二斜杆的内端点与横向相邻的中心结构第一斜杆的外端点的下层索(36^*；136^*)。

4.  如权利要求2或3所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述上、下层拉压环由多根压杆和拉索首尾连接而成，且压杆和拉索两端设置在第一斜杆、第二斜杆、以及第一、第二成对斜杆与拉压环连接的节点处，所述上、下层压力环由多根压杆首尾连接而成，且压杆两端设置在第一、第二斜杆与压力环连接的节点处。

5.  如权利要求3所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述中心结构还包括：
另一向内悬伸的索-杆结构，该结构与所述向外悬伸的索-杆结构共用上层压力环(6.1)和下层压力环(10.1)，并包括；
多组中心内结构第一斜杆(14$.1，14$′.1)，每组包括一根中心内结构第一斜杆，其内端点两两相交，外端点连接至所述下层压力环，并沿一相应的第一斜杆组的第一方向布置；
多组中心内结构第二斜杆(17$.1，17$′.1)，每组包括一根中心内结构第二斜杆，其内端点两两相交，外端点连接至所述上层压力环，并沿一相应的第二斜杆组的第二方向布置；
连接各中心内结构第一斜杆的内端点与横向相邻的中心内结构第二斜杆的内端点的层间索(24.1)；
连接各中心内结构第一斜杆的相邻内端点的上层索(30.1)；
连接各中心内结构第二斜杆的相邻内端点的下层索(35.1)；
连接各中心内结构第一斜杆的内端点与横向相邻的中心内结构第二斜杆的外端点的上层索(31$.1)；
连接各中心内结构第二斜杆的内端点与横向相邻的中心内结构第一斜杆的外端点的下层索(36$.1)。

6.  如权利要求3或5所述的双层索一杆屋盖体系，其特征在于，还包括位于中心结构与边缘结构之间、横向于各组第一斜杆和各组第二斜杆布置的至少一道连续受压的结构，所述连续受压的结构通过索或直接与各组第一斜杆和第二斜杆相连，并包括：
共用上层压力环或拉压环和下层压力环或拉压环的一向内悬伸的索-杆结构和一向外悬伸的索-杆结构。

7.  如权利要求1所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述边缘结构包括一向内悬伸的索-杆结构，所述索-杆结构包括：
上层压力环；
下层压力环；
多对第一成对斜杆，每对斜杆在内端点处相交，所形成的相交节点位于上层且处于上层压力环的内侧，而所述成对斜杆的外端点分别连接至下层压力环，各第一成对斜杆沿一相应的第一斜杆组的第一方向布置；
多对第二成对斜杆，每对斜杆在内端点处相交，所形成的相交节点位于下层且处于下层压力环的内侧，而所述成对斜杆的外端点分别连接至上层压力环，各第二成对斜杆沿一相应的第二斜杆组的第二方向布置，与所述第一成对斜杆交替设置；
连接各第一成对斜杆的内端点与相应第一斜杆组中最外侧斜杆的外端点的层间索；
连接各第二成对斜杆的内端点与相应第二斜杆组中最外侧斜杆的外端点的层间索；
连接各相邻的第一成对斜杆和第二成对斜杆的内端点的层间索；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的外端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的外端点的层间索；
连接各第一成对斜杆的内端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的外端点的上层索；
连接各第二成对斜杆的内端点与相邻的第一成对斜杆中的相邻斜杆的外端点的下层索；
连接各第二成对斜杆中的斜杆的外端点与相邻的第一斜杆组中最外侧斜杆的内端点的上层索；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的外端点与相邻的第二斜杆组中最外侧斜杆的内端点的下层索。

8.  如权利要求7所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述中心结构包括一向外悬伸的索-杆结构，所述向外悬伸的索-杆结构包括：
上层压力环；
下层压力环；
多对第一成对斜杆，每对斜杆在外端点处相交，所形成的相交节点位于下层且处于下层压力环的外侧，而所述成对斜杆的内端点分别连接至上层压力环，各第一成对斜杆沿一相应的第一斜杆组的第一方向布置；
多对第二成对斜杆，每对斜杆在外端点处相交，所形成的相交节点位于上层且处于上层压力环的外侧，而所述成对斜杆的内端点分别连接至下层压力环，各第二成对斜杆沿一相应的第二斜杆组的第二方向布置，与所述第一成对斜杆交替设置；
连接各第一成对斜杆的外端点与相应第一斜杆组中最内侧斜杆的内端点的层间索；
连接各第二成对斜杆的外端点与相应第二斜杆组中最内侧斜杆的内端点的层间索；
连接各相邻的第一成对斜杆和第二成对斜杆的外端点的层间索；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的内端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的内端点的层间索；
连接各第二成对斜杆的外端点与相邻的第一成对斜杆中的相邻斜杆的内端点的上层索；
连接各第一成对斜杆的外端点与相邻的第二成对斜杆中的相邻斜杆的内端点的下层索；
连接各第一成对斜杆中的斜杆的内端点与相邻第二斜杆组中最内侧斜杆的外端点的上层索；
连接各第二成对斜杆中的斜杆的内端点与相邻第一斜杆组中最内侧斜杆的外端点的下层索。

9.  如权利要求7或8所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述上层和下层压力环由多根压杆首尾连接而成，且压杆两端设置在第一斜杆、第二斜杆、以及第一和第二成对斜杆与压力环连接的节点处。

10.  一种双层索-杆屋盖体系，该体系包括：
连续受压的中心结构；
连续受压的边缘结构；
从中心结构至边缘结构包含各沿一方向设置的多组斜杆，每组斜杆包含有至少一根第一斜杆(14.2，14′.2，14″.2；114.2，114′.2，114″.2)或至少一根第二斜杆(17.2，17′.2，17″.2；117.2，117′.2，117″.2)，其中，
所述第一斜杆(14.2，14′.2，14″.2；114.2，114′.2，114″.2)的内端点位于上层，外端点位于下层；
所述第二斜杆(17.2，17′.2，17″.2；117.2，117′.2，117″.2)的内端点位于下层，外端点位于上层；
每组中的第一斜杆和第二斜杆首尾相接地交替设置，形成锯齿形布置，最内侧的第一或第二斜杆连接于中心结构，最外侧的第一或第二斜杆连接于边缘结构；
各组斜杆的方向在中心结构与边缘结构之间互不相交；
相邻组斜杆的锯齿形布置是彼此上下倒置的，使各组斜杆中的第一斜杆与横向相邻组的第二斜杆横向相邻；
在第一和第二斜杆之间进行连接的索(25.2，25′.2，31.2，31′.2，36.2，36′.2；125.2，125′.2，131.2，131′.2，136.2，136′.2)，包括：
层间索(25.2；125.2)，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的内端点；
层间索(25′.2；125′.2)，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；
上层索(31.2；131.2)，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；
上层索(31′.2；131′.2)，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的同组内侧相接的第一斜杆的内端点；
下层索(36.2；136.2)，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的内端点；
下层索(36′.2；136′.2)，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的同组外侧相接的第一斜杆的外端点。

11.  如权利要求10所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述边缘结构包括：
一环向索-杆结构，所述索-杆结构包括：
上层压力环(9.2；109.2)；
下层压力环(13.2；113.2)。

12.  如权利要求11所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述中心结构包括：
一环向索-杆结构，所述索-杆结构包括：
上层压力环(6.2；106.2)；
下层压力环(10.2；110.2)。

13.  如权利要求11或12所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于：所述上层压力环和下层压力环由多根压杆首尾连接而成，且压杆两端设置在第一、第二斜杆与压力环连接的节点处。

14.  如权利要求12所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述中心结构还包括：
一向内的索-杆结构，该结构与所述环向索-杆结构共用上层压力环(6.2)和下层压力环(10.2)，并包括；
多组中心内结构第一斜杆(14$.2，14$′.2)，每组包括一对中心内结构第一斜杆，成对中心内结构第一斜杆的内端点相接，各外端点分别连接至所述下层压力环，并与一相应斜杆组最内侧的第二斜杆的内端点相接；
多组中心内结构第二斜杆(17$.2，17$′.2)，每组包括一对中心内结构第二斜杆，成对中心内结构第二斜杆的内端点相接，各外端点分别连接至所述上层压力环，并与一相应斜杆组最内侧的第一斜杆的内端点相接；
各组中心内结构第一斜杆和各组中心内结构第二斜杆交替布置；
连接各中心内结构第一斜杆的内端点与相邻的中心内结构第二斜杆的内端点的层间索(24.2)；
连接各中心内结构第一斜杆的相邻内端点的上层压杆(30.2)；
连接各中心内结构第二斜杆的相邻内端点的下层压杆(35.2)；
连接各中心内结构第一斜杆的内端点与相邻的中心内结构第二斜杆的外端点的上层索(31$.2)；
连接各中心内结构第二斜杆的内端点与相邻的中心内结构第一斜杆的外端点的下层索(36$.2)。

