CN105604184B - 一种球面单层建筑网壳 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种球面单层建筑网壳，由节点和杆件构成；包括，球面网状部、多边顶部和多边底部；所述球面网状部包括球面节点和球面杆件；所述球面节点位于直径为Z的球面上；所述球面节点通过所述球面杆件连接至本层及相邻层的距离最近的其它两个所述球面节点；所述多边顶部，包括N/4个顶部节点和3N/4个顶部杆件；所述多边底部，包括N/4个底部节点和3N/4个底部杆件。本发明即一种球面单层建筑网壳可以产生的有益效果是：网壳的节点和杆件部件都可以制成统一标准规格，实现可复制的快速工厂标准化生产，现场快速模块化安装；网壳整体自重轻，易于拆卸运输，易于维修维护。

Description

一种球面单层建筑网壳
技术领域
本发明涉及建筑结构领域，特别涉及建筑结构中的网壳结构。
背景技术
网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。
现有的单层球面网壳，为了保障强度，其结构通常采取六面形作为基础形状，节点与杆件数量较多，造成网壳自重较大，通常需要配以更深更牢的地基。且网壳节点设置位置较为复杂，施工安装的难度较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明披露了一种球面单层建筑网壳，本发明的技术方案是这样实施的：
一种球面单层建筑网壳，由节点和杆件构成；包括球面网状部、多边顶部和多边底部；所述球面网状部包括球面节点和球面杆件；所述球面节点位于直径为Z的球面上，所述球面节点分为K层，每层所述球面节点设置于相同的高度位置上；每层所述球面节点的数量相同为N，N为4的倍数且不小于12；相邻层之间的所述球面节点以180°/N的角度差布置；所述球面节点通过所述球面杆件连接至本层及相邻层的距离最近的两个所述球面节点；所述多边顶部，包括N/4个顶部节点和3N/4个顶部杆件；所述顶部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述顶部节点通过所述顶部杆件连接至两个相邻的所述顶部节点和两个球面节点；所述多边底部，包括N/4个底部节点和3N/4个底部杆件；所述底部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述底部节点通过所述底部杆件连接至两个相邻的所述底部节点和两个球面节点。
优选地，K为奇数，所述球面网状部以基准层E层为基础，上下对称。
优选地，所述多边底部的设置与所述多边顶部的设置以基准层E层为基础，上下对称。
优选地，所述球面节点数量为每层12，16，20，24或32个。
优选地，所述球面节点为球形节点。
优选地，所述顶部节点和所述底部节点为一体式四通节点。
优选地，所述节点和杆件均为不锈钢预制件。
实施本发明的有益效果是：节点和杆件部件都可以制成统一规格，实现可复制的快速生产，以及现场快速安装；在保证网壳具有足够强度、刚度和稳定性的前提下，能有效节省材料并保证安全性；多边结构可以简化网壳体系，自重轻，连接点简单可靠，易于维修，易于拆卸，特别适于制成临时性建筑。在本发明的优选实施方式中，建设同样体积的球形建筑网壳，网壳整体重量可降低为现有技术重量的45～60％。
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，下面将对实施例或现有技术描述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种实施例，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为本发明具体实施例中网壳的结构立面示意图；
图2为本发明具体实施例中带球形节点的网壳俯视结构示意图。
1-球面网状部、2-多边顶部、3-多边底部。
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作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。
在本发明的一种具体实施方式中，如图1、图2所示，一种球面单层建筑网壳，由节点和杆件构成；包括球面网状部1、多边顶部2和多边底部3；所述球面网状部1包括球面节点和球面杆件；所述球面节点位于直径为Z的球面上，所述球面节点分为K层，每层所述球面节点设置于相同的高度位置上；每层所述球面节点的数量相同为N，N为4的倍数且不小于12；相邻层之间的所述球面节点以180°/N的角度差布置；所述球面节点通过所述球面杆件连接至本层及相邻层的距离最近的两个所述球面节点；所述多边顶部2，包括N/4个顶部节点和3N/4个顶部杆件；所述顶部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述顶部节点通过所述顶部杆件连接至两个相邻的所述顶部节点和两个球面节点；所述多边底部3，包括N/4个底部节点和3N/4个底部杆件；所述底部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述底部节点通过所述底部杆件连接至两个相邻的所述底部节点和两个球面节点。
