CN104018580A - 森林结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了森林结构体系，包括树状结构和屋盖，所述的树状结构为多个，多个树状结构顶部共同支撑屋盖并与屋盖固定相连。本发明的有益效果是：1)本结构体系造型新颖、美观，特别适合地标性建筑、游乐场等。2)本结构体系有效克服了树状结构抗侧力不足的缺点，提高了结构的安全可靠度。3)本结构体系高效、低碳环保，可降低用钢量，将原来的弯矩结构变为空间受力体系，大大提高了材料利用率，降低用钢量。4)本结构体系的应用，可以减小杆件内力和节点位移，使结构受力更为合理。

Description

森林结构体系

技术领域

本发明涉及建筑结构，本发明尤其涉及树状结构。

背景技术

建筑结构最开始的功能可能是作为围护结构，但它同时也要承受自身重量和其他荷载作用，诸如风雪、地震等。随着社会经济的发展，工程技术水平的提高，各种高效、简洁、美观的结构体系相继被提出。

树状结构在20世纪60年代首次提出，但直到1991年德国斯图加特机场1号航站楼竣工，人们才逐渐将目光聚焦到这一新型仿生结构上来，直现在其仍然是树状结构的典型工程实例。

树状结构具有以下优点：力流明确、视觉效果美观、可以减小结构跨度等优点。

树状结构作为主要支承结构，除了能够有效传递荷载，还具有将荷载集中的优势。树状结构是竖向受力构件，屋盖杆件将最上一级分级树枝相连接，能够有效约束树状结构的顶部节点，而不产生过大位移，树状结构与屋盖结构相结合形成整体受力体系，如图1所示。

但是，树状结构也有自身的缺点，比如单独的树状结构与屋盖相结合的形式在水平荷载作用下，结构抗侧力较差，结构刚度较弱，在一定程度上的稳定性也不能很好保证。

在水平荷载所用下，上部结构承受的荷载将以弯矩的形式传递到柱底，而且随着高度与跨度的加大，传到柱底的弯矩也越大。而且弯矩结构本身就是一种比较低效的建筑结构形式，所以才有现在的空间结构。

我国是地震多发国家，在地震荷载的作用下，树状结构柱底势必要承受上部结构的巨大弯矩、剪力及竖向力，极易造成柱底的破坏，而对于树状结构而言，柱底几乎承受了整个上部结构的荷载，柱底一旦破坏势必引起整个结构的坍塌破坏，所以这种结构在安全可靠度上也比较低。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种有效抗侧力、提高结构协同受力能力兼具空间结构受力性能上的高效与树状结构的美观的森林结构体系。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的森林结构体系，包括树状结构和屋盖，所述的树状结构为多个，多个树状结构顶部共同支撑屋盖并与屋盖固定相连。

本发明的有益效果是：

1)本结构体系造型新颖、美观，特别适合地标性建筑、游乐场等。

2)本结构体系有效克服了树状结构抗侧力不足的缺点，提高了结构的安全可靠度。

3)本结构体系高效、低碳环保，可降低用钢量，将原来的弯矩结构变为空间受力体系，大大提高了材料利用率，降低用钢量。

4)本结构体系的应用，可以减小杆件内力和节点位移，使结构受力更为合理。

附图说明

图1为已有的树状结构；

图2a为本发明的森林结构体系的第一种实施方式的平面图；

图2b为图2a所示的森林结构体系的立体图；

图3a为本发明的森林结构体系的第二种实施方式的平面图；

图3b为图3a所示的森林结构体系的立体图；

图4为本发明的森林结构体系的第三种实施方式的立体图。

具体实施方式

本发明将多根树状结构通过一定方式相连接的整体结构体系形象定义为森林结构体系，具定义如下：多根树状结构相互连接形成多点支承的有效抗侧力结构体系即为森林结构体系。

如图2a至图4所示的本发明的森林结构体系,它包括树状结构和屋盖，所述的树状结构为多个，多个树状结构顶部共同支撑屋盖并与屋盖固定相连。其连接方式可分为以下几类：

如图2a和图2b所示的第一种实施方式，通过上部屋盖相连。该森林结构体系包括树状结构和屋盖，所述的屋盖可为平顶、拱形或球形等多种形式的屋盖，所述的树状结构为多个，多个树状结构彼此之间独立并且间隔设置，多个树状结构顶部共同支撑屋盖并与屋盖固定相连。

本结构中树状结构通过屋盖将最上一级枝单元相连，形成整体受力的森林结构体系，提高了整体结构的抗侧能力。通过屋盖杆件相连的森林结构体系相对可以分割成多个独立树状构，这种结形式多应用于对称布置的规则建筑中尤其是跨度较大的空间结构中。

如图3a和图3b所示的第二种实施方式，通过树状结构自身杆件与屋盖相连。该森林结构体系包括树状结构和屋盖，所述的屋盖可为平顶、拱形或球形等多种形式的屋盖，所述的树状结构为多个，多个树状结构分成至少一组，每组中的树状结构的上部分级树枝单元相互连接形成一个用于支撑屋盖的整体树状结构顶部，各组整体树状结构顶部共同支撑屋盖。

在该结构中，多根树状结构共同受力是依靠上部分级树枝单元纵横交错来实现的，将相对独立的树状结构相互连接，形成一个整体的受力体系，这时树状结构的概念淡化，树枝之间的连接使得整体结构看起来就像是一座森林。

如图4所示的第三种实施方式，通过拱结构相连。该森林结构体系包括树状结构和屋盖，所述的屋盖为拱形屋盖，所述的树状结构为多个，每两个树状结构组成一个拱形支撑，每一个拱形支撑中的两个树状结构的上部分级树枝单元相互连接形成与拱形屋盖形状适配的拱形顶部，多个拱形支撑沿拱形屋盖的长度方向间隔设置，多个拱形支撑的拱形顶部共同支撑拱形屋盖。

已有技术中拱形屋盖通常由檩条互相连成整体形成。

树状结构之间的连接通过弯曲的树枝结构两两连接形成交叉拱实现，每棵树通过拱梁与周边树连接，拱与拱之间通过檩条连接成整体。

综上，无论树状结构之间是通过上部屋盖结构相连，还是树枝之间相互连接自成屋盖，都是为了将树状结构形成一个整体的受力体系，协同受力。森林结构体系能够改善单棵树状结构抗侧力较弱的问题，同时树状结构的应用能够减小节点位移和杆件内力，对于整体结构受力十分有利。

Claims (4)

1.森林结构体系,它包括树状结构和屋盖，其特征在于:所述的树状结构为多个，多个树状结构顶部共同支撑屋盖并与屋盖固定相连。

2.根据权利要求1所述的森林结构体系,其特征在于:多个树状结构彼此之间独立并且间隔设置，多个树状结构顶部共同支撑屋盖。

3.根据权利要求1所述的森林结构体系,其特征在于:多个树状结构分成至少一组，每组中的树状结构的上部分级树枝单元相互连接形成一个用于支撑屋盖的整体树状结构顶部，各组整体树状结构顶部共同支撑屋盖。

4.根据权利要求1所述的森林结构体系,其特征在于:所述的屋盖为拱形屋盖，每两个树状结构组成一个拱形支撑，每一个拱形支撑中的两个树状结构的上部分级树枝单元相互连接形成与拱形屋盖形状适配的拱形顶部，多个拱形支撑沿拱形屋盖的长度方向间隔设置，多个拱形支撑的拱形顶部共同支撑拱形屋盖。