一种三环索的轮辐式索桁架结构体系的制作方法

1.本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种三环索的轮辐式索桁架结构体系。


背景技术：

2.目前，轮辐式索桁架结构具有简洁轻巧的建筑外观和优异的跨越能力，被广泛用于大型体育建筑的屋盖结构。该类结构的基本构成单元为内部的上、下环索，外侧的压环梁或压环桁架，以及连接环索与压环的索桁架。随着近些年国内体育建筑场馆规格的不断提高，观众人数越来越多，看台面积不断增加，导致屋盖结构的覆盖范围和跨度随之增加。
3.为满足上述需求，通过以下两种方式增加轮辐式索桁架结构的跨度：
4.一种方式是在索结构端部安装钢结构挑棚，如图1所示，包括：屋顶结构1、屋顶支承结构2、看台结构3、屋顶马道4和钢结构挑棚5，以实现更大的覆盖面积，但采用钢结构挑棚的方式，结构构件较大，重量较重。并且需要在索结构张拉完成后再单独进行钢结构挑棚的安装，施工难度大、周期长、风险高。
5.另一种方式是直接增加索桁架的跨度，但这种方式会带来建筑功能与结构性能之间的背离。传统的索桁架结构体系都具有一个特性，其环索位置的刚度较好，变形较小，但索桁架跨中位置刚度相对较小，变形较大。因此对于需要布置在屋面上的马道和设备等集中大荷载，放置在刚度较好的环索附近结构受力性能更合理。然而，结合图2可以看出，环索位置相对靠近球场中心，距离看台中部和后部的观众较远，布置在环索处的照明和声学设备效果很难满足专业球场的功能要求，须在刚度较小的索桁架跨中增设马道，以满足安装灯光和照明设备的要求，会增大索桁架的结构变形，导致结构和马道连接构造复杂，施工难度增加。
6.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，以解决现有技术中存在的技术问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.本发明提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，其包括：外圈索桁架结构和内圈索桁架结构；所述外圈索桁架结构设置有呈轮辐式布置的外圈索桁架、上环索、下环索以及外边界；所述内圈索桁架结构设置有呈轮辐式布置的内圈索桁架以及内环索；所述内环索位于屋顶中间区域，围合形成屋顶开口形状，所述内环索分别与上环索和下环索通过内圈索桁架连接。
10.优选地，所述呈轮辐式布置的外圈索桁架包括：外圈上径向索、外圈下径向索、主撑杆、以及介于外圈上径向索、外圈下径向索之间的外圈撑杆或外圈吊索；所述外圈上径向
索一端与外边界相连，另一端与上环索通过节点相连；所述外圈下径向索一端与外边界相连，另一端与下环索通过节点相连；所述主撑杆位于上环索、下环索之间，将上环索、下环索撑开形成结构高度；所述外圈撑杆或外圈吊索布置于外圈上径向索、外圈下径向索之间，使外圈上径向索和外圈下径向索形成曲率。
11.优选地，所述呈轮辐式布置的内圈索桁架包括内圈上径向索、内圈下径向索以及介于内圈上径向索、内圈下径向索之间的内圈撑杆或内圈吊索；所述内圈上径向索内端与内环索通过节点相连，外端连接于外圈索桁架结构的上环索节点上；所述内圈下径向索内端与内环索通过节点相连，外端连接于外圈索桁架结构的下环索节点上；所述内圈撑杆或内圈吊索布置于内圈上径向索、内圈下径向索之间，使内圈上径向索和内圈下径向索形成曲率。
12.优选地，所述内圈上径向索与外圈上径向索在上环索上交于同一点。所述内圈下径向索与外圈下径向索在下环索上交于同一点。
13.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
14.1、本发明的结构体系在不增加结构厚度的情况下，可以实现更大的跨越能力。
15.2、本发明的结构体系可以降低索桁架跨中位置的位移，提高结构刚度。
16.3、本发明双层环索的位置结构刚度大，变形较小，此位置更接近下部观众看台的中部，在该位置布置的设备具有更广的覆盖面，照明和声学设备可以集中布置在一圈马道上，达到建筑功能和结构受力性能的协调统一。同时减少屋面马道的数量，减少施工工序和周期，降低工程造价。
17.4、即使因不可避免的原因仍然需要设置两圈马道，本发明的结构体系在重力荷载下的结构最大位移值也会小于相同跨度的采用双环索的轮辐式索桁架结构的最大位移值，更有利于马道的设计。
18.5、本发明和采用在索桁架端部安装钢结构挑棚的方式相比，重量更轻，结构构件尺度更小。并且可以通过一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构的安装，施工便利性显著提高，施工周期大幅缩短。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为现有技术中采用在索结构端部增加钢结构挑棚的体育场结构组成示意图。
21.图2为现有技术中采用双环索的轮辐式索桁架结构的体育场结构组成示意图。
22.图3为本发明的三环索的轮辐式索桁架结构实施例一轴测图。
23.图4为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构立面图。