15.  如权利要求12或14所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，还包括位于中心结构与边缘结构之间、横向于各组斜杆布置的至少一道连续受压的结构，所述连续受压的结构通过索或直接与各组斜杆相连，并包括：
上层压力环和下层压力环，由多根压杆首尾连接而成，且压杆两端设置在第一、第二斜杆与压力环连接的节点处。

16.  如权利要求1-3、5、7、8、10-12、14中任一项所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述屋盖体系的平面投影图呈圆形或椭圆形，所述各组斜杆沿所述圆形或椭圆形的径向布置。

17.  如权利要求1-3、7、8、10-12中任一项所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述屋盖体系的平面投影图呈圆环形或椭圆环形，所述各组斜杆沿所述圆环形或椭圆环形的径向布置。

18.  如权利要求1-3、7、8、10-12中任一项所述的双层索-杆屋盖体系，其特征在于，所述屋盖体系的平面投影图呈矩形或中空矩形，且所述中心结构包括沿矩形对角线延伸的对角结构，所述各组斜杆沿垂直于矩形两组相对的边的方向布置。

19.  一种双层索-杆屋盖体系，所述屋盖体系的平面投影图呈长条矩形，该体系包括：
在矩形长边中心线两侧沿垂直于矩形的长边方向布置的多组第一斜杆和多组第二斜杆，各组第一斜杆仅包括一根第一斜杆，各组第二斜杆仅包括一根第二斜杆；其中，
所述第一斜杆的内端点位于上层，外端点位于下层；
所述第二斜杆的内端点位于下层，外端点位于上层；
各组第一斜杆组和各组第二斜杆沿长边方向交替布置；
第一斜杆的内端点在矩形长轴上层长边中心线两两相交；
第二斜杆的内端点在矩形长轴下层长边中心线两两相交；
沿上层长边中心线方向布置、连接各相邻的第一斜杆相交节点的上层中心斜杆；
沿下层长边中心线方向布置、连接各相邻的第二斜杆相交节点的下层中心斜杆；
连接各第二斜杆相邻外端点的上层矩形压力环，由多根压杆首尾连接而成；
连接各第一斜杆相邻外端点的下层矩形压力环，由多根压杆首尾连接而成；
连接各第一斜杆的内端点与沿长边方向相邻的第二斜杆的内端点的层间中心斜索；
连接各第一斜杆的外端点与沿长边方向相邻的第二斜杆的外端点的层间边缘斜索；
连接各第一斜杆的内端点与沿长边方向相邻的第二斜杆的外端点的上层索；
连接各第二斜杆的内端点与沿长边方向相邻的第一斜杆的外端点的下层索。

