一种大跨度索杆张力屋盖结构体系

摘要

本发明公开了一种大跨度索杆张力屋盖结构体系，由葵花型索穹顶和环绕葵花型索穹顶的环形张拉整体连接构成，葵花型索穹顶包括一个中心拉力环，以中心拉力环为中心对称设置的N根内竖压杆和N根外竖压杆，N为大于等于4的正整数；环形张拉整体由N个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系。本发明具有材料利用率高、施工成本低等优点。

权利要求

1.一种大跨度索杆张力屋盖结构体系，其特征在于，该体系由葵花型索穹顶和环绕所述葵花型索穹顶的环形张拉整体连接构成，所述葵花型索穹顶包括一个中心拉力环(1)，以所述中心拉力环(1)为中心对称设置的N根内竖压杆(2)和N根外竖压杆(3)，N为大于等于4的正整数，所述中心拉力环(1)顶端与内竖压杆(2)顶端之间连接有第一内脊索(4)，中心拉力环(1)底端与内竖压杆(2)顶端之间连接有第一内斜索(5)，内竖压杆(2)顶端与两根最近的外竖压杆(3)顶端之间均连接有第二内脊索(4’)，内竖压杆(2)的底端与两根最近的外竖压杆(3)顶端之间均连接有第二内斜索(5’)，两相邻内竖压杆(2)的底端之间连接有内环索(6)，两相邻外竖压杆(3)的底端之间连接有外环索(7)；

所述环形张拉整体由N个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接而成，所述子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系，第i个张拉整体单元空间构型为：首先以在中心拉力环(1)所在直线上、且位于中心拉力环(1)底端下方的一点为整体

坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环(1)和外竖压杆(3)所构成的平面内且垂直于中心拉力环(1)的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环(1)底端方向为Z轴，构建得到的空间直角坐标系作为整体坐标系；

然后以整体坐标系中的点 为局部坐标原点，以MOi

方向为Xi轴，以整体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个张拉整体单元的局部坐标系，其中i为张拉整体单元的编号，i＝1,2,3……N，M为整体坐标系中坐标为(0,0,λ)的点，Zi方向仿射变换系数γ满足γ>0，Yi方向仿射变换系数λ满足 Xi方向仿射变换系数β满足 f为结构矢高；

所述子单元Ⅰ中各节点坐标为： B(0,-λ,γ)，

D(0,λ,γ)，E(-β,λ,0)，F(-β,-λ,0)，G(β,-λ,0)，

H(β,λ,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；

所述子单元Ⅱ中各节点坐标为： B’(0,-λ,-γ)，

D’(0,λ,-γ)，E’(-β,λ,0)，F’(-β,-λ,0)，

G’(β,-λ,0)，H’(β,λ,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索；

子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠；

中压杆(3)的底端和最近张拉整体单元的F点重合，中压杆(3)的顶端与最近张拉整

体单元的B点、B’点之间分别连接有外脊索(8)，中压杆(3)的顶端和最近张拉整体单元的G点之间连接有连接脊索(9)，中压杆(3)的底端和最近张拉整体单元的B点、B’点之间分别连接有外斜索(10)，所述外斜索(10)分别与拉索BF、B’F重合，中压杆(3)的底端和最近张拉整体单元的G点之间连接有连接斜索(11)，所述连接斜索(11)和拉索FG重合。

2.根据权利要求1所述的大跨度索杆张力屋盖结构体系，其特征在于，所述环形张拉整体中，每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA，分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

3.根据权利要求1或2所述的大跨度索杆张力屋盖结构体系，其特征在于，所述压杆与压杆连接的节点处，以及压杆和拉索连接的节点处均设置球铰。

说明书

一种大跨度索杆张力屋盖结构体系

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大跨度建筑物的预应力结构，具体涉及一种索杆张力屋盖结构体系。

背景技术

[0002] 随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，张拉整体结构和索穹顶结构以其灵活多变的表现力、轻盈动感的建筑构型和经济节约的钢材使用量得到了人们越来越多的
关注。

[0003] 张拉整体由于结构设计复杂，施工较困难，关于环形张拉整体的设计及施工至今没有成熟的理论，故在土木工程领域应用较少。葵花型索穹顶在国内外己经有一些设计及
施工经验，但是索穹顶多依附于刚性边界，成为体育场馆的屋顶，将自平衡全张力的索杆结
构作为葵花型索穹顶边界条件的工程实例尚无。