24.图5为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构典型剖面图。
25.图6为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构三维局部图。
26.图7为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构平面图。
27.图8为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构分解图。
28.图9为本发明实施例一提供的三环索的轮辐式索桁架结构细部分解图。
29.图10为本发明实施例一提供的三环索的索桁架结构组成示意图。
30.图11为本发明的三环索的轮辐式索桁架结构实施例二轴测图。
31.图12为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构立面图。
32.图13为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构典型剖面图。
33.图14为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构三维局部图。
34.图15为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构平面图。
35.图16为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构分解图。
36.图17为本发明实施例二提供的三环索的轮辐式索桁架结构细部分解图。
37.图18为本发明的三环索的轮辐式索桁架结构实施例三轴测图。
38.图19为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构立面图。
39.图20为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构典型剖面图。
40.图21为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构三维局部图。
41.图22为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构平面图。
42.图23为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构分解图。
43.图24为本发明实施例三提供的三环索的轮辐式索桁架结构细部分解图。
44.图25为本发明的三环索的轮辐式索桁架结构实施例四轴测图。
45.图26为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构立面图。
46.图27为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构典型剖面图。
47.图28为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构三维局部图。
48.图29为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构平面图。
49.图30为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构分解图。
50.图31为本发明实施例四提供的三环索的轮辐式索桁架结构细部分解图。
51.图标：1为屋顶结构，2为屋顶支承结构，3为看台结构，4为屋顶马道，5为钢结构挑棚，6为上环索，7为下环索，8为内环索，9为内圈索桁架结构，10为外圈索桁架结构，11为外边界，12为主撑杆，13为外圈下径向索，14为外圈上径向索，15为内圈上径向索，16为内圈下径向索，101为外圈撑杆，102为内圈吊索，201为外圈吊索，202为内圈撑杆。
具体实施方式
52.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
56.实施例一
57.结合图3至图10所示，本发明提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，其包括：外圈索桁架结构10和内圈索桁架结构9。优选地，所述外圈索桁架结构10包括：外边界11、上环索6、下环索7、外圈上径向索14、外圈下径向索13、主撑杆12、以及介于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间的外圈撑杆101；所述外圈上径向索14一端与外边界11相连，另一端与上环索6通过节点相连；所述外圈下径向索13一端与外边界11相连，另一端与下环索7通过节点相连；所述主撑杆12位于上环索6、下环索7之间，将上环索6、下环索7撑开形成结构高度；所述外圈撑杆101布置于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间，使外圈上径向索14和外圈下径向索13形成曲率。