双层索-杆屋盖体系
技术领域
本发明涉及一种索-杆屋盖体系，更具体地说是一种具有新颖的拉索、压杆布置形式的双层索-杆屋盖体系，适用于会展场馆、体育场馆、影剧院、机场候机楼、火车站站屋等大跨度空间结构的建筑。
背景技术
近几十年来，多种类型的大跨度屋盖体系被广泛采用，如由刚性构件组成的网壳结构。为获得必要的刚度和良好的工作性能，网壳结构的高跨比通常较大，而且随着跨度的增加，结构自重及用钢量也过大。
新材料和新技术的采用使屋盖结构逐步向轻型化发展，如索网结构、张拉膜结构等预应力柔性结构的应用。预应力体系的特点是，在没有施加预应力之前体系没有刚度，其形状是不确定的。这里柔性指体系内部节点上只有索、膜等柔性受拉构件，而没有刚性受压构件。就结构受力而言，体系内部是连续受拉。这种结构的优点是跨度大，造型优美。它的缺点是结构必须依赖于外部支承体系。只有将体系的边界节点锚固在外部边界及下部支承体系上，并在它们的强大支承作用下，通过施加预应力，体系才能成为承受外部荷载的结构。边界及下部支承体系只有设计的非常坚固，才能平衡体系的内力流，这也使整个预应力结构的实现变得复杂而且造价昂贵。柔性结构的另一个缺点是在荷载作用下结构变形过大。
为了使结构的受力更加合理，人们提出了一种自应力的结构形式—张拉整体结构。张拉整体结构的特点是，由拉索与压杆组成的自应力状态下的稳定自平衡体系，其中拉索是连续的，压杆可连续，也可不连续。这里自应力状态是指：杆和索以特定的拓扑关系相互连接，在连接过程中由于单元间的相互作用以及节点与单元的相互作用，产生了索的受拉与杆的受压。这种内力的产生与外界作用无关，它不需要将边界节点锚固于外部支承体系上，所以这种内力为自应力。张拉整体体系是自成一体的，与预应力体系有着本质的区别。这里稳定和自平衡，表明了体系的初始力学状态，在这一状态下没有任何外部荷载作用。体系的自平衡是在自应力状态下的平衡。稳定是指体系在受到外界干扰后，能重新恢复到平衡位置，体系的稳定与结构中各单元的合理拓扑关系密切相关。张拉整体结构与传统结构(如网架、网壳结构等)在构件布置和传力方式方面也有着本质的区别，它是连续受拉，受压可连续也可不连续。这种力学机理是工程领域所追求的非常合理的受力形式。但是，到目前为止，除了一些带有艺术特征的张拉整体雕塑外，张拉整体结构尚无法被应用于建筑领域大跨度屋盖体系的实际工程。
Geiger在其美国专利第4,734,553号中首次提出了一种圆形平面索桁架穹顶结构，这种索穹顶结构是受张拉整体原理启发而产生的一种新型空间结构形式。该结构是由一系列脊索、斜索、垂直压杆组成的类似平面桁架的片状结构，脊索与斜索以辐射状分别连接于中央拉力环、垂直压杆及外部压力环，在各圈垂直压杆的底部由数道环索相互连接，在结构的上方覆盖薄膜。这种结构与索网结构、膜结构等预应力柔性结构的区别是，在结构内部节点上除了有柔性受拉构件(如钢索)之外，还有刚性受压构件(如钢杆)，刚性构件与柔性构件的结合增加了结构的刚度，克服了柔性结构在荷载作用下变形过大的缺点。与传统结构(如网壳结构)相比，索穹顶结构中的压杆是不连续的，改变了传统结构的连续受压的传力方式，更充分利用高强索的抗拉强度，用钢量和自重显著减少。但这种结构由于没有采用三角划分，使得呈辐射状的穹顶上部缺乏侧向刚度。此外，该结构呈辐射状杆件布置，使得结构仅适用于圆形平面。
Levy在其美国专利第5,259,158号、美国专利第5,335,641号以及美国专利第5,440,840号中，以Geiger设计的索穹顶为基础，对Geiger体系的索穹顶进行了三角划分，使结构在几何上更容易满足椭圆形平面。经过三角划分的Levy体系，对于椭圆形平面结构在长轴方向还设置了中心桁架。该结构同样可设计成中间大开孔的索穹顶结构及可开合的索穹顶结构。
与Geiger体系相比，Levy体系增强了整体结构的刚度和稳定性。Geiger体系与Levy体系均被应用于奥运会场馆等大跨度空间结构的建筑。这两种体系的优点是改进了传统的传力方式，跨度大，用钢量少，造型新颖。如根据Levy的专利设计建成的奥运会主馆-佐治亚穹顶，用钢量不足30kg/m²。这两种体系的传力方式基本相同，都由内向外通过内拉力环(或中心桁架)、垂直压杆及拉索(包括脊索、环索、斜索)传递到外圈的脊索、斜索上，最终通过这些脊索、斜索传递到外受压环上，该受压环承受来自体系内部各个方向索的拉力。该体系预应力的建立，依赖于将外圈的脊索、斜索锚固于受压环上。通常，受压环与内部构件相比尺寸巨大，它由钢筋混凝土或预应力混凝土制成，而且该受压环已经成为整个建筑的一部分，因此很难把索穹顶结构视为一个独立的结构。由于Geiger体系与Levy体系均须依赖于强大的周边及下部支承体系，它们仍属于预应力结构，不可避免地存在预应力结构的缺点。不仅如此，整个结构的节点制作、施工安装也很复杂，使得造价升高。
鉴于刚性网壳结构、预应力柔性结构及索穹顶结构的不足，有必要开发出新型的大跨度轻型空间结构体系，做到既能够易于安装实现，又在经济上具有可观的实用价值，同时还具有新颖独特的视觉效果。
发明内容
本发明将张拉整体原理应用于大跨度屋盖结构，目的在于提供一种受力合理、无需强大周边及下部支承的双层索-杆屋盖结构。该结构克服了网壳结构、预应力柔性结构及索穹顶结构的不足，同时具备自应力状态下稳定的自平衡、自重轻、自成一体等张拉整体结构的优点，适用于会展场馆、体育场馆、影剧院、机场候机楼、火车站站屋等大跨度空间结构的建筑。更具体地说，本发明的双层索-杆屋盖体系包括：中心结构、边缘结构及二者之间的中间结构。所述中间结构是多个按一定规律布置的拉索—压杆单元结构组成的拉索—压杆结构，其中拉索连续，压杆可连续，也可不连续，每个节点上的压杆仅有一根或两根，其余均为拉索。为便于说明，本发明将中间结构中每个节点上的压杆为一根的体系称为第一体系，将中间结构中每个节点上的压杆为两根的体系称为第二体系。
根据本发明的第一体系形式，提供一种双层索—杆屋盖体系，该体系包括：连续受压的中心结构；连续受压的边缘结构；从中心结构至边缘结构包含有各沿一第一方向设置的多组第一斜杆和各沿一第二方向设置的多组第二斜杆，其中，所述第一斜杆的内端点位于上层，外端点位于下层；所述第二斜杆的内端点位于下层，外端点位于上层；各组第一斜杆包括至少一根第一斜杆，每组中的第一斜杆互不相交，最内侧的第一斜杆连接于中心结构，最外侧的第一斜杆连接于边缘结构；各组第二斜杆包括至少一根第二斜杆，每组中的第二斜杆互不相交，最内侧的第二斜杆连接于中心结构，最外侧的第二斜杆连接于边缘结构；各组第一斜杆的第一方向和第二斜杆的第二方向在中心结构与边缘结构之间互不相交；各组第一斜杆和各组第二斜杆交替布置；在第一和第二斜杆之间进行连接的索，包括：第一层间索，连接各第一斜杆的内端点与同组中内侧相邻的第一斜杆的外端点；第二层间索，连接各第二斜杆的内端点与同组中内侧相邻的第二斜杆的外端点；第一上层索，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；第二上层索，连接各第一斜杆的内端点与所述横向相邻的第二斜杆的同组外侧相邻的第二斜杆的外端点；第一下层索，连接各第二斜杆的内端点与横向相邻的第一斜杆的外端点；第二下层索，连接各第二斜杆的内端点与所述横向相邻的第一斜杆的同组外侧相邻的第一斜杆的外端点。
采用上述第一体系形式的索—杆屋盖体系，结构的传力方式与张拉整体结构相似。体系中拉索和压杆以特定的拓扑关系相互连接，每个节点上都有一定数目的拉索与单根压杆(仅在中心和边缘结构处有多根压杆)。这种结构不需要锚固于外部支承体系，在连接过程中，索的受拉力和杆的受压力产生了相互作用，各节点与相连接的拉索、压杆也产生了相互作用。当每个节点都实现了拉与压的平衡，即达到自平衡状态后，体系中所有的杆都处于受压状态，所有的索都处于受拉状态，整个体系在自应力状态下实现了稳定的自平衡。本发明的索—杆屋盖体系不依赖于周边或下部支承体系，安装完成后的结构是一个独立的结构，可直接放置于地面，也可提升一定高度放置于周边点支承的柱子上或其它下部结构上，因此该索—杆屋盖体系是自成一体的，与需要锚固于外部支承体系的预应力体系有本质的区别。而且，本发明的索—杆屋盖体系第一体系形式采用连续受拉、不连续受压的传力方式，充分利用了高强索及钢杆的材料特性，使得结构受力合理，整体结构用材少、自重轻。因而，本发明的索—杆屋盖体系既克服了Geiger体系和Levy体系依赖外部强大支承的缺点，又具有张拉整体结构的优点。而且，由于该体系采用了特定方式的拉索、压杆布置，各索、杆构件的受力分布均匀。因而，随着跨度的增加，构件的尺寸变化不大，结构用钢量及自重随屋盖跨度的增加而基本成比例地增加，有利于实现更大跨度的结构。而且，在工程实际中，本体系可采用较少类型的构件规格和节点，有利于工业化生产和降低造价。
较佳的是，所述边缘结构和中心结构分别包括向内和向外悬伸的索—杆结构。所述索—杆结构包括：上层和下层拉压环、上层和下层压力环、斜杆以及相应的连续设置的索等。
采用上述结构，由于中心结构和边缘结构同样可以采用索—杆结构，这为结构构件的制作、安装带来很大便利。由于本体系采用特定的斜杆、拉索、压力环以及拉压环的布置，压力环和拉压环中的压力与两受力结构之间的中间斜杆所受压力属于同一量级，所以压力环和拉压环中的压杆采用与中间斜杆规格相同的杆件即可，不需要巨大的钢筋混凝土圈梁或预应力混凝土圈梁，这使得结构设计和施工安装大大简化，十分有利于工业化生产和降低造价。
根据本发明的第二体系形式，提供一种双层索—杆屋盖体系，该体系包括：连续受压的中心结构；连续受压的边缘结构；从中心结构至边缘结构包含各沿一方向设置的多组斜杆，每组斜杆包含有至少一根第一斜杆或至少一根第二斜杆，其中，所述第一斜杆的内端点位于上层，外端点位于下层；所述第二斜杆的内端点位于下层，外端点位于上层；每组中的第一斜杆和第二斜杆首尾相接地交替设置，形成锯齿形布置，最内侧的第一或第二斜杆连接于中心结构，最外侧的第一或第二斜杆连接于边缘结构；各组斜杆的方向在中心结构与边缘结构之间互不相交；相邻组斜杆的锯齿形布置是彼此上下倒置的，使各组斜杆中的第一斜杆与横向相邻组的第二斜杆横向相邻；在第一和第二斜杆之间进行连接的索，包括：层间索，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的内端点；层间索，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；上层索，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的外端点；上层索，连接各第一斜杆的内端点与横向相邻的第二斜杆的同组内侧相接的第一斜杆的内端点；下层索，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的内端点；下层索，连接各第一斜杆的外端点与横向相邻的第二斜杆的同组外侧相接的第一斜杆的外端点。
