复合型索托屋顶结构转让专利
申请号 : CN200410090799.4
文献号 : CN100590275C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 徐国彬 , 崔玲
申请人 : 徐国彬 , 崔玲
摘要 :
本发明公开了一种复合型索托屋顶结构，包括多对主塔及屋顶结构，主塔之间张拉有柔性索，不同的柔性索布成网状，两个主塔间的柔性索以两塔水平距离的中心点为对称轴从屋顶结构主梁下贯穿过去，将屋顶结构中的主梁托住，柔性索两端被锚固住。这种复合型索托屋顶结构索的效率高，主塔高度低，刚度大，锚头少，施工方便，造价低，跨度大，尤其适合跨度为900-1000m的任何结构，如大型博物馆、场；展览馆；购物广场；展厅；大型海滨休闲娱乐场，体育场、馆；大型飞机库，车库，候机厅，候车厅等。
权利要求 :
1、一种复合型索托屋顶结构，包括多对主塔及屋顶结构，其特 征在于：主塔之间张拉有柔性索，不同的柔性索布成网状，两个主塔 间的柔性索以两塔水平距离的中心点为对称轴从屋顶结构主梁下贯 穿过去，将屋顶结构中的主梁托住，柔性索两端被锚固住。
2、如权利要求1所述的复合型索托屋顶结构，其特征在于：所 述主塔顶部有索鞍，所述的柔性索跨过索鞍。
3、如权利要求2所述的复合型索托屋顶结构，其特征在于： 所述的柔性索跨过索鞍锚固在延伸至主塔之外的屋顶结构的主梁上 的锚头上。
4、如权利要求1或2所述的复合型索托屋顶结构，其特征在于： 所述的柔性索锚固在主塔上。
5、如权利要求1或2所述的复合型索托屋顶结构，其特征在于： 所述的主塔为矩形或圆形布局。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种建筑结构，具体来说是一种大跨度的屋顶结构。
背景技术
在大跨度的建筑结构中，其屋顶结构通常采用穹顶结构，一些更 大跨度的建筑如飞机库则通常采用斜拉结构、悬索结构作为屋顶结 构，这种结构的结构特点是：通过一端直接固定(斜拉结构)或相对 固定(悬索结构)在多对主塔上的斜拉索或悬索的另一端直接拉在屋 顶结构的主梁上的锚头上，即索的下端固定在屋顶结构的主梁两端。
但是斜拉结构及悬索结构由于结构的特点又各有缺点，斜拉结构 的缺点是：(1)斜拉索越接近跨中索的效率越低，因此在设计时要求 索与桥面系的夹角不得小于22°。(2)斜拉结构的塔高必须大于跨 度的1/4，因此难以避免高空作业。以上两点限制了斜拉结构跨度的 进一步加大。对于悬索结构，其主要缺点是：(1)全部荷载均最终传 到主缆，使主缆的内力很大，主缆中部搭在索鞍上且其一端必须锚固 在基岩上，上面还要浇注大量的砼压重，以确保主缆的安全，主缆一 出问题，整个结构体系全部崩塌，因此造价较高。(2)悬索结构是二 次索结构，结构的整体刚度小，较柔，固有频率低，易与风的频率重 合引起共振或自激振动，或者弯扭耦合振动，易造成垮塌。1940得 著名的美国塔可马大桥的风垮塌是这种悬索结构缺点的一个很好的 例证。所以目前的各种建筑屋顶结构，其最大跨度为250m。
发明的内容
针对现有的大跨度建筑屋顶结构存在的上述问题，本发明的目的 在于提供一种新型的建筑结构，即复合型索托屋顶结构，这种建筑结 构可实现800-1000m甚至更大的跨度。
本发明的复合型索托屋顶结构，包括多对主塔及屋顶结构，主塔 之间张拉有柔性索，不同的柔性索布成网状，两个主塔间的柔性索以 两塔水平距离的中心点为对称轴从屋顶结构主梁下贯穿过去，将屋顶 结构中的主梁托住，柔性索两端被锚固。
在主塔顶部可以有索鞍，柔性索跨过索鞍。
所述的柔性索的端点可以锚固在地锚上或主塔上，但较佳的方式 是锚固在邻跨的锚头上，即屋顶结构延伸至主塔之外的主梁上的锚头 上，使屋顶结构可以延伸至主塔之外，使屋顶结构的跨度进一步增大。
所述的主塔可以为矩形或圆形布局。