发明内容

[0004] 技术问题：本发明提供一种基于半规则张拉整体的环形自平衡索杆结构、能真正实现结构全张力的大跨度预应力屋盖结构体系。

[0005] 技术方案：本发明的大跨度索杆张力屋盖结构体系，由葵花型索穹顶和环绕葵花型索穹顶的环形张拉整体连接构成。葵花型索穹顶包括一个中心拉力环，以中心拉力环为
中心对称设置的N根内竖压杆和N根外竖压杆，N为大于等于4的正整数，中心拉力环顶端
与内竖压杆顶端之间连接有第一内脊索，中心拉力环底端与内竖压杆顶端之间连接有第一
内斜索，内竖压杆顶端与两根最近的外竖压杆顶端之间均连接有第二内脊索，内竖压杆的
底端与两根最近的外竖压杆顶端之间均连接有第二内斜索两相邻内竖压杆的底端之间连
接有内环索，两相邻外竖压杆的底端之间连接有外环索；

[0006] 环形张拉整体由N个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉
索构成的自平衡稳定结构体系。第i(i＝1,2,3……N)个张拉整体单元空间构型为：

[0007] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下方的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心拉力
环的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，构建得到的空间
直角坐标系作为整体坐标系；

[0008] 然后以整体坐标系中的点 为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，以整体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，
构建第i个张拉整体单元的局部坐标系，其中i为张拉整体单元的编号，M为整体坐标系中
坐标为(0,0,λ)的点，Zi方向仿射变换系数γ满足γ>0，Yi方向仿射变换系数λ满足
Xi方向仿射变换系数β满足

[0009] 子单 元Ⅰ中各 点坐标 为： B(0,-λ,γ)，D(0,λ,γ)，E(-β,λ,0)，F(-β,-λ,0)，G(β,-λ,0)，
H(β,λ,0)。其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索。

[0010] 子单元Ⅱ中各点坐标为： B’(0,-λ,-γ)，D’(0,λ,-γ)，E’(-β,λ,0)，F’(-β,-λ,0)，
G’(β,-λ,0)，H’(β,λ,0)。其中A’H’、B’E’、C’F’、D’’G之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ
上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

[0011] 中压杆的底端和最近张拉整体单元的F点重合，中压杆的顶端和最近张拉整体单元的B、B’点连接有外脊索，中压杆的顶端和最近张拉整体单元的G点连接有连接脊索，中
压杆的底端和最近张拉整体单元的B、B’点连接有连接斜索，连接斜索和拉索BF、B’F重合，中压杆的底端和最近张拉整体单元的G点连接有外斜索，外斜索和拉索FG重合。

[0012] 本发明的大跨度索杆张力屋盖结构体系中，环形张拉整体中，每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA，分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0013] 本发明的优选方案中，为了便于在施工时连接共用节点，压杆与压杆连接的节点处，以及压杆和拉索连接的节点处均设置球铰球铰，球铰包括球状的心部和铰接于心部上
的三个可转动的连接部。

[0014] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

[0015] 1)结构体系上：现有结构索穹顶大多支承于混凝土结构或钢结构等刚性环梁，而本发明葵花型索穹顶依附于环形张拉整体的自平衡边界，两种结构形成全张力的结构体
系，充分发挥了两种结构体系的优势；

[0016] 2)力学性能上：现有结构构件破坏大多因为受弯或受扭，而本发明结构体系中所有的索受拉，杆受压，在最大程度上节省了钢材，轻型高效，充分发挥了材料的强度，提升了材料的使用效率；

[0017] 3)结构构建方法上：现有结构大多采用施工现场制作或部分工厂预制的方法，而本发明结构体系的所有构件都是先在工厂预制，大大提高了构件的可靠度。现场作业全部
为装配施工和预应力施工，最大程度的减少了施工过程对环境的影响，降低了现场工人的
劳动强度和难度，缩短了施工周期，同时也降低了施工成本。