上述第二体系形式的索—杆屋盖体系不仅兼备上述第一体系形式的各种优点，如不需要锚固于外部支承体系、自应力、自平衡、结构受力分布均匀合理等，还更为经济合理。由于它采用了既连续受拉又连续受压的传力方式，而不同于第一体系采用的连续受拉、不连续受压的传力方式，其整体用钢量可以比第一体系形式有较大幅度减少。
较佳的是，所述边缘结构和所述中心结构是上层压力环和下层压力环。
采用上述结构，该第二体系形式的中心和边缘结构仅是上层压力环和下层压力环。相比第一体系形式中采用索—杆形式的中心和边缘结构，该第二体系形式的中心和边缘结构的形式更加简单，这将给结构设计、构件制作、施工安装方面带来更大便利。
不仅如此，无论是上述第一还是第二体系形式，本发明的屋盖体系构件分布规律性都很强，因而单元可灵活布置，能根据建筑功能要求设计成各种形状，其应用范围十分广泛，可适用于会展场馆、体育场馆、影剧院、机场候机楼、火车站站屋等大跨度空间结构的建筑。它的上、下层采用平面或曲面形式。曲面可为规则曲面或不规则曲面，可为凸曲面或凹曲面。其平面投影为椭圆形、圆形及其它非圆形平面，也可为四边形及其它多边形平面。屋盖体系可整体闭合，可在中部大开孔，也可由单榀组成多榀屋盖体系。由于采用层间斜杆，上、下层的间距可调整，从而可以根据设计需要灵活调整结构的高跨比，上、下层可以相互平行，也可不平行。
本发明的双层索—杆屋盖体系的其它特征和优点，将在下文的具体描述中显得更加清楚。
附图说明
图1为根据本发明第一体系形式的一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图2为图1所示屋盖体系的平面图；
图3为图1所示屋盖体系的上层平面图；
图4为图1所示屋盖体系的下层平面图；
图5为图1所示屋盖体系中分布在上、下层之间的拉索、压杆布置平面图；
图6为图5所示拉索、压杆布置的四分之一立体轴测图；
图7为图1所示屋盖体系中间结构斜杆—索的一单元结构的立体轴测图；
图8为图1所示屋盖体系中间结构斜杆—索与边界受力结构的一连接单元的立体轴测图；
图8A为图1所示屋盖体系中间结构斜杆—索与边界受力结构的另一连接单元的立体轴测图；
图9为根据本发明第一体系形式的另一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图10为根据本发明第一体系形式的一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图11为图10所示屋盖体系的平面图；
图12为根据本发明第一体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图13为根据本发明第一体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图14为根据本发明第一体系形式的一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图15为图14所示屋盖体系的平面图；
图16为根据本发明第一体系形式的另一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图17为根据本发明第一体系形式的一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图18为根据本发明第一体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图19为一矩形内轴线示意图；
图20为根据本发明第一体系形式的一矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图21为根据本发明第一体系形式的一中空矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图22为根据本发明第一体系形式的一正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图23为根据本发明第一体系形式的一中空正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图24为根据本发明第二体系形式的另一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图25为图24所示屋盖体系的平面图；
图26为图24所示屋盖体系的上层平面图；
图27为图24所示屋盖体系的下层平面图；
图28为图24所示屋盖体系中分布在上、下层之间的拉索、压杆布置平面图；
图29为图28所示拉索、压杆布置的四分之一立体轴测图；
图30为图24所示屋盖体系中间结构斜杆—索的一单元结构的立体轴测图；
图31为图24所示屋盖体系中间结构斜杆—索与边界受力结构的一连接单元的立体轴测图；
图32为根据本发明第二体系形式的另一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图33为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图34为图33所示屋盖体系的平面图；
图35为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图36为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图37为根据本发明第二体系形式的另一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图38为图37所示屋盖体系的平面图；
图39为根据本发明第二体系形式的另一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图40为根据本发明第二体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图41为根据本发明第二体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图42为根据本发明第二体系形式的另一矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图43为根据本发明第二体系形式的另一中空矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图44为根据本发明第二体系形式的另一正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图45为根据本发明第二体系形式的另一中空正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图；
图46为本发明的一双层索-杆拱形结构的立体轴测图。
具体实施方式
下面首先参照图1-图23描述根据本发明第一体系形式的双层索-杆屋盖体系的一些较佳实施例。
图1所示为根据本发明第一体系形式的一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。应注意到，附图中所示的是一些规则的结构布置，本领域的技术人员在阅读本说明书后可以理解，该体系同样可以应用于各种不规则的结构布置。在屋盖体系的上层1.1，根据需要可全部覆盖或部分覆盖空间屋面材料。在本实施例中，下层2.1与上层1.1相互平行，但它们也可以不平行。上、下层之间通过多个斜杆3.1、斜索4.1、及垂直索5.1相连接。屋盖体系的上、下层平面图及杆3.1、索4.1、索5.1的空间布置图参见图2至图6。图中以较粗的实线表示压杆，以较细的实线表示拉索。
图2为图1所示屋盖体系的平面图，其平面投影为具有长轴X-X、短轴Y-Y的椭圆平面。
图3为图1所示屋盖体系的上层1.1平面图。除内压力环6.1、拉压环7、8与外压力环9.1外，其余网状线条均为索。
图4为图1所示屋盖体系的下层2.1平面图。除内压力环10.1、拉压环11、12与外压力环13.1外，其余网状线条均为索。
图5为图1所示屋盖体系的斜杆3.1、斜索4.1及垂直索5.1布置平面图。
图6为图1所示屋盖体系的斜杆3.1、斜索4.1及垂直索5.1布置的立体轴测图。考虑到对称性，图6仅给出了四分之一的索、杆布置图。
多个斜杆3.1的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆3.1包含有(图5、图6)：(1)沿径向分布的第一斜杆14.1，它的上层内端点确定了屋盖体系的上层节点如15a.1，它的下层外端点确定了屋盖体系的下层节点如16a.1，第一斜杆14.1从上层节点向外指向下层节点；(2)沿径向分布的第二斜杆17.1，与第一斜杆14.1交替排列分布，它的上层外端点确定了屋盖体系的上层节点如15b.1，它的下层内端点确定了屋盖体系的下层节点如16b.1，第二斜杆17.1从上层节点向内指向下层节点；(3)沿环向分布的第一成对内环向斜杆18，各对斜杆18在外端点处相交，确定了屋盖体系的一个下层节点如16c，斜杆18的内端点与第二斜杆17^*的外端点相连接如15c，斜杆18从上层节点向外指向下层节点；(4)沿环向分布的第二成对内环向斜杆19，与第一成对内环向斜杆18交替排列分布，各对斜杆19在外端点处相交，确定了屋盖体系的一个上层节点如15d，斜杆19的内端点与第一斜杆14^*的外端点相连接如16d，斜杆19从上层节点向内指向下层节点；(5)沿环向分布的第一成对外环向斜杆20，各对斜杆20在内端点处相交，确定了屋盖体系的一个上层节点如15e，斜杆20的外端点与第二斜杆17#的内端点相连接如16e，斜杆20从上层节点向外指向下层节点；(6)沿环向分布的第二成对外环向斜杆21，与第一成对外环向斜杆20交替排列分布，各对斜杆21在内端点处相交，确定了屋盖体系的一个下层节点如16f，斜杆21的外端点与第一斜杆14#的内端点相连接如15f，斜杆21从上层节点向内指向下层节点。