这种复合型索托屋顶结构，由于柔性索是穿过屋顶体系的主梁结 构而将其托住，故与斜拉结构及悬索结构相比具有如下优点：
(1)结构跨度大，可以实现跨度为900-1000m或更大跨度的任 何结构，如大型博物馆、场；展览馆；购物广场；展厅；大型海滨休 闲娱乐场，体育场、馆；大型飞机库，车库，候机厅，候车厅等。
(2)越靠近跨中的索，对屋顶结构的梁的约束竖向分力与水平 分力之比越大，水平分力越小，故索的效率较高。
(3)由于柔性索是托住屋顶结构，所以减少了屋顶结构主梁两 端的锚头数量，较斜拉结构锚头减少一半以上。
(4)主塔与屋顶结构主梁的交角无需加以限制，故而相对于斜 拉结构主塔塔高可降低到斜拉结构塔高的1/3。
(5)施工时，前端有了支点，易于施工。
(6)提高了索的耐疲劳性、可靠性，最大限度地避免应力集中。
(7)减小了人为切断索的数量，大大提高了索结构的安全性。
(8)索托在下面，抵消了屋盖体系在荷载作用下的弯矩值，且 符合受弯构件材料图的图形要求，布置合理。
但是斜拉结构及悬索结构由于结构的特点又各有缺点，斜拉结构 的缺点是：(1)斜拉索越接近跨中索的效率越低，因此在设计时要求 索与桥面系的夹角不得小于22°。(2)斜拉结构的塔高必须大于跨 度的1/4，因此难以避免高空作业。以上两点限制了斜拉结构跨度的 进一步加大。对于悬索结构，其主要缺点是：(1)全部荷载均最终传 到主缆，使主缆的内力很大，主缆中部搭在索鞍上且其一端必须锚固 在基岩上，上面还要浇注大量的砼压重，以确保主缆的安全，主缆一 出问题，整个结构体系全部崩塌，因此造价较高。(2)悬索结构是二 次索结构，结构的整体刚度小，较柔，固有频率低，易与风的频率重 合引起共振或自激振动，或者弯扭耦合振动，易造成垮塌。1940得 著名的美国塔可马大桥的风垮塌是这种悬索结构缺点的一个很好的 例证。所以目前的各种建筑屋顶结构，其最大跨度为250m。
发明的内容
针对现有的大跨度建筑屋顶结构存在的上述问题，本发明的目的 在于提供一种新型的建筑结构，即复合型索托屋顶结构，这种建筑结 构可实现800-1000m甚至更大的跨度。
本发明的复合型索托屋顶结构，包括多对主塔及屋顶结构，主塔 之间张拉有柔性索，不同的柔性索布成网状，两个主塔间的柔性索以 两塔水平距离的中心点为对称轴从屋顶结构主梁下贯穿过去，将屋顶 结构中的主梁托住，柔性索两端被锚固。
在主塔顶部可以有索鞍，柔性索跨过索鞍。
所述的柔性索的端点可以锚固在地锚上或主塔上，但较佳的方式 是锚固在邻跨的锚头上，即屋顶结构延伸至主塔之外的主梁上的锚头 上，使屋顶结构可以延伸至主塔之外，使屋顶结构的跨度进一步增大。
所述的主塔可以为矩形或圆形布局。
这种复合型索托屋顶结构，由于柔性索是穿过屋顶体系的主梁结 构而将其托住，故与斜拉结构及悬索结构相比具有如下优点：
(1)结构跨度大，可以实现跨度为900-1000m或更大跨度的任 何结构，如大型博物馆、场；展览馆；购物广场；展厅；大型海滨休 闲娱乐场，体育场、馆；大型飞机库，车库，候机厅，候车厅等。
(2)越靠近跨中的索，对屋顶结构的梁的约束竖向分力与水平 分力之比越大，水平分力越小，故索的效率较高。
(3)由于柔性索是托住屋顶结构，所以减少了屋顶结构主梁两 端的锚头数量，较斜拉结构锚头减少一半以上。
(4)主塔与屋顶结构主梁的交角无需加以限制，故而相对于斜 拉结构主塔塔高可降低到斜拉结构塔高的1/3。
(5)施工时，前端有了支点，易于施工。
(6)提高了索的耐疲劳性、可靠性，最大限度地避免应力集中。
(7)减小了人为切断索的数量，大大提高了索结构的安全性。
(8)索托在下面，抵消了屋盖体系在荷载作用下的弯矩值，且 符合受弯构件材料图的图形要求，布置合理。
附图说明
图1为一种复合型索托屋顶结构的平面布置图；
图2图1所示的复合型索托屋顶结构的A-A向主塔的结构示意 图；
图3为柔性索与屋顶结构的主梁的索托关系示意图；
图4为本发明的复合型索托屋顶结构的另一种实施方式平面布 置图。