现有的单层或双层建筑网壳，顶部和底部节点数目太多，难以实现快速标准化生产和现场快速标准化安装。本发明披露的一种球面单层建筑网壳，顶部和底部采用多边结构，所述球面节点位于直径为Z的球面上，每层所述球面节点设置于相同的高度位置上，在安装过程中，相比现有技术的六边形网壳，可在地面完成单层节点布置后，一次性完成安装，安装过程更便捷，安装标准化更高；所述球面节点分为K层，K优选为奇数。即当在节点层高度位置上设置地板时，可形成偶数层的建筑内部空间。基准层E层位于最大球体截面积处，单层可使用面积最大。显然地，球面节点数也可以为偶数；层与层之间的球面节点形成一个个等腰三角形(如C1层的S2、S3节点与D1层的S1节点形成等腰三角形)，根据各层高度的选择，球面节点之间连接球面杆件后也可形成其他角度的等腰三角形(包括等边三角形)；每层球面节点均匀分布、数量相同为N，N为4的倍数且不小于12。
如图2所示，所述多边顶部2包括N/4个顶部节点和3N/4个顶部杆件；所述顶部节点和所述球面节点都位于直径为Z的球面上，所述顶部节点通过所述顶部杆件连接至两个相邻的所述顶部节点和两个球面节点；点P1、P2、P3、P4、Q1、Q2、Q3、Q4分布在B1层平面且为球形节点。现有技术中，为了满足球形建筑的外形需求，在网壳顶部需要采用弧形结构，即使用弧形杆件或多节点方式。本实施例中的多边顶部结构大大减少了杆件和节点部件的数量，简化结构体系，同时保障系统结构强度。
所述多边底部3，包括N/4个底部节点和3N/4个底部杆件；所述多边底部可以和所述多边顶部对称，也可以不对称(例如形成一定安装角度差)。优选对称结构，可以实现快速生产和标准化安装。
在一种优选实施方式中，如图1所示，所述多边顶部2的设置与所述多边底部3的设置以基准层E层为基础，呈轴对称分布，便于标准化生产和制造，同时网壳结构受力均匀，外形美观。
在一种优选实施方式中，如图1所示，K为奇数，所述球面网状部1以基准层E层为基础，上下对称。B1～B2层的层数可以为7、9或11，这些是较佳的实施案例，当然K也可以取其它数值；B1层为多边顶部，B2层为多边底部，上下对称。
在一种优选实施方式中，所述球面节点数量为每层12，16，20，24或32个。每层节点数量N的具体取值视其球形建筑的实际体积而定，在此不作特别限制。
在一种优选实施方式中，所述球面节点为球形节点。球形节点容易制造、安装，且由于球形节点没有棱角，在外表面铺设膜等表层材料时，可增大球形节点与表层材料之间的接触面。
在一种优选实施方式中，所述顶部节点和所述底部节点为一体式四通节点。所述一体式四通节点可采取现有的技术。该节点优选为非球形节点，在安装现有技术的天窗、底板等附属配件时，更容易实现快速安装，并保证准确性。
在一种优选实施方式中，所述节点和杆件均为不锈钢预制件。不锈钢材料可以耐空气、蒸汽、水、酸、碱等腐蚀介质，高温抗氧化性能好，热膨胀系数小，适合建筑用地，强度较大，优选为空心杆件，从而进一步降低网壳整体自重；预制件在工厂完成标准化生产，便于后续的运输，以及在工地实现快速标准化安装。
图1和图2所示的一种球面单层建筑网壳，球面网状部的层数为7，以E层为基准，上下对称分布，B1、C1层之间的距离等于B2、C2层的间距，C1、D1层之间的距离等于C2、D2层间距，D1、E之间的距离等于D2、E层的间距；每层球面节点均匀分布，数量均为16，层与层之间的杆件形成多个等腰三角形(如C1层的S2、S3节点与D1层的S1节点形成等腰三角形)；连接B1层、C1层的杆件规格是统一的，同理，连接C1和D1、D1和E、E和D2、D2和C2、C2和B2的杆件也具有相同的规律性；多边顶部与多边底部为井状结构，A1为井状顶部层，A2为井状底部层，以多边顶部为例，其包括顶部节点J1、J2、J3、J4，该四个顶部节点依次由A1层顶部杆件相连，4条A1层的顶部杆件此时呈正方形排列；多边顶部与球面网状部B1层的交点为Q1、Q2、Q3、Q4、P1、P2、P3、P4一共8个，而该8个点呈正八边形排列。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种球面单层建筑网壳，其特征在于，由节点和杆件构成；包括，球面网状部(1)、多边顶部(2)和多边底部(3)；
所述球面网状部(1)包括球面节点和球面杆件；所述球面节点位于直径为Z的球面上，所述球面节点分为K层，每层所述球面节点设置于相同的高度位置上；每层所述球面节点的数量相同为N，N为4的倍数且不小于12；相邻层之间的所述球面节点以180°/N的角度差布置；所述球面节点通过所述球面杆件连接至本层及相邻层的距离最近的其它两个所述球面节点；
所述多边顶部(2)，包括N/4个顶部节点和3N/4个顶部杆件；所述顶部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述顶部节点通过所