多个斜索4.1的上端点连接斜杆3.1的上层端点，下端点连接相邻斜杆3.1的下层端点。这些斜索包含有七种情况(图5、图6)：
(1)沿径向分布的第一层间索，如22等，从上层节点向外指向下层节点。它的连接有三种：(a)层间索22^*，上端点连接第一斜杆14.1的上层内端点如15a.1，下端点连接与该第一斜杆14.1相邻的第一成对内环向斜杆18的下层外端点如16c；(b)层间索22，上端点连接第一斜杆14′.1的上层内端点如15a′.1，下端点连接与该第一斜杆14′.1相邻的另一第一斜杆14.1的下层外端点如16a.1；(c)层间索22#，上端点连接第一成对外环向斜杆20的上层内端点如15e，下端点连接与该斜杆20相邻的第一斜杆14″.1的下层外端点如16a″.1。
(2)沿径向分布的第二层间索，如23等，沿上层节点向内指向下层节点，并且与第一层间索交替排列分布。它的连接有三种：(a)层间索23^*，上端点连接第二成对内环向斜杆19的上层外端点如15d，下端点连接与该斜杆19相邻的第二斜杆17.1的下层内端点如16b.1；(b)层间索23，上端点连接第二斜杆17.1的上层外端点如15b.1，下端点连接与该第二斜杆17.1相邻的另一第二斜杆17′.1的下层内端点如16b′.1；(c)层间索23#，上端点连接第二斜杆17″.1的上层外端点如15b″.1，下端点连接与该第二斜杆17″.1相邻的第二成对外环向斜杆21的下层内端点如16f。
(3)沿椭圆长轴中心线分布的中心斜索24.1，上端点连接第一斜杆14$.1的上层内端点如15c′.1，下端点连接与该第一斜杆14$.1横向相邻的第二斜杆17$.1的下层内端点如16d′.1，中心斜索24.1呈锯齿形分布。
(4)沿环向分布的内环向斜索，如25.1等，呈锯齿形分布，它的连接有两种：(a)内环向斜索25.1，上端点连接第二斜杆17$.1与第一斜杆14^*的上层相交点如15g，下端点连接与该第二斜杆17$.1横向相邻的第一斜杆14$.1与第二斜杆17^*的下层相交点如16g；(b)内环向斜索25′.1，上端点连接第二斜杆17^*的上层外端点如15c，下端点连接与该第二斜杆17^*横向相邻的第一斜杆14^*的下层外端点如16d。
(5)沿环向分布的内环向斜索26，上端点连接第二成对内环向斜杆19的上层外端点如15d，下端点连接与该斜杆19相邻的第一成对内环向斜杆18的下层外端点如16c，内环向斜索26呈锯齿形分布。
(6)沿环向分布的外环向斜索27，上端点连接第一成对外环向斜杆20的上层内端点如15e，下端点连接与该斜杆20相邻的第二成对外环向斜杆21的下层内端点如16f，外环向斜索27呈锯齿形分布。
(7)沿环向分布的外环向斜索，如28等，呈锯齿形分布，它的连接有两种：(a)外环向斜索28，上端点连接第一斜杆14#的上层内端点如15f，下端点连接与该第一斜杆14#相邻的第二斜杆17#的下层内端点如16e；(b)外环向斜索28′，上端点连接第二斜杆17#的上层外端点如15h，下端点连接与该第二斜杆17#横向相邻的第一斜杆14#的下层外端点如16h。
在上层的压力环及拉压环有(图3，节点编号见图6)：(1)内压力环6.1，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第二斜杆17$.1与第一斜杆14^*的上层两个相邻相交点如15g和15i；(2)拉压环7，包括首尾连接的多根压杆和拉索，这些构件的一端连接第一斜杆14.1的上层内端点如15a.1，另一端连接与该第一斜杆14.1相邻的第一成对内环向斜杆18中的斜杆与第二斜杆17^*的上层相交点如15c，及两端分别连接第二斜杆17^*的上层两个相邻外端点如15c和15d′.1；(3)拉压环8，包括首尾连接的多根压杆和拉索，这些构件的一端连接第二斜杆17″.1的上层外端点如15b″.1，另一端连接与该第二斜杆17″.1相邻的第二成对外环向斜杆21中的斜杆与第一斜杆14#的上层相交点如15f，及两端分别连接第一斜杆14#的上层两个相邻内端点如15f和15e′；(4)外压力环9.1，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第二斜杆17#的上层两个相邻外端点如15h和15j。
在下层的压力环及拉压环有(图4，节点编号见图6)：(1)内压力环10.1，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第一斜杆14$.1与第二斜杆17^*的下层两个相邻相交点如16g和16i；(2)拉压环11，包括首尾连接的多根压杆和拉索，这些构件的一端连接第二斜杆17.1的下层内端点如16b.1，另一端连接与该斜杆17.1相邻的第二成对内环向斜杆19中的斜杆与第一斜杆14^*的下层相交点如16d，及两端分别连接第一斜杆14^*的下层两个相邻外端点如16d和16c″.1；(3)拉压环12，包括首尾连接的多根压杆和拉索，这些构件的一端连接第一斜杆14″.1的下层外端点如16a″.1，另一端连接与该第一斜杆14″.1相邻的第一成对外环向斜杆20中的斜杆与第二斜杆17#的下层相交点如16e，及两端分别连接第二斜杆17#的下层两个相邻内端点如16e和16f′；(4)外压力环13.1，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第一斜杆14#的下层两个相邻外端点如16h和16j。
垂直索5.1连接斜杆位于上、下层椭圆长轴中心线上的点。这些垂直索包含有(图5、图6)：垂直索29.1，上端点连接第一斜杆14$′.1的上层内端点如15k.1，下端点连接与该第一斜杆14$′.1横向相邻的第二斜杆17$′.1的下层内端点如16k.1。
上层索将斜杆3.1的上层端点相互连接并呈网状分布，这些索包含有五种情况(图3，节点编号见图6)：
(1)上层中心拉索30.1，两端分别连接第一斜杆14$.1位于椭圆长轴中心线上的上层内端点如15c′.1和15d″。
(2)上层索如31等，其连接有六种：(a)上层索31$.1，内端点连接第一斜杆14$.1的上层内端点如15c′.1，外端点连接与该第一斜杆14$.1横向相邻的第二斜杆17$.1的上层外端点如15g(15i)；(b)上层索31^*，内端点连接第一斜杆14^*与第二斜杆17$.1的上层相交点如15g，外端点连接与该第一斜杆14^*横向相邻的第二斜杆17^*的上层外端点如15c(15d′.1)；(c)上层索31′.1，外端点连接第二斜杆17.1的上层外端点如15b.1，内端点连接与该第二斜杆17.1相邻的第一成对内环向斜杆18中的斜杆的上层内端点如15c；(d)上层索31.1，内端点连接第一斜杆14.1的上层内端点如15a.1，外端点连接与该第一斜杆14.1横向相邻的第二斜杆17.1的上层外端点如15b.1；(e)上层索31″，内端点连接第一斜杆14″.1的上层内端点如15a″.1，外端点连接与该第一斜杆14″.1相邻的第二成对外环向斜杆21中的斜杆的上层外端点如15f；(f)上层索31#，内端点连接第一斜杆14#的上层内端点如15f，外端点连接与该第一斜杆14#横向相邻的第二斜杆17#的上层外端点如15h(15j)。
(3)上层索32，外端点连接第二成对内环向斜杆19的上层外端点如15d，内端点连接与该斜杆19相邻的第一成对内环向斜杆18中的斜杆的上层内端点如15c。
(4)上层索33，内端点连接第一斜杆14.1的上层内端点如15a.1，外端点连接与该第一斜杆14.1横向相邻的第二斜杆17.1的同组外侧相邻的第二斜杆17′.1的上层外端点如15b′.1。
(5)上层索34，内端点连接第一成对外环向斜杆20的上层内端点如15e，外端点连接与该斜杆20相邻的第二成对外环向斜杆21中的斜杆的上层外端点如15f。
下层索将斜杆3.1的下层端点相互连接并呈网状分布，这些索包含有五种情况(图4，节点编号见图6)：
(1)下层索35.1，两端分别连接第二斜杆17$.1位于椭圆长轴中心线上的下层内端点如16c′.1和16d′.1。
(2)下层索如36等，其连接有六种：(a)下层索36$.1，内端点连接第二斜杆17$.1的下层内端点如16d′.1，外端点连接与该第二斜杆17$.1横向相邻的第一斜杆14$.1的下层外端点如16g；(b)下层索36^*，内端点连接第二斜杆17^*与第一斜杆14$.1的下层相交点如16g，外端点连接与该第二斜杆17^*横向相邻的第一斜杆14^*的下层外端点如16d(16c″.1)；(c)下层索36′.1，外端点连接第一斜杆14.1的下层外端点如16a.1，内端点连接与该第一斜杆14.1相邻的第二成对内环向斜杆19中的斜杆的下层内端点如16d；(d)下层索36.1，内端点连接第二斜杆17.1的下层内端点如16b.1，外端点连接与该第二斜杆17.1横向相邻的第一斜杆14.1的下层外端点如16a.1；(e)下层索36″，内端点连接第二斜杆17″.1的下层内端点如16b″.1，外端点连接与该第二斜杆17″.1相邻的第一成对外环向斜杆20中的斜杆的下层外端点如16e；(f)下层索36#，内端点连接第二斜杆17#的下层内端点如16e，外端点连接与该第二斜杆17#横向相邻的第一斜杆14#的下层外端点如16h。
(3)下层索37，外端点连接第一成对内环向斜杆18的下层外端点如16c，内端点连接与该斜杆18相邻的第二成对内环向斜杆19中的斜杆的下层内端点如16d。
(4)下层索38，内端点连接第二斜杆17.1的下层内端点如16b.1，外端点连接与该第二斜杆17.1横向相邻的第一斜杆14.1的同组外侧相邻的第一斜杆14′.1的下层外端点如16a′.1。
(5)下层索39，内端点连接第二成对外环向斜杆21的下层内端点如16f，外端点连接与该斜杆21相邻的第一成对外环向斜杆20中的斜杆的下层外端点如16e。