附图说明

[0018] 图1是本发明实施例1的结构示意图；

[0019] 图2a是本发明子单元Ⅰ仿射变换初始图轴测图；

[0020] 图2b是本发明子单元Ⅰ仿射变换初始图主视图；

[0021] 图3是本发明实施例1的仿射变换坐标示意图；

[0022] 图4是本发明实施例1的葵花型索穹顶结构示意图；

[0023] 图5是本发明实施例1的环形张拉整体结构示意图；

[0024] 图6是整体坐标系与局部坐标系相对关系示意图；

[0025] 图7是本发明实施例1中镜像拼装的坐标示意图；

[0026] 图8a是本发明实施例1中子单元Ⅰ的示意图；

[0027] 图8b是本发明实施例1中子单元Ⅱ的示意图；

[0028] 图9是本发明实施例2的结构示意图；

[0029] 图10是本发明实施例3的结构示意图；

[0030] 图11是本发明实施例4的结构示意图；

[0031] 图12是本发明实施例5的结构示意图；

[0032] 图13是本发明实施例6的结构示意图。

[0033] 图中有：中心拉力环1，内竖压杆2，外竖压杆3，第一内脊索4，第二内脊索4’，第一内斜索5，第二内斜索5’，内环索6，外环索7，外脊索8，连接脊索9，外斜索10，连接斜索11

具体实施方式

[0034] 下面结合四个实施例和说明书附图，对本发明作进一步具体说明。

[0035] 实施例1：本发明的一种大跨度索杆张力屋盖结构体系，如图1所示，由葵花型索穹顶和环形张拉整体组成，其中张拉整体单元个数N取为12，Xi方向仿射变换系数β取为
0.5，Yi方向仿射变换系数λ取为1，Zi方向仿射变换系数γ取为1，仿射变换初始图如图
2所示，Xi方向仿射变换过程如图3所示，结构矢高f按照实际建筑使用功能要求取为2.2，
中压杆3的底端和最近张拉整体单元的F点重合，中压杆3的顶端和最近张拉整体单元的
B、B’点连接有外脊索8，中压杆3的顶端和最近张拉整体单元的G点连接有连接脊索9，中
压杆3的底端和最近张拉整体单元的B、B’点连接有外斜索10，外斜索10和拉索BF、B’F
重合，中压杆3的底端和最近张拉整体单元的G点连接有连接斜索11，连接斜索11和拉索
FG重合。

[0036] 其中的葵花型索穹顶如图4所示，包括一个中心拉力环1，十二根内竖压杆2和十二根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索
6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。中心拉力环1采用本领
域现有常用构件，为直杆状，其中内竖压杆2与外竖压杆3分别排列于以中心拉力环1为圆
心的两个水平同心圆上，使得内竖压杆2均与中心拉力环1平行等距，外竖压杆3均与中心
拉力环1平行等距。中心拉力环1顶端与内竖压杆2顶端之间连接有第一内脊索4，中心拉
力环1底端与内竖压杆2顶端之间连接有第一内斜索5，内竖压杆2顶端与两根最近的外竖
压杆3顶端之间均连接有第二内脊索4’，内竖压杆2的底端与两根最近的外竖压杆3顶端
之间均连接有第二内斜索5’两相邻内竖压杆2的底端之间连接有内环索6，两相邻外竖压
杆3的底端之间连接有外环索7；

[0037] 其中的环形张拉整体如图5所示，包括12个子单元Ⅰ和12个子单元Ⅱ，环形张拉整体由12个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ
和子单元Ⅱ拼接而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡
稳定结构体系，第i(i＝1,2,3……12)个张拉整体单元空间构型为：

[0038] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心拉力环
1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X轴、Z轴均过整
体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为整体坐标系。整体
坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原点O(0,0,0)与中心拉
力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。

[0039] 然后以整体坐标系中的点 为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，以整体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建
第i个张拉整体单元的局部坐标系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,1)的点，局部坐标系与
整体坐标系的相对关系示意图如图6所示，子单元Ⅰ中各点坐标为：
B(0,-1,1)， D(0,1,1)，E(-0.5,1,0)，F(-0.5,-1,0)，G(0.5,-1,0)，
H(0.5,1,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为： B’(0,-1,-1)，
D’(0,1,-1)，E’(-0.5,1,0)，F’(-0.5,-1,0)，G’(0.5,-1,0)，
H’(0.5,1,0)，其中A’H、B’E、C’F、D’G之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠，镜像过程如图7所示。

[0040] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。在压杆与压杆连接以及压杆和拉索连接的节点处设置球铰。球铰包括球状的心部和铰接于心部上的多个可转动的连接部。

