阅读说明：本技术 一种索膜协同作用的大曲率索膜结构 (Cable membrane structure with large curvature and synergistic effect of cable membrane ) 是由 孙国军 石冬 李铁东 曹晓凯 张志才 徐达发 吴明泽 袁军 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种索膜协同作用的大曲率索膜结构,包括外围刚性边缘构件、径向索、横向索、膜、索夹和夹膜板；径向索和横向索分布于外围刚性边缘构件围成的索膜分布区内,径向索与横向索的交叉位置处通过索夹限位固定,径向索的两端与横向索的两端均通过可调节式锚具与外围刚性边缘构件连接；径向索的索体穿设在膜上索套内,膜的边缘处沿着膜的边缘轮廓安装有夹膜板,夹膜板通过若干个调节螺栓与外围刚性边缘构件连接；本发明通过共同张拉索网及单层膜形成稳定结构,在该结构中单层索网为主要受力结构,具有刚度大、稳定性好的优点,通过对索进行张拉,通过控制径向索及横向索的索力形成目标曲面,能够制造多种形状的索膜结构。(The invention discloses a large-curvature cable membrane structure with cable membrane synergistic effect, which comprises a peripheral rigid edge member, radial cables, transverse cables, a membrane, a cable clamp and a membrane clamping plate, wherein the peripheral rigid edge member is arranged on the periphery of the cable membrane; the radial cables and the transverse cables are distributed in a cable membrane distribution area defined by the peripheral rigid edge member, the crossing positions of the radial cables and the transverse cables are limited and fixed through cable clamps, and the two ends of the radial cables and the two ends of the transverse cables are connected with the peripheral rigid edge member through adjustable anchors; the cable body of the radial cable is arranged in the cable sleeve on the membrane in a penetrating way, the edge of the membrane is provided with a membrane clamping plate along the edge profile of the membrane, and the membrane clamping plate is connected with the peripheral rigid edge component through a plurality of adjusting bolts; the cable membrane structure has the advantages of high rigidity and good stability by jointly tensioning the cable net and the single-layer membrane to form a stable structure, and the single-layer cable net in the structure is a main stressed structure.)

一种索膜协同作用的大曲率索膜结构

技术领域

本发明涉及建筑膜结构技术领域，特别是涉及一种索膜协同作用的大曲率索膜结构。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对公共活动空间如大型的展览馆、体育场馆、机场、火车站等欲求与日俱增；同时，随着人们的审美水平不断提高，对建筑的美观、轻盈等要求也在不断的增加；索膜结构以其丰富的色彩，轻盈的结构形式，美观的造型也越来越受大众欢迎。这些现象极大的促进了索膜结构的不断创新。不仅是在安全、经济方面的创新，更重要的是在造型方面的创新，满足人们不断更新的审美需求。

近年来，索膜结构在国内外体育场、展览馆、高铁站的建设中应用较多。索膜结构受力合理，结构效能较高，传力路径清晰，在充分利用了高强度拉索的受力性能，保证结构刚度、降低用钢量的同时利用了膜材具有透光性好、色彩丰富等特点使结构变得轻盈、富于表现力。

目前，在张拉膜结构中多以单层张拉式膜结构为主，这种结构是通过为杆等构件提供支撑点，并在周围设置锚固点，通过张拉单层膜材而形成稳定的体系，这种依靠张拉单层膜形成的体系，刚度小，结构稳定性不足；且一般所使用的膜材为涂层织物类膜材，透光性能较差。而且在索网结构中，平面形状多采用矩形、多边形、菱形、圆形、椭圆形等较为规则的形状，形状较为单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种索膜协同作用的大曲率索膜结构，以解决上述现有技术存在的问题，通过共同张拉索网及单层膜形成稳定结构，在该结构中单层索网为主要受力结构，具有刚度大、稳定性好的优点，通过对索进行张拉，通过控制径向索及横向索的索力形成目标曲面，能够制造多种形状的索膜结构。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种索膜协同作用的大曲率索膜结构，包括***刚性边缘构件、径向索、横向索、膜、索夹和夹膜板；所述径向索和所述横向索均设置有若干根，若干根所述径向索径向分布于所述***刚性边缘构件围成的索膜分布区内，若干根所述横向索横向分布于所述***刚性边缘构件围成的索膜分布区内，所述径向索与所述横向索的交叉位置处通过所述索夹限位固定，所述径向索的两端与所述横向索的两端均通过可调节式锚具与所述***刚性边缘构件连接；所述膜张拉于所述***刚性边缘构件围成的索膜分布区内，所述膜的内侧分布有若干与所述径向索配合设置的膜上索套，所述径向索的索体穿设在所述膜上索套内，所述膜的边缘处沿着所述膜的边缘轮廓安装有夹膜板，所述夹膜板通过若干个调节螺栓与所述***刚性边缘构件连接。