从上面的描述中可以看到，根据本发明第一体系形式的索—杆屋盖体系包括分别布置在其中心处和边缘处的连续受压的结构，而在其间分布着多组斜杆，同组和不同组的斜杆与斜杆之间互不相交，而在斜杆之间设置连续的索，形成空间网状结构。在上述的实施例中，(1)中心结构包括：拉压环7、11，成对的环向斜杆18、19，第一层间索22^*，第二层间索23^*，环向斜索25′.1、26，以及上层索31′.1、32和下层索36′.1、37，并且，由于该实施例是中心封闭的结构，所以在拉压环7、11内侧还包括压力环6.1、10.1，第一斜杆14$.1(14$′.1，14^*)，第二斜杆17$.1(17$′.1，17^*)，中心斜索24.1，环向斜索25.1，上层索30.1，31$.1(31^*)，以及下层索35.1，36$.1(36^*)和垂直索29.1；(2)所述边缘结构包括：拉压环8、12，压力环9.1、13.1，成对的环向斜杆20、21，第一斜杆14#，第二斜杆17#，第一层间索22#，第二层间索23#，环向斜索27、28(28′)，以及上层索31″(31#)、34和下层索36″(36#)、39；(3)多组互不相交的第一斜杆14.1(14′.1、14″.1)、第二斜杆17.1(17′.1、17″.1)沿径向分布在所述中心结构与边缘结构之间，并通过第一层间索22、第二层间索23以及上层索31.1、33和下层索36.1、38相连接。
在本实施例中，中心结构和边缘结构采用的是一种较佳的索—杆结构形式，但本领域的技术人员可以理解，它们也可以采用其它形式的结构，如环向的桁架或者双层的混凝土环形结构。不过，由于本屋盖体系采用特定形式的拉索、压杆布置，每个节点均可实现各自的平衡，边缘结构的内力仅需平衡最靠近它的节点的内应力，边缘结构的内力与内部结构相差不大，无需像Geiger体系和Levy体系那样采用巨大的钢筋混凝土圈梁或预应力混凝土圈梁。
图7为图1所示屋盖体系的中间结构斜杆—索的一单元结构的立体轴测图。图8为图1所示屋盖体系的中间结构斜杆—索与边界结构(该边界结构可以是中心或边缘结构，其基本形式是相同的。图中仅以边缘结构为例)的一连接单元的立体轴测图。如人们可以理解的，图1所示屋盖体系的中间结构斜杆—索与边界结构的连接单元也可以采用图8A所示的形式。相比图8中所示的结构，该图8A中的边界结构的连接单元在边界结构中不包括第一斜杆和第二斜杆，且相应地不设置拉压环。这里与图3-图6所示屋盖体系中相同的单元采用相同的编号。从上面的描述中可以看到，图1所示的屋盖体系正是由这些单元按一定的规律排列而成的。如本领域的技术人员可以理解的，当采用不同的排列方式时，这些单元可形成如下所述的或其它形状的结构体系。而且，中间结构斜杆—索单元结构也可以不是布置在中心和边缘结构之间，而是布置在相对侧的两个边界结构之间。
图9所示为根据本发明第一体系形式的另一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系的上、下层由内向外各有四圈压力环及四圈拉压环，以及与压力环和拉压环相对应的有第一斜杆、第二斜杆、成对环向斜杆、环向斜索、第一层间索、第二层间索、上层索及下层索，结构布置方法与图1所示屋盖体系相同，只是结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，并增加了两圈内压力环、两圈拉压环及相应的第一斜杆、第二斜杆、成对环向斜杆、环向斜索、第一层间索、第二层间索、上层索及下层索。
图10所示为根据本发明第一体系形式的一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上层101.1，仅在环形空间覆盖屋面材料，环形中央为椭圆形大开孔。这种屋盖体系适用于露天体育场的建设，观众席上方架设防雨棚，运动场上方为露天开放式。
图11为图10所示屋盖体系的平面图，其平面投影为具有长轴X-X、短轴Y-Y的椭圆环形平面。。它的结构布置方法与图1相同，只是去掉了图1中上层内压力环6.1及下层内压力环10.1以内的索、杆部分。这里与图1所述屋盖体系相似的单元采用相似的编号，仅在图1的编号基础上加100，如图1中的编号1.1在图10中则为101.1。
该屋盖体系包含相互平行的上层101.1及下层102.1(图10)。多个斜杆103.1(图10)确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有(图11)：沿径向分布的第一斜杆114.1(114′.1、114″.1，114^*，114#)，沿径向分布的第二斜杆117.1(117′.1、117″.1，117^*，117#)，沿环向分布的成对内环向斜杆118、119，沿环向分布的成对外环向斜杆120、121。
多个斜索104.1(图10)一端连接斜杆103.1的上层端点，另一端连接相邻斜杆103.1的下层端点。这些斜索包含有(图11)：沿径向分布的第一层间索122(122^*、122#)，沿径向分布的第二层间索123(123^*、123#)，沿环向分布的内环向斜索125.1、125′.1、126(图10、图11)，沿环向分布的外环向斜索127、128(128′)  (图10、图11)。
上层101.1包含内压力环106.1(图10、图11)、外压力环109.1(图11)及分布在内、外压力环之间的拉压环107、108(图11)，和上层索(图10)131.1(131^*，131′.1、131″，131#)、132-134。下层102包含内压力环110.1(图10、图11)、外压力环113.1(图11)及分布在内、外压力环之间的拉压环111、112(图11)，和下层索(图10)136.1(136^*，136′.1、136″，136#)、137-139。
以上各单元间的连接关系与图1所示结构各单元间的连接关系相同。
图12所示为根据本发明第一体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系布置方法与图10所示屋盖体系相同，压力环与拉压环也都是内、外两圈，只是其所示的结构跨度增大，索、杆数量也相应增加。
图13所示为根据本发明第一体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有三圈压力环及三圈拉压环，结构布置方法与图10所示屋盖体系相同，只是因为结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，且增加了一圈中间压力环、一圈中间拉压环及相应的第一斜杆、第二斜杆、成对环向斜杆、环向斜索、第一层间索、第二层间索、以及上层索和下层索。
图14所示为根据本发明第一体系形式的一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。图15为结构平面图。该结构布置方法与图1所示屋盖体系相同，只是将图1所示屋盖体系的长、短轴设为轴长相等，即在内压力环之内只有一个中心垂直索。
图16所示为根据本发明第一体系形式的另一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有四圈压力环及四圈拉压环，结构布置方法与图14所示屋盖体系相同，只是因为结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，而且增加了两圈内压力环、两圈内拉压环及相应的第一斜杆、第二斜杆、成对环向斜杆、环向斜索、第一层间索、第二层间索、以及上层索和下层索。
图17所示为根据本发明第一体系形式的一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系布置方法与图12所示屋盖体系相同，只是将图12所示屋盖体系的长、短轴设为轴长相等。
图18所示为根据本发明第一体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有三圈压力环及三圈拉压环，结构布置方法与图17所示屋盖体系相同，只是增加了一圈内压力环、一圈内拉压环及相应的第一斜杆、第二斜杆、成对环向斜杆、环向斜索、第一层间索、第二层间索、以及上层索和下层索。
图19所示为一矩形平面的内轴线示意图。虚线201、202将矩形A分为三部分，中间部分为矩形B，矩形B两端各与半个正方形(C1、C2部分)组合，两端半个正方形沿45°方向的对角线(线段203-206)与中间矩形B沿矩形A长边方向的中心线(线段207)共同组成了矩形的内轴线。
图20所示为根据本发明第一体系形式的一矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系包含相互平行的上、下两层。多个斜杆的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有：(1)分别沿纵、横向(与矩形长、短边平行的方向，以下同)交替排列分布的第一、第二斜杆，第一斜杆沿上层节点向外指向下层节点，第二斜杆沿上层节点向内指向下层节点；(2)沿矩形四周分布的周边成对斜杆；(3)沿内轴线方向分布的轴向成对斜杆。
多个索上端点连接斜杆的上层端点，下端点连接相邻斜杆的下层端点。这些索包含有：(1)沿纵、横向交替排列分布的第一、第二层间索。第一层间索连接同组相邻的第一斜杆的上、下层端点，及连接第一斜杆与相邻周边成对斜杆、轴向成对斜杆的上、下层端点，第一层间索沿上层节点向外指向下层节点；第二层间索连接同组相邻的第二斜杆的上、下层端点，及连接第二斜杆与相邻周边成对斜杆、轴向成对斜杆的上、下层端点，第二层间索沿上层节点向内指向下层节点；(2)沿矩形四周分布的周边层间斜索，包含三种情况：连接周边成对斜杆的相邻内端点，连接边缘结构中第一、第二斜杆的相邻内端点(部分与周边成对斜杆的外端点相连接)，连接该边缘结构中第一、第二斜杆的相邻外端点；(3)沿内轴线方向分布的轴向层间斜索，包含三种情况：连接轴向成对斜杆的相邻外端点，连接中心结构中第一、第二斜杆的相邻外端点(部分与轴向成对斜杆的内端点相连接)，连接该中心结构中第一、第二斜杆的相邻内端点。