[0041] 本发明的一种大跨度索杆张力屋盖结构的构造过程，包括以下步骤：

[0042] 1)如图2所示，为了构建环形张拉整体结构，在上述局部坐标系中，根据已有经典的4杆12索半八面体规则张拉整体单元，对其A、C两点坐标进行变换。要使A、B、C、D四
点在同一平面内以满足拼接要求，A、C两点坐标必须满足以下数学关系：

[0043] YA＝YC

[0044] ZC＝1+p

[0045] ZA＝1-p

[0046] ZC＝1+YC

[0047] 式中p为一假定变量且满足0

[0048] 2)仿射变换过程：将所有点X坐标乘以系数0.5，变换过程如图3所示；

[0049] 3)仿射变换后所得的子单元Ⅰ镜像得子单元Ⅱ，子单元Ⅰ与子单元Ⅱ由镜像拼装得到张拉整体单元，如图7所示，拼接面为平面ABCD，子单元Ⅰ与子单元Ⅱ如图8所示；

[0050] 4)基于设计要求的张拉整体单元数目N、仿射变换系数β、λ、γ等参数，确定由若干张拉整体单元拼装组成环形张拉整体结构，如图5所示，拼接面为平面EFGH；

[0051] 5)基于步骤4)中环形张拉整体的最终构型以及整体结构的矢高f，确定葵花型索穹顶的构型；

[0052] 6)在安装现场按照步骤4)、5)确定的构型分别完成环形张拉整体施工和索穹顶的装配；

[0053] 7)采用顶升法把索穹顶安装到环形张拉整体上，采用球铰将共用节点相连，共用索设置双索。

[0054] 实施例2：本实施例中，张拉整体单元个数N取为4，Xi方向仿射变换系数β取为0.5，Yi方向仿射变换系数λ取为2，Zi方向仿射变换系数γ取为3，结构矢高f按照实际
建筑使用功能要求取为6.5，如图9所示。本实施例由葵花型索穹顶和环形张拉整体组成，
葵花型索穹顶与环形张拉整体的连接方式与实施例1类同。

[0055] 其中的葵花型索穹顶，包括一个中心拉力环1，四根内竖压杆2和四根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。各构件连接方式与实施例1类同。

[0056] 其中的环形张拉整体，包括4个子单元Ⅰ和4个子单元Ⅱ，环形张拉整体由4个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接
而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系，
第i(i＝1,2,3,4)个张拉整体单元空间构型为：

[0057] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心拉
力环1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X轴、Z轴
均过整体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为整体坐标
系。整体坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原点O(0,0,0)
与中心拉力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。然后以整体坐标系中的点
为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，以整体坐标系中Z
轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个张拉整体单元的局部坐标
系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,2)的点。子单元Ⅰ中各点坐标为：A(-0.5,0.334,2.5)，
B(0,-2,3)，C(0.5,0.334,2.5)，D(0,2,3)，E(-0.5,2,0)，F(-0.5,-2,0)，G(0.5,-2,0)，
H(0.5,2,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为：A’(-0.5,0.334,-2.5)，B’(0,-2,-3)，
C’(0.5,0.334,-3.5)，D’(0,2,3)，E’(-0.5,2,0)，F’(-0.5,-2,0)，G’(0.5,-2,0)，
H’(0.5,2,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、
F’、G’、H’对应重叠。

[0058] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0059] 本实施例的构造过程与实施例1类同。

[0060] 实施例3：本实施例中，张拉整体单元个数N取为7，Xi方向仿射变换系数β取为0.2，Yi方向仿射变换系数λ取为0.5，Zi方向仿射变换系数γ取为1，结构矢高f按照实
际建筑使用功能要求取为2.1，如图10所示。本实施例由葵花型索穹顶和环形张拉整体组
成，葵花型索穹顶与环形张拉整体的连接方式与实施例1类同。

[0061] 其中的葵花型索穹顶，包括一个中心拉力环1，七根内竖压杆2和七根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。各构件连接方式与实施例1类同。

[0062] 其中的环形张拉整体，包括7个子单元Ⅰ和7个子单元Ⅱ，环形张拉整体由7个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接
而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系，
第i(i＝1,2,3,……7)个张拉整体单元空间构型为：