优选地，所述内圈索桁架结构9包括内环索8、内圈上径向索15、内圈下径向索16以及介于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间的内圈吊索102；所述内圈上径向索15内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架结构的上环索6节点上；所述内圈下径向索16内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的下环索7节点上；所述内圈吊索102布置于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间，使内圈上径向索15和内圈下径向索16形成曲率。优选地，所述内圈上径向索15与外圈上径向索14在上环索6上交于同一点。所述内圈下径向索16与外圈下径向索13在下环索7上交于同一点。
58.本发明的结构体系在不增加结构厚度的情况下，可以实现更大的跨越能力。本发明的结构体系可以降低索桁架跨中位置的位移，提高结构刚度。本发明双层环索的位置结构刚度大，变形较小，此位置更接近下部观众看台的中部，在该位置布置的设备具有更广的覆盖面，照明和声学设备可以集中布置在一圈马道上，达到建筑功能和结构受力性能的协调统一。同时减少屋面马道的数量，减少施工工序和周期，降低工程造价。即使因不可避免的原因仍然需要设置两圈马道，本发明的结构体系在重力荷载下的结构最大位移值也会小于相同跨度的采用双环索的轮辐式索桁架结构的最大位移值，更有利于马道的设计。本发明和采用在索桁架端部安装钢结构挑棚的方式相比，重量更轻，结构构件尺度更小。并且可以采用整体一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构1的安装，施工便利性显著提高，施工周期大幅缩短。
59.实施例二
60.结合图11至图17所示，本发明提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，其包括：外圈索桁架结构10和内圈索桁架结构9；优选地，所述外圈索桁架结构10包括：外边界11、上环索6、下环索7、外圈上径向索14、外圈下径向索13、主撑杆12、以及介于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间的外圈吊索201；所述外圈上径向索14一端与外边界11相连，另一端与上环索6通过节点相连；所述外圈下径向索13一端与外边界11相连，另一端与下环索7通过节点相连；所述主撑杆12位于上环索6、下环索7之间，将上环索6、下环索7撑开形成结构高度；所述外圈吊索201布置于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间，使外圈上径向索14和外圈下径向索13形成曲率。优选地，所述内圈索桁架结构9包括内环索8、内圈上径向索15、
内圈下径向索16以及介于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间的内圈吊索102；所述内圈上径向索15内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的上环索6节点上；所述内圈下径向索16内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的下环索7节点上；所述内圈吊索102布置于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间，使内圈上径向索15和内圈下径向索16形成曲率。优选地，所述内圈上径向索15与外圈上径向索14在上环索6上交于同一点。所述内圈下径向索16与外圈下径向索13在下环索7上交于同一点。
61.本发明的结构体系在不增加结构厚度的情况下，可以实现更大的跨越能力。本发明的结构体系可以降低索桁架跨中位置的位移，提高结构刚度。本发明双层环索的位置结构刚度大，变形较小，此位置更接近下部观众看台的中部，在该位置布置的设备具有更广的覆盖面，照明和声学设备可以集中布置在一圈马道上，达到建筑功能和结构受力性能的协调统一。同时减少屋面马道的数量，减少施工工序和周期，降低工程造价。即使因不可避免的原因仍然需要设置两圈马道，本发明的结构体系在重力荷载下的结构最大位移值也会小于相同跨度的采用双环索的轮辐式索桁架结构的最大位移值，更有利于马道的设计。本发明和采用在索桁架端部安装钢结构挑棚的方式相比，重量更轻，结构构件尺度更小。并且可以采用整体一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构1的安装，施工便利性显著提高，施工周期大幅缩短。
62.实施例三