图2图1所示的复合型索托屋顶结构的A-A向主塔的结构示意 图；
图3为柔性索与屋顶结构的主梁的索托关系示意图；
图4为本发明的复合型索托屋顶结构的另一种实施方式平面布 置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的复合型索托屋顶结构作 进一步说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1
图1所示的是一种复合型索托屋顶结构的一种实施方式示意图， 图中共有三对主塔1，形成圆形布局，在相间的每对主塔1之间张拉 有柔性索2，柔性索2构成了一张索网。结合图2及图3所示，建筑 结构的屋顶结构3中的主梁4以索2中点为对称轴对称的搭在柔性索 2上，即柔性索2以两塔1水平距离的中点为对称轴从屋顶结构3的 主梁4下穿过，将主梁4托住，每根柔性索2跨过主塔顶部的索鞍(为 现有技术，可以采用悬索结构中的索鞍，图中省略)，两端锚固在屋 顶结构3延伸至主塔1以外的屋顶结构的主梁的锚头(图中省略)上， 这样在两个主塔1间为索托结构，主塔1以外为斜拉结构。
在图1所示的这种圆形建筑结构中，由主塔构成的圆的直径为 70.7m，整个建筑结构的外圆直径为100m，相交的柔性索的内接圆的 直径仅有35.4m，即屋顶结构中悬空部分的实际跨度仅为35.4m，这 一部分相当于现有的穹顶结构或其它结构的屋顶结构的跨度部分。如 果增加主塔的数量，并使柔性索张拉在相隔两个主塔的主塔之间，则 柔性索张成的索网中间的内接圆的直径更小。因此这种复合型索托屋 顶结构，在保证屋顶结构的悬空部分跨度不增加的情况下，其屋顶结 构的实际跨度可以显著增大，尤其适用于跨度为900-1000m的任何结 构，如大型博物馆、场；展览馆；购物广场；展厅；大型海滨休闲娱 乐场，体育场、馆；大型飞机库，车库，候机厅，候车厅等。
实施例2
如图4所示，在本实施例中，12个主塔1形成矩形布局，主塔 之间的柔性索2形成了格网状索网从下面托住屋顶结构的主梁(图中 省略)，柔性索跨过主塔顶部的索鞍(图中省略)，柔性索的两端锚固 在延伸至主塔1之外的屋顶结构主梁的锚头(图中省略)上。
实施例1
图1所示的是一种复合型索托屋顶结构的一种实施方式示意图， 图中共有三对主塔1，形成圆形布局，在相间的每对主塔1之间张拉 有柔性索2，柔性索2构成了一张索网。结合图2及图3所示，建筑 结构的屋顶结构3中的主梁4以索2中点为对称轴对称的搭在柔性索 2上，即柔性索2以两塔1水平距离的中点为对称轴从屋顶结构3的 主梁4下穿过，将主梁4托住，每根柔性索2跨过主塔顶部的索鞍(为 现有技术，可以采用悬索结构中的索鞍，图中省略)，两端锚固在屋 顶结构3延伸至主塔1以外的屋顶结构的主梁的锚头(图中省略)上， 这样在两个主塔1间为索托结构，主塔1以外为斜拉结构。
在图1所示的这种圆形建筑结构中，由主塔构成的圆的直径为 70.7m，整个建筑结构的外圆直径为100m，相交的柔性索的内接圆的 直径仅有35.4m，即屋顶结构中悬空部分的实际跨度仅为35.4m，这 一部分相当于现有的穹顶结构或其它结构的屋顶结构的跨度部分。如 果增加主塔的数量，并使柔性索张拉在相隔两个主塔的主塔之间，则 柔性索张成的索网中间的内接圆的直径更小。因此这种复合型索托屋 顶结构，在保证屋顶结构的悬空部分跨度不增加的情况下，其屋顶结 构的实际跨度可以显著增大，尤其适用于跨度为900-1000m的任何结 构，如大型博物馆、场；展览馆；购物广场；展厅；大型海滨休闲娱 乐场，体育场、馆；大型飞机库，车库，候机厅，候车厅等。
实施例2
如图4所示，在本实施例中，12个主塔1形成矩形布局，主塔 之间的柔性索2形成了格网状索网从下面托住屋顶结构的主梁(图中 省略)，柔性索跨过主塔顶部的索鞍(图中省略)，柔性索的两端锚固 在延伸至主塔1之外的屋顶结构主梁的锚头(图中省略)上。