[0063] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心
拉力环1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X轴、
Z轴均过整体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为整
体坐标系。整体坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原点
O(0,0,0)与中心拉力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。然后以整体坐标
系中的点 为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，以整
体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个张拉整体
单元的局部坐标系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,0.5)的点。子单元Ⅰ中各点坐标为：
A(-0.2,0.048,0.904)，B(0,-0.5,1)，C(0.2,0.048,1.097)，D(0,0.5,1)，E(-0.2,0.5,0)，F(-0.2,-0.5,0)，G(0.2,-0.5,0)，H(0.2,0.5,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，
AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为：
A’(-0.2,0.048,-0.904)，B’(0,-0.5,-1)，C’(0.2,0.048,-1.097)，D’(0,0.5,-1)，
E’(-0.2,0.5,0)，F’(-0.2,-0.5,0)，G’(0.2,-0.5,0)，H’(0.2,0.5,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

[0064] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0065] 本实施例的构造过程与实施例1类同。

[0066] 实施例4：本实施例中，张拉整体单元个数N取为10，Xi方向仿射变换系数β取为0.3，Yi方向仿射变换系数λ取为1，Zi方向仿射变换系数γ取为0.8，结构矢高f按照实
际建筑使用功能要求取为1.7，如图11所示。本实施例由葵花型索穹顶和环形张拉整体组
成，葵花型索穹顶与环形张拉整体的连接方式与实施例1类同。

[0067] 其中的葵花型索穹顶，包括一个中心拉力环1，十根内竖压杆2和十根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。各构件连接方式与实施例1类同。

[0068] 其中的环形张拉整体，包括10个子单元Ⅰ和10个子单元Ⅱ，环形张拉整体由10个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ
拼接而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体
系，第i(i＝1,2,3,……10)个张拉整体单元空间构型为：

[0069] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中
心拉力环1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X
轴、Z轴均过整体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为
整体坐标系。整体坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原
点O(0,0,0)与中心拉力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。然后以整体
坐标系中的点 为局部坐标原点，以MOi方向为Xi
轴，以整体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个
张拉整体单元的局部坐标系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,1)的点。子单元Ⅰ中各
点 坐 标 为：A(-0.3,0.122,0.703)，B(0,-1,0.8)，C(0.3,0.122,0.897)，D(0,1,0.8)，
E(-0.3,1,0)，F(-0.3,-1,0)，G(0.3,-1,0)，H(0.3,1,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置
压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为：A’(-0.3,0.122,-0.703)，B’(0,-1,-0.8)，C’(0.3,0.122,-0.897)，D’(0,1,-0.8)，E’(-0.3,1,0)，F’(-0.3,-1,0)，G’(0.3,-1,0)，H’(0.3,1,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ
上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

[0070] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0071] 本实施例的构造过程与实施例1类同。

[0072] 实施例5：本实施例中，张拉整体单元个数N取为8，Xi方向仿射变换系数β取为0.6，Yi方向仿射变换系数λ取为1.2，Zi方向仿射变换系数γ取为1.5，结构矢高f按照
实际建筑使用功能要求取为2.5，如图12所示。本实施例由葵花型索穹顶和环形张拉整体
组成，葵花型索穹顶与环形张拉整体的连接方式与实施例1类同。

[0073] 其中的葵花型索穹顶，包括一个中心拉力环1，十根内竖压杆2和十根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。各构件连接方式与实施例1类同。

[0074] 其中的环形张拉整体，包括8个子单元Ⅰ和8个子单元Ⅱ，环形张拉整体由8个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接
而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系，
第i(i＝1,2,3,……8)个张拉整体单元空间构型为：

[0075] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中
心拉力环1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X
轴、Z轴均过整体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为
整体坐标系。整体坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原
点O(0,0,0)与中心拉力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。然后以整体坐
标系中的点 为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，
以整体坐标系中Z轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个张拉
整体单元的局部坐标系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,1.2)的点。子单元Ⅰ中各点
坐 标 为：A(-0.6,0.311,1.251)，B(0,-1.2,1.5)，C(0.6,0.311,1.749)，D(0,1.2,1.5)，
E(-0.6,1.2,0)，F(-0.6,-1.2,0)，G(0.6,-1.2,0)，H(0.6,1.2,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为：A’(-0.6,0.311,-1.251)，B’(0,-1.2,-1.5)，C’(0.6,0.311,-1.749)，D’(0,1.2,-1.5)，E’(-0.6,1.2,0)，F’(-0.6,-1.2,0)，G’(0.6,-1.2,0)，H’(0.6,1.2,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