在屋盖体系的上、下层内，分别包含内轴线方向的压杆和拉索、矩形四周压力边、矩形四周拉压边及网状索。网状索包含有：(1)连接相邻第一斜杆与第二斜杆的索；(2)连接相邻第一斜杆与周边成对斜杆的索；(3)连接相邻第二斜杆与周边成对斜杆的索；(4)连接相邻第一斜杆与轴向成对斜杆的索；(5)连接相邻第二斜杆与轴向成对斜杆的索；(6)连接相邻周边成对斜杆的索；(7)连接相邻轴向成对斜杆的索。
在本实施例中，沿内轴线方向分布的轴向成对斜杆及其相关索、杆构成连续受压的中心结构，沿矩形四周分布的周边成对斜杆及其相关的索、杆构成连续受压的边缘结构，而多组不连续的斜杆和连续的索在它们之间的布置形式与前述图中第一体系形式的实施例是类似的，只是各组斜杆是沿平行于矩形长、短边的方向排列的。
图21所示为一中空矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。内矩形四个角的点与对应外矩形四个角的点的连线，组成了屋盖体系的对角线。
该屋盖体系包含相互平行的上、下两层。多个斜杆的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有：(1)沿纵、横向交替排列分布的第一、第二斜杆；第一斜杆沿上层节点向外指向下层节点，第二斜杆沿上层节点向内指向下层节点；(2)沿内矩形四周分布的内周边成对斜杆；(3)沿外矩形四周分布的外周边成对斜杆；(4)沿对角线方向分布的对角成对斜杆。
多个索上端点连接斜杆的上层端点，下端点连接相邻斜杆的下层端点。这些索包含有：(1)沿纵、横向交替排列分布的第一、第二层间索。第一层间索连接同组相邻的第一斜杆的上、下层端点，及连接相邻第一斜杆与内周边成对斜杆(及外周边成对斜杆、对角成对斜杆)的上、下层端点，第一层间索沿上层节点向外指向下层节点；第二层间索连接同组相邻的第二斜杆的上、下层端点，及连接相邻第二斜杆与内周边成对斜杆(及外周边成对斜杆、对角成对斜杆)的上、下层端点，第二层间索沿上层节点向内指向下层节点；(2)沿内矩形四周分布的内周边层间斜索，包含三种情况：连接相邻内周边成对斜杆的外端点，连接中心结构中第一、第二斜杆的相邻外端点(部分与内周边成对斜杆的内端点相连接)，连接该中心结构中第一、第二斜杆的相邻内端点；(3)沿外矩形四周分布的外周边层间斜索，包含三种情况：连接相邻外周边成对斜杆的内端点，连接边缘结构中第一、第二斜杆的相邻内端点(部分与外周边成对斜杆的外端点相连接)，连接该边缘结构中第一、第二斜杆的相邻外端点；(4)沿对角线分布的对角层间斜索，包含三种情况：连接相邻对角成对斜杆的外端点，连接对角线结构中第一、第二斜杆的相邻外端点(部分与对角成对斜杆的内端点相连接)，连接该对角线结构中第一、第二斜杆的相邻内端点。
在屋盖体系的上、下层内，分别包含对角线方向压杆和拉索、内矩形压力边、内矩形拉压边、外矩形拉压边、外矩形压力边及网状索。这些网状索包含有：(1)连接相邻第一斜杆与第二斜杆的索；(2)连接相邻第一斜杆与内周边成对斜杆、外周边成对斜杆的索；(3)连接相邻第二斜杆与内周边成对斜杆、外周边成对斜杆的索；(4)连接相邻第一斜杆与对角成对斜杆的索；(5)连接相邻第二斜杆与对角成对斜杆的索；(6)连接相邻内周边成对斜杆的索；(7)连接相邻外周边成对斜杆的索；(8)连接相邻对角成对斜杆的索。
图22所示为根据本发明第一体系形式的一正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该结构布置方法与图20所示屋盖体系相同，只是将图20所示矩形平面的长、短边设为长度相等。
图23所示为一中空正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该结构布置方法与图21所示屋盖体系相同，只是将图21所示中空矩形平面的长、短边设为长度相等。
现参照图24-图45描述根据本发明第二体系形式的双层索-杆屋盖体系的一些较佳实施例。
图24所示为根据本发明第二体系形式的一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。应注意到，附图中所示的是一些规则的结构布置，本领域的技术人员在阅读本说明书后可以理解，该体系同样可以应用于各种不规则的结构布置。在屋盖体系的上层1.2，根据需要可全部覆盖或部分覆盖空间屋面材料。在本实施例中，下层2.2与上层1.2相互平行，但它们也可以不平行。上、下层之间通过多个斜杆3.2、斜索4.2、及垂直索5.2相连接。屋盖体系的上、下层平面图及杆3.2、索4.2、索5.2的空间布置图参见图25至图29。图中以较粗的实线表示压杆，以较细的实线表示拉索。
图25为图24所示屋盖体系的平面图，其平面投影为具有长轴X-X、短轴Y-Y的椭圆平面。
图26为图24所示屋盖体系的上层1.2平面图。除中心压杆30.2、内压力环6.2和外压力环9.2外，其余网状线条均为索。
图27为图24所示屋盖体系的下层2.2平面图。除中心压杆35.2、内压力环10.2和外压力环13.2外，其余网状线条均为索。
图28为图24所示屋盖体系的斜杆3.2、斜索4.2及垂直索5.2布置平面图。
图29为所示屋盖体系的斜杆3.2、斜索4.2及垂直索5.2布置的立体轴测图。考虑到对称性，图29仅给出了四分之一的索、杆布置图。
多个斜杆3.2的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆3.2包含有(图28、图29)：(1)沿径向分布的第一斜杆14.2，它的上层内端点确定了屋盖体系的上层节点如15a.2，它的下层外端点确定了屋盖体系的下层节点如16a.2，第一斜杆14.2从上层节点向外指向下层节点；(2)沿径向分布的第二斜杆17.2，与横向相邻的第一斜杆14.2交替排列分布，它的上层外端点确定了屋盖体系的上层节点如15b.2，它的下层内端点确定了屋盖体系的下层节点如16b.2，第二斜杆17.2从上层节点向内指向下层节点。第二斜杆还与第一斜杆沿同一径向交替排列并相交呈锯齿形分布，如同一径向的第一斜杆14.2与第二斜杆17′.2相交于节点15a.2。
多个斜索4.2的上端点连接斜杆3.2的上层端点，下端点连接相邻斜杆3.2的下层端点。这些斜索包含有两种情况(图28、图29)：
(1)沿椭圆长轴中心线分布的中心斜索24.2，上端点连接第一斜杆14$.2的上层内端点如15a′.2，下端点连接与该第一斜杆14$.2横向相邻的第二斜杆17$.2的下层内端点如16b′.2，中心斜索24.2呈锯齿形分布。
(2)沿环向分布的环向斜索如25.2等，呈锯齿形分布，其连接有两种：(a)环向斜索25.2，上端点连接第一斜杆14.2的上层内端点如15a.2，下端点连接与该第一斜杆14.2横向相邻的第二斜杆17.2的下层内端点如16b.2；(b)环向斜索25′.2，上端点连接第二斜杆17.2的上层外端点如15b.2，下端点连接与该第二斜杆17.2横向相邻的第一斜杆14.2的下层外端点如16a.2。
在上层的中心压杆及压力环有(图26，节点编号见图29)：(1)中心压杆30.2，两端分别连接第一斜杆14$.2位于椭圆长轴中心线上的上层相邻内端点如15a′.2和15c′.2；(2)内压力环6.2，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第二斜杆17$.2与第一斜杆14′.2的上层两个相邻相交点如15b′.2和15d′.2；(3)外压力环9.2，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第二斜杆17″.2的上层两个相邻外端点如15a″.2和15c″.2。
在下层的中心压杆及压力环有(图27，节点编号见图29)：(1)中心压杆35.2，两端分别连接第二斜杆17$.2位于椭圆长轴中心线上的下层相邻内端点如16b′.2和16c′.2；(2)内压力环10.2，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第一斜杆14$.2与第二斜杆17′.2的下层两个相邻相交点如16a′.2和16d′.2；(4)外压力环13.2，包括首尾连接的多根压杆，这些压杆的两端分别连接第一斜杆14″.2的下层两个相邻外端点如16b″.2和16c″.2。
垂直索5.2连接斜杆位于上、下层椭圆长轴中心线上的点。这些垂直索包含有(图28、图29)：垂直索29.2，上端点连接第一斜杆14$′.2的上层内端点如15k.2，下端点连接与该第一斜杆14$′.2横向相邻的第二斜杆17$′.2的下层内端点如16k.2。
上层索将斜杆3.2的上层端点相互连接并呈网状分布，这些索包含有(图26，节点编号见图29)：
上层索如31.2等，其连接有三种：(a)上层索31$.2，内端点连接第一斜杆14$.2的上层内端点如15a′.2，外端点连接与该第一斜杆14$.2横向相邻的第二斜杆17$.2的上层外端点如15b′.2(15d′.2)；(b)上层索31.2，内端点连接第一斜杆14.2的上层内端点如15a.2，外端点连接与该第一斜杆14.2横向相邻的第二斜杆17.2的上层外端点如15b.2；(c)上层索31′.2，外端点连接第一斜杆14.2的上层内端点如15a.2，内端点连接与该第一斜杆14.2横向相邻的第二斜杆17.2的同组内侧相接的第一斜杆14′.2的上层内端点如15b′.2。
下层索将斜杆3.2的下层端点相互连接并呈网状分布，这些索包含有(图27，节点编号见图29)：
下层索如36.2等，其连接有三种：(a)下层索36$.2，内端点连接第二斜杆17$.2的下层内端点如16b′.2，外端点连接与该第二斜杆17$.2横向相邻的第一斜杆14$.2的下层外端点如16a′.2；(b)下层索36.2，内端点连接第二斜杆17.2的下层内端点如16b.2，外端点连接与该第二斜杆17.2横向相邻的第一斜杆14.2的下层外端点如16a.2；(c)下层索36′.2，内端点连接第一斜杆14.2的下层外端点如16a.2，外端点连接与该第一斜杆14.2横向相邻的第二斜杆17.2的同组外侧相接的第一斜杆的下层外端点如16b.2。