优选地，所述膜为单层ETFE膜。

优选地，所述***刚性边缘构件为混凝土支承构件或钢支承构件或铝合金支承构件。

优选地，所述径向索和所述横向索的索体为Galfan镀层拉索或不锈钢拉索或FRP索。

优选地，所述可调节式锚具为叉耳套筒调节式锚具，包括索体端部索头、套筒、双耳索头、第一螺杆和第二螺杆，所述索体端部索头的内腔一端设置有铆片，所述径向索或所述横向索的索体端部伸入到所述索体端部索头的内腔内并通过所述铆片与所述索体端部索头连接，所述索体端部索头的内腔的另一端与所述第一螺杆螺纹连接，所述双耳索头一端通过铆钉与所述***刚性边缘构件连接，所述双耳索头另一端与所述第二螺杆螺纹连接，所述第一螺杆突出于所述索体端部索头的一端与所述第二螺杆突出于所述双耳索头的一端通过所述套筒连接。

优选地，所述索夹包括竖向依次设置的第一夹片、第二夹片和第三夹片，所述第一夹片的底部设置有第一夹持槽，所述第二夹片的顶部设置有与所述第一夹持槽配合设置的第二夹持槽，所述横向索的索体夹持在所述第一夹持槽和所述第二夹持槽内，所述第二夹片的底部设置有第三夹持槽，所述第三夹片的顶部设置有与所述第三夹持槽配合的第四夹持槽，所述径向索夹持在所述第三夹持槽和所述第四夹持槽内，所述第一夹片、所述第二夹片和所述第三夹片之间通过高强螺栓连接，所述高强螺栓旋紧使所述第一夹片、所述第二夹片和所述第三夹片夹紧所述径向索和所述横向索。

优选地，所述膜上索套设置于膜的内侧，所述膜上索套为两侧热压在所述膜上的膜片。

优选地，所述夹膜板为铝合金材质，所述夹膜板的两端均设置有卡接槽，所述膜的边缘处包裹有胶条，所述胶条卡接在所述夹膜板一端的卡接槽内，所述调节螺栓的螺帽卡接在所述夹膜板另一端的卡接槽内，所述调节螺栓的螺杆端则通过螺母与所述***刚性边缘构件限位连接。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的索膜协同作用的大曲率索膜结构，通过索网对单层张拉膜进行加劲，使得结构刚度增大，稳定性增强，能够制作大曲率索膜结构，且形状也可以更为多样性。使用的材料为ETFE膜材，相对于涂层织物类膜材透光率好、造型美观、质量轻。索网加强的大曲率伞状单层ETFE膜结构具有结构形式新颖、结构受力合理、建筑造型美观等优点，而且便于制作和安装，具有较强的实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明中索膜协同作用的大曲率索膜结构的轴侧图；

图2为本发明中索膜协同作用的大曲率索膜结构的俯视图；

图3为本发明中膜上索套的结构示意图；

图4为本发明中可调节式锚具的结构示意图；

图5为本发明中索夹与径向索和横向索的俯向装配示意图；

图6为本发明中索夹与径向索和横向索的立体装配示意图；

图7为本发明中第一夹片的结构示意图；

图8为本发明中第二夹片的结构示意图；

图9为本发明中第三夹片的结构示意图；

图10为本发明膜、夹膜板、调节螺栓和***刚性边缘构件的装配示意图；

图11为本发明膜与夹膜板的局部立体装配示意图；

图中：1-***刚性边缘构件；2-径向索；3-横向索；4-膜；5-膜上索套；6-索夹；7-夹膜板；8-调节螺栓；9-索体端部索头；10-套筒；11-双耳索头；12-第一螺杆；13-第二螺杆；14-铆片；15-铆钉；16-第一夹片；17-第二夹片；18-第三夹片；19-第一夹持槽；20-第二夹持槽；21-第三夹持槽；22-第四夹持槽；23-高强螺栓；24-胶条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种索膜协同作用的大曲率索膜结构，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种索膜协同作用的大曲率索膜结构，该索膜协同作用的大曲率索膜结构具体为一种双向负高斯大曲率伞状单层膜结构，如图1、图2所示，包括***刚性边缘构件1、径向索2、横向索3、膜4、索夹6和夹膜板7；径向索2和横向索3均设置有若干根，若干根径向索2径向分布于***刚性边缘构件1围成的索膜分布区内，若干根横向索3横向分布于***刚性边缘构件1围成的索膜分布区内；径向索2与横向索3的交叉位置处通过索夹6限位固定；径向索2的两端与横向索3的两端均通过可调节式锚具与***刚性边缘构件1连接，连接后通过调节可调节式锚具可以改变索力，起到控制索力的作用；膜4张拉于***刚性边缘构件1围成的索膜分布区内，膜4的内侧分布有若干与径向索2配合设置的膜上索套5，径向索2的索体穿设在膜上索套5内，使其在张拉过程中起到共同受力的作用；膜4的边缘处沿着膜4的边缘轮廓安装有夹膜板7，夹膜板7通过若干个调节螺栓8与***刚性边缘构件1连接，通过调节调节螺栓8的长度对膜4施加预应力。