[0076] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0077] 本实施例的构造过程与实施例1类同。

[0078] 实施例6：本实施例中，张拉整体单元个数N取为6，Xi方向仿射变换系数β取为2，Yi方向仿射变换系数λ取为3，Zi方向仿射变换系数γ取为8，结构矢高f按照实际建
筑使用功能要求取为6.5，如图13所示。本实施例由葵花型索穹顶和环形张拉整体组成，葵
花型索穹顶与环形张拉整体的连接方式与实施例1类同。

[0079] 其中的葵花型索穹顶，包括一个中心拉力环1，十根内竖压杆2和十根外竖压杆3，以及第一内脊索4、第一内斜索5、第二内脊索4’、第二内斜索5’、内环索6、外环索7、外脊索8、连接脊索9，以及外斜索10和连接斜索11。各构件连接方式与实施例1类同。

[0080] 其中的环形张拉整体，包括6个子单元Ⅰ和6个子单元Ⅱ，环形张拉整体由6个张拉整体单元首尾连接构成，每个张拉整体单元由互为镜像对称的子单元Ⅰ和子单元Ⅱ拼接
而成，子单元Ⅰ和子单元Ⅱ分别是由四根压杆和十二根拉索构成的自平衡稳定结构体系，
第i(i＝1,2,3,……6)个张拉整体单元空间构型为：

[0081] 首先以在中心拉力环1所在直线上、且位于中心拉力环1底端下的一点为整体坐标原点O(0,0,0)，以位于中心拉力环1和外竖压杆3所构成的平面内且垂直于中心拉
力环1的直线方向为X轴，以整体坐标原点指向中心拉力环1底端方向为Z轴，X轴、Z轴
均过整体坐标原点O(0,0,0)，然后按右手法则构建出右手空间直角坐标系作为整体坐标
系。整体坐标系中，Y轴与轴X、Z轴都垂直。其中结构的矢高，即整体坐标原点O(0,0,0)
与中心拉力环1底端的距离f按照建筑功能使用要求确定。然后以整体坐标系中的点
为局部坐标原点，以MOi方向为Xi轴，以整体坐标系中Z
轴方向为Yi轴，以与Xi、Yi轴都垂直的方向为Zi轴，构建第i个张拉整体单元的局部坐标
系，M为整体坐标系中坐标为(0,0,3)的点。子单元Ⅰ中各点坐标为：A(-2,1.299,6.845)，
B(0,-3,8)，C(2,1.299,9.155)，D(0,3,8)，E(-2,3,0)，F(-2,-3,0)，G(2,-3,0)，H(2,3,0)，其中AH、BE、CF、DG之间设置压杆，AB、BC、CD、DA、EF、FG、GH、HE、AE、BF、CG、DH之间设置拉索；子单元Ⅱ中各点坐标为：

[0082] A’(-2,1.299,-6.845)，B’(0,-3,-8)，C’(2,1.299,-9.155)，D’(0,3,-8)，E’(-2,3,0)，F’(-2,-3,0)，G’(2,-3,0)，H’(2,3,0)，其中A’H’、B’E’、C’F’、D’G’之间设置压杆，A’B’、B’C’、C’D’、D’A’、E’F’、F’G’、G’H’、H’E’、A’E’、B’F’、C’G’、D’H’之间设置拉索。子单元Ⅰ与子单元Ⅱ关于平面EFGH镜像对称，其中子单元Ⅰ上的节点E、
F、G、H分别与子单元Ⅱ上的节点E’、F’、G’、H’对应重叠。

[0083] 每个张拉整体单元的子单元Ⅰ上的拉索AB、BC、CD、DA分别与相邻张拉整体单元的子单元Ⅱ上的拉索A’B’、B’C’、C’D’、D’A’对应重叠。

[0084] 葵花型索穹顶内部、环形张拉整体内部，以及葵花型索穹顶与环形张拉整体之间，在压杆与压杆连接以及压杆和拉索连接的节点处设置球铰。球铰包括球状的心部和铰接于
心部上的多个可转动的连接部。

[0085] 本实施例的构造过程与实施例1类同。

[0086] 应理解上述实施例仅用于说明本发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替
换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。