一种适用于矩形平面的可装配式张弦拱肋网壳结构技术领域
本发明涉及一种土木工程的空间结构，尤其涉及一种适用于矩形平面的可装配式
张弦拱肋网壳结构。
背景技术
弦支穹顶是一种重要的空间结构体系，因其优美的造型和简洁合理的结构形式，
在大跨度空间结构中得到广泛应用。
弦支穹顶由上部单层网壳、下部的竖向撑杆、径向拉杆或者拉索和环向拉索组成，
其中各环撑杆的上端与单层网壳对应的各环节点铰接，撑杆下端由径向拉索与单层网壳的
下一环节点连接，同一环的撑杆下端由环向拉索连接在一起，使整个结构形成一个完整的
体系，结构的传力路径也比较明确。在正常使用荷载作用下，内力通过上端的单层网壳传到
下端的撑杆上，再通过撑杆传给索，索受力后，产生对支座的反向推力，使整个结构对下端
约束环梁的横向推力大大减小。与此同时，由于撑杆的作用，大大减小了上部单层网壳各环
节点的竖向位移和变形。
然而，现有技术中，弦支穹顶结构形式只能适用于平面投影为圆形的建筑结构，当
建筑投影平面为矩形时，弦支穹顶结构难以适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的弦支穹顶结构无法应用于平面投影为矩形的
建筑结构，且现场焊接作业量大、安装定位难度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于矩形平面的可装配
式张弦拱肋网壳结构，包括拱肋、拉索、撑杆、单层网壳和网壳杆；所述拱肋采用交错张弦结
构，即拱肋为交叉的抛物线形，且该交叉的抛物线形在平面上的投影为矩形的对角线；所述
单层网壳数目为四，单层网壳设置在交叉的抛物线之间，四个单层网壳在平面上的投影即
矩形对角线之间形成的四个三角形；所述拉索的一端连接撑杆的上端，另一端连接拱肋或
另一根撑杆；所述撑杆的下端连接拱肋，撑杆的上端连接拉索；所述网壳杆的两端连接拱
肋，中间连接单层网壳，网壳杆在平面上的投影为矩形的边。
本结构以张弦拱肋作为结构的主受力骨架，交错张弦拱肋受弯，张弦形式与拱肋
弯矩包络图相近，结构稳定性好、用钢量少。
优选的，所述单层网壳与拱肋之间、拱肋与拉索之间、拱肋与撑杆之间均采用销轴
连接。
进一步，所述拱肋包括一个中心交叉节段和4n个延长段，n≥1，且为整数；中心交
叉节段呈X型，四个端头各连接n个顺次连接的延长段，所述中心交叉节段和延长段之间、延
长段与延长段之间均采用法兰连接。通过结构分段预制、现场装配的设计，结构整体在施工
时焊接作业量较少，能够实现高效绿色施工。
进一步，所述拱肋与拉索之间通过耳板连接节点，即拱肋上设置耳板，拉索的索头
与耳板通过销轴连接。
本发明的优点是：本发明基于常规弦支穹顶结构原理，通过交错张弦的形式对拱
肋施加预应力，柱面单层网壳与拱肋通过叉耳式节点连接，形成平面投影为矩形的预应力
网壳结构，其适用于平面投影为矩形的建筑结构，且现场焊接作业量小、安装定位难度小。
附图说明
图1为矩形平面张弦拱肋网壳三维线模型示意图。
图2为矩形平面张弦拱肋网壳平面示意图。
图3为矩形平面张弦拱肋网壳侧面示意图。
图4为交错张弦拱肋剖面图。
图5为拱肋中心交叉节段示意图。
图6为拉索与拱肋连接节点构造示意图。
图7为网壳杆的连接节点示意图。
图8为网壳杆与拱肋连接节点构造示意图。
具体实施方式：
如图1-3所示，本发明包括拱肋1、拉索2、撑杆3、单层网壳和网壳杆4；
所述拱肋1采用交错张弦结构，即拱肋为交叉的抛物线形，且该交叉的抛物线形在平面
上的投影为矩形的对角线；
所述单层网壳数目为四，单层网壳设置在交叉的抛物线之间，四个单层网壳在平面上
的投影即矩形对角线之间形成的四个三角形；
所述拉索2的一端连接撑杆3的上端，拉索2的另一端连接拱肋1或另一撑杆；
所述撑杆3的下端连接拱肋1，撑杆3的上端连接拉索2的一端；
所述网壳杆4的两端分别连接拱肋1，中间连接单层网壳，网壳杆4在平面上的投影为矩
形的边，四条网壳杆4构成首尾相连的矩形的四边。
如图4-6所示，所述拱肋1包括一个中心交叉节段10和4n个延长段，n≥1，且为整
数；中心交叉节段10呈X型，X的四个端头各设置一个法兰盘6，法兰盘6上设置若干螺栓孔9，
用于与延长段连接，所述中心交叉节段10和延长段之间、延长段与延长段之间均采用法兰
连接。
所述拱肋1与拉索2之间通过耳板连接节点8，即拱肋上设置耳板11，拉索2的索头
13与耳板11通过销轴12连接。
如图7-8所示，所述网壳杆4一端设置钢管单耳式连接头15，另一端采用焊接球节
点16连接单层网壳，拱肋1上设置网壳杆连接耳板14，钢管单耳式连接头15通过销轴12连接
网壳杆连接耳板14。
施工时，步骤如下：
（1）在预定位置组装采用法兰节点连接的拱肋，两个方向拱肋组装完成后形成稳定结
构体系；
（2）将预制好四块成片的单层柱面网壳组装至十字交叉拱肋上；
组装拉索、撑杆，进行预应力张拉，在拉索、撑杆和拱肋中建立预张力，此过程中结构刚
化成型，达到结构最终态。