63.结合图18至图24所示，本发明提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，其包括：外圈索桁架结构10和内圈索桁架结构9；优选地，所述外圈索桁架结构10包括：外边界11、上环索6、下环索7、外圈上径向索14、外圈下径向索13、主撑杆12、以及介于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间的外圈吊索201；所述外圈上径向索14一端与外边界11相连，另一端与上环索6通过节点相连；所述外圈下径向索13一端与外边界11相连，另一端与下环索7通过节点相连；所述主撑杆12位于上环索6、下环索7之间，将上环索6、下环索7撑开形成结构高度；所述外圈吊索201布置于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间，使外圈上径向索14和外圈下径向索13形成曲率。优选地，所述内圈索桁架结构9包括内环索8、内圈上径向索15、内圈下径向索16以及介于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间的内圈撑杆202；所述内圈上径向索15内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的上环索6节点上；所述内圈下径向索16内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的下环索7节点上；所述内圈撑杆202布置于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间，使内圈上径向索15和内圈下径向索16形成曲率。优选地，所述内圈上径向索15与外圈上径向索14在上环索6上交于同一点。所述内圈下径向索16与外圈下径向索13在下环索7上交于同一点。
64.本发明的结构体系在不增加结构厚度的情况下，可以实现更大的跨越能力。本发明的结构体系可以降低索桁架跨中位置的位移，提高结构刚度。本发明双层环索的位置结构刚度大，变形较小，此位置更接近下部观众看台的中部，在该位置布置的设备具有更广的覆盖面，照明和声学设备可以集中布置在一圈马道上，达到建筑功能和结构受力性能的协调统一。同时减少屋面马道的数量，减少施工工序和周期，降低工程造价。即使因不可避免的原因仍然需要设置两圈马道，本发明的结构体系在重力荷载下的结构最大位移值也会小于相同跨度的采用双环索的轮辐式索桁架结构的最大位移值，更有利于马道的设计。本发明和采用在索桁架端部安装钢结构挑棚的方式相比，重量更轻，结构构件尺度更小。并且可
以采用整体一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构1的安装，施工便利性显著提高，施工周期大幅缩短。
65.实施例四
66.结合图25至图31所示，本发明提供一种三环索的轮辐式索桁架结构体系，其包括：外圈索桁架结构10和内圈索桁架结构9；优选地，所述外圈索桁架结构10包括：外边界11、上环索6、下环索7、外圈上径向索14、外圈下径向索13、主撑杆12、以及介于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间的外圈撑杆101；所述外圈上径向索14一端与外边界11相连，另一端与上环索6通过节点相连；所述外圈下径向索13一端与外边界11相连，另一端与下环索7通过节点相连；所述主撑杆12位于上环索6、下环索7之间，将上环索6、下环索7撑开形成结构高度；所述外圈撑杆101布置于外圈上径向索14、外圈下径向索13之间，使外圈上径向索14和外圈下径向索13形成曲率。优选地，所述内圈索桁架结构9包括内环索8、内圈上径向索15、内圈下径向索16以及介于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间的内圈撑杆202；所述内圈上径向索15内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的上环索6节点上；所述内圈下径向索16内端与内环索8通过节点相连，外端连接于外圈索桁架构的下环索7节点上；所述内圈撑杆202布置于内圈上径向索15、内圈下径向索16之间，使内圈上径向索15和内圈下径向索16形成曲率。优选地，所述内圈上径向索15与外圈上径向索14在上环索6上交于同一点。所述内圈下径向索16与外圈下径向索13在下环索7上交于同一点。
67.本发明的结构体系在不增加结构厚度的情况下，可以实现更大的跨越能力。本发明的结构体系可以降低索桁架跨中位置的位移，提高结构刚度。本发明双层环索的位置结构刚度大，变形较小，此位置更接近下部观众看台的中部，在该位置布置的设备具有更广的覆盖面，照明和声学设备可以集中布置在一圈马道上，达到建筑功能和结构受力性能的协调统一。同时减少屋面马道的数量，减少施工工序和周期，降低工程造价。即使因不可避免的原因仍然需要设置两圈马道，本发明的结构体系在重力荷载下的结构最大位移值也会小于相同跨度的采用双环索的轮辐式索桁架结构的最大位移值，更有利于马道的设计。本发明和采用在索桁架端部安装钢结构挑棚的方式相比，重量更轻，结构构件尺度更小。并且可以采用整体一次提升、张拉即可完成整个屋顶结构1的安装，施工便利性显著提高，施工周期大幅缩短。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。