从上面的描述中可以看到，根据本发明第二体系形式的索—杆屋盖体系包括分别布置在其中心处和边缘处的连续受压的结构，而在其间分布着多组斜杆，同组的斜杆彼此首尾相接，而不同组的斜杆与斜杆之间互不相交，在这些不同组的斜杆之间设置连续的索，形成空间网状结构。在上述的实施例中，(1)中心结构包括：压力环6.2、10.2，并且，由于该实施例是中心封闭的结构，所以在压力环6.2、10.2内侧还包括第一斜杆14$.2(14$′.2)，第二斜杆17$.2(17$′.2)，中心压杆30.2、35.2，中心斜索24.2，垂直索29.2，上层索31$.2和下层索36$.2；(2)所述边缘结构包括压力环9.2、13.2；(3)各组互不相交的斜杆包括第一斜杆14.2(14′.2、14″.2)、第二斜杆17.2(17′.2、17″.2)沿径向分布在所述中心结构与边缘结构之间，并通过环向斜索25.2、25′.2相连接。
图30为图24所示屋盖体系的中间结构斜杆—索的一单元结构的立体轴测图。图31为图24所示屋盖体系的中间结构斜杆—索与边界结构(该边界结构可以是中心或边缘结构，其基本形式是相同的。图中仅以边缘结构为例)的一连接单元的立体轴测图。这里与图26-图29所示屋盖体系中相同的单元采用相同的编号。从上面的描述中可以看到，图24所示的屋盖体系正是由这些单元按一定的规律排列而成的。如本领域的技术人员可以理解的，当采用不同的排列方式时，这些单元可形成如下所述的或其它形状的结构体系。而且，中间结构斜杆—索单元结构也可以不是布置在中心和边缘结构之间，而是布置在相对侧的两个边界结构之间。
图32所示为根据本发明第二体系形式的另一椭圆平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系的上、下层由内向外各有四圈压力环，结构布置方法与图24所示屋盖体系相同，只是结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，并增加了两圈内压力环。
图33所示为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上层101.2，仅在环形空间覆盖屋面材料，环形中央为椭圆形大开孔。这种屋盖体系适用于露天体育场的建设，观众席上方架设防雨棚，运动场上方为露天开放式。
图34为屋盖体系的平面图，其平面投影为具有长轴X-X、短轴Y-Y的椭圆环形平面。它的结构布置方法与图24相同，只是去掉了图24中上层内压力环6.2及下层内压力环10.2以内的索、杆部分。这里与图24所述屋盖体系相似的单元采用相似的编号，仅在图24的编号基础上加100，如图24中的编号1.2在图33中则为101.2。
该屋盖体系包含相互平行的上层101.2及下层102.2(图33)。多个斜杆103.2(图33)确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有(图34)：沿径向分布的第一斜杆114.2(114′.2、114″.2)，沿径向分布的第二斜杆117.2(117′.2、117″.2)。
多个斜索104.2(图33)一端连接斜杆103.2的上层端点，另一端连接相邻斜杆103.2的下层端点。这些斜索包含有沿环向分布的环向斜索125.2、125′.2(图33)。
上层101.2包含内压力环106.2(图33，图34)、外压力环109.2(图33，图34)及分布在内、外压力环之间的上层索(图33)131.2、131′.2。下层102.2包含内压力环110.2(图33，图34)、外压力环113.2(图33，图34)及分布在内、外压力环之间的下层索(图33)136.2、136′.2。
以上各单元间的连接关系与图24所示结构各单元间的连接关系相同。
图35所示为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系布置方法与图33所示屋盖体系相同，压力环也都是内、外两圈，只是其所示的结构跨度增大，索、杆数量也相应增加。
图36所示为根据本发明第二体系形式的另一椭圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有三圈压力环，结构布置方法与图33所示屋盖体系相同，只是因为结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，且增加了一圈中间压力环。
图37所示为根据本发明第二体系形式的一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。图38为结构平面图。该结构布置方法与图24所示屋盖体系相同，只是将图24所示屋盖体系的长、短轴设为轴长相等，即在内压力环之内只有一个中心垂直索。
图39所示为根据本发明第二体系形式的另一圆形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有四圈压力环，结构布置方法与图37所示屋盖体系相同，只是因为结构跨度增大，索、杆数量也相应增加，而且增加了两圈内压力环。
图40所示为根据本发明第二体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系布置方法与图35所示屋盖体系相同，只是将图35所示屋盖体系的长、短轴设为轴长相等。
图41所示为根据本发明第二体系形式的另一圆环形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。在屋盖体系的上、下层，由内向外分别有三圈压力环，结构布置方法与图40所示屋盖体系相同，只是增加了一圈内压力环。
图42所示为根据本发明第二体系形式的一矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该屋盖体系包含相互平行的上、下两层。多个斜杆的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有分别沿纵、横向交替排列分布的第一、第二斜杆，第一斜杆沿上层节点向外指向下层节点，第二斜杆沿上层节点向内指向下层节点。
多个索上端点连接斜杆的上层端点，下端点连接相邻斜杆的下层端点。这些索包含有：(1)沿内轴线方向分布的层间斜索，连接横向相邻的第一、第二斜杆的相邻外端点，及连接横向相邻的第一、第二斜杆的相邻内端点；(2)沿矩形四周分布的周边层间斜索，连接最外侧第一、第二斜杆的相邻外端点。
在屋盖体系的上、下层内，分别包含内轴线方向的压杆和拉索、矩形四周压力边及网状索。网状索包含有连接相邻第一斜杆与第二斜杆的索。
在本实施例中，沿内轴线分布的轴向斜杆及其相关索、杆构成连续受压的中心结构，沿矩形四周分布的压力周边构成连续受压的边缘结构，而多组互不相交的斜杆和连续的索在它们之间的布置形式与前述图中第二体系形式的实施例是类似的，只是各组斜杆是沿平行于矩形长、短边的方向排列的。
图43所示为另一中空矩形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。内矩形四个角的点与对应外矩形四个角的点的连线，组成了屋盖体系的对角线。
该屋盖体系包含相互平行的上、下两层。多个斜杆的上、下端点确定了整个屋盖体系的上、下层各节点位置。这些斜杆包含有沿纵、横向交替排列分布的第一、第二斜杆；第一斜杆沿上层节点向外指向下层节点，第二斜杆沿上层节点向内指向下层节点。
多个索上端点连接斜杆的上层端点，下端点连接相邻斜杆的下层端点。这些索包含有：(1)沿对角线方向分布的层间斜索，连接第一、第二斜杆的相邻外端点，及连接第一、第二斜杆的相邻内端点；(2)沿内矩形四周分布的内周边层间斜索，连接最内侧第一、第二斜杆的相邻内端点；(3)沿外矩形四周分布的外周边层间斜索，连接最外侧第一、第二斜杆的相邻外端点。
在屋盖体系的上、下层内，分别包含内矩形压力边、外矩形压力边及网状索。这些网状索包含有连接横向相邻的第一斜杆与第二斜杆的索。
图44所示为根据本发明第二体系形式的另一正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该结构布置方法与图42所示屋盖体系相同，只是将图42所示矩形平面的长、短边设为长度相等。
图45所示为另一中空正方形平面双层索-杆屋盖体系的立体轴测图。该结构布置方法与图43所示屋盖体系相同，只是将图43所示中空矩形平面的长、短边设为长度相等。
图46所示为本发明的一双层索-杆拱形结构的立体轴测图。其平面投影为一长条矩形。该结构可以理解为是上述第一或第二结构体系在应用于一个方向上的尺寸远大于另一方向上的尺寸时的结构的特殊应用。该拱形结构包含相互平行的上、下两层。多个斜杆的上、下端点确定了拱形结构的上、下层各节点位置，这些斜杆包含有：(1)沿拱长方向交替排列分布的多组第一、第二斜杆，各组第一、第二斜杆仅包括一根斜杆，第一斜杆沿上层节点向外指向下层节点，第二斜杆沿上层节点向内指向下层节点，第一斜杆两两相交于上层长条矩形中轴线上，第二斜杆两两相交于下层长条矩形中轴线上；(2)沿拱中轴线方向分布的中心斜杆。
多个索上端点连接斜杆的上层端点，下端点连接相邻斜杆的下层端点。这些索包含有：(1)沿矩形四周分布的周边层间斜索，连接第一、第二斜杆及中心斜杆的相邻外端点；(2)沿矩形长边中心线分布的中心层间斜索，连接第一、第二斜杆及中心斜杆的相邻内端点。
在上、下层内，分别包含外矩形四周压力环及分布在外矩形四周压力环之内的网状索。这些索包含有：连接相邻第一、第二斜杆及中心斜杆的上层索、下层索。
上面详细描述和图示了本发明的双层索-杆屋盖体系的多个较佳的实施例，但应予理解的是，本发明并不局限于上述所述和所示的具体形式，本领域的技术人员在阅读了本说明书和附图之后，可以按照具体工程的需要作出许多的变化和修改，这些变化和修改均落入本发明的保护范围之内。
例如，本发明的双层索—杆屋盖体系的厚度可视具体结构形式而定，并且厚度可变。屋盖体系的上、下两层采用平面或曲面形式。曲面可为规则曲面或不规则曲面，可为凸曲面或凹曲面。该屋盖体系的平面投影可为椭圆形、圆形及其它非圆形平面，也可为四边形及其它多边形平面。结构可整体闭合，可在中部大开孔，也可由单榀组成多榀屋盖体系。这些变化形式，均可通过调节斜杆长度和斜度、各组斜杆的数量和间隔、各组斜杆的排布方向以及中心和边缘结构的布置来实现。如，尽管本发明的实施例中是沿径向或垂直于边缘结构排布的，但根据具体结构平面形式的需要，也可以不是沿径向或垂直于边缘结构排布。