本实施例中，膜4为优选为单层ETFE膜，ETFE膜透光率最高可达95％，且同等面积下质量仅为玻璃的1％，因此在结构中起到了很好的装饰作用，且在其张拉过程中形成一定的初始刚度，对抵抗外界荷载具有一定作用。膜上索套5设置于膜4的内侧，如图3所示，膜上索套5为两侧热压在膜4上的膜片，制成膜上索套5的膜片与膜4的材质相同，当膜4为单层ETFE膜时，膜上索套5也为ETFE膜。

本实施例中，***刚性边缘构件1为混凝土支承构件或钢支承构件或铝合金支承构件；***刚性边缘构件1根据所需形状的索膜结构进行预制，在装配过程在其围成的索膜分布区内安装横向索3、径向索2、单层ETFE膜和其他相关配件即可。

本实施例中，径向索2和横向索3的索体为Galfan镀层拉索或不锈钢拉索或FRP索。

如图4所示，可调节式锚具为叉耳套筒调节式锚具，包括索体端部索头9、套筒10、双耳索头11、第一螺杆12和第二螺杆13，索体端部索头9的内腔一端设置有铆片14，径向索2或横向索3的索体端部伸入到索体端部索头9的内腔内并通过铆片14与索体端部索头9连接(图3所示为可调节式锚具与径向索2连接)，索体端部索头9的内腔的另一端与第一螺杆12螺纹连接，双耳索头11一端通过铆钉15与***刚性边缘构件1连接，双耳索头11另一端与第二螺杆13螺纹连接，第一螺杆12突出于索体端部索头9的一端与第二螺杆13突出于双耳索头11的一端通过套筒10连接；在安装径向索2和横向索3时，通过螺纹连接调节锚具上的第一螺杆12和第二螺杆13的长度，来控制径向索2或横向索3的长度来赋予和改变径向索2或横向索3的预应力。

如图5-9所示，索夹6包括竖向依次设置的第一夹片16、第二夹片17和第三夹片18，第一夹片16的底部设置有第一夹持槽19，第二夹片17的顶部设置有与第一夹持槽19配合设置的第二夹持槽20，横向索3的索体夹持在第一夹持槽19和第二夹持槽20内，第二夹片17的底部设置有第三夹持槽21，第三夹片18的顶部设置有与第三夹持槽21配合的第四夹持槽22，径向索2夹持在第三夹持槽21和第四夹持槽22内，第一夹片16、第二夹片17和第三夹片18之间通过高强螺栓23连接，高强螺栓23旋紧使第一夹片16、第二夹片17和第三夹片18夹紧径向索2和横向索3；径向索2和横向索3的交叉位置处相对的膜4上不设置膜上索套5，径向索2穿设在膜上索套5内与膜4连接在一起后，在其底部布置横向索3，再通过索夹6将径向索2和横向索3夹持固定即可；索夹6的设置可以防止交叉的径向索2和横向索3之间出现滑移，保证结构的稳定性。

如图10-11所示，夹膜板7为铝合金材质，夹膜板7的两端均设置有卡接槽，膜4的边缘处包裹有胶条24，胶条24随着膜4的边缘轮廓周向分布，胶条24卡接在夹膜板7一端的卡接槽(此卡接槽为圆形卡槽)内，调节螺栓8的螺帽卡接在夹膜板7另一端的卡接槽(此卡槽为矩形卡槽)内，调节螺栓8的螺杆端则通过螺母与***刚性边缘构件1限位连接；调节螺栓8的数量根据索膜结构的大小和规格灵活选择。

本发明提供的索膜协同作用的大曲率索膜结构，实施时包括以下步骤：

首先对该大曲率膜结构进行找形。在找形过程中得到径向索2、横向索3及单层ETFE膜(膜4在此处优选为单层ETFE膜)的各关键节点坐标。

然后在考虑预留伸缩量的基础上对其进行单层ETFE膜裁剪分析。并得到其下料尺寸，在工厂加工单层ETFE膜且完成膜上索套5的加工。

在施工之前，将径向索2穿过单层ETFE膜上的膜上索套5，并在径向2底部布置横向索3并通过索夹6固定其位置。

在施工时，首先将各径向索2、横向索3与***刚性边缘构件1连接。连接完成之后再将通过夹膜板7将单层ETFE膜与***刚性边缘构件1进行连接。

将结构初步固定后开始施加预应力。首先将所有径向索2和横向索3交叉的索网中的径向索2和横向索3(以下简称拉索)同步或者分步张拉至目标索力的10％进行初步张紧。然后，将所有交叉索网中的拉索同步或者分步依次张拉至目标索力的30％。然后，将所有交叉索网中的拉索同步或者分步依次张拉到目标索力的70％，最后将所有交叉索网中的拉索同步或者分步依次超张拉到目标索力的105％以抵消预应力损失。

本发明通过共同张拉索网及单层ETFE膜形成稳定结构。在该结构中单层索网为主要受力结构，通过对索进行张拉，通过控制径向索2及横向索3的索力形成目标曲面。ETFE膜透光率最高可达95％，且同等面积下质量仅为玻璃的1％，因此在结构中起到了很好的装饰作用，且在其张拉过程中形成一定的初始刚度，对抵抗外界荷载具有一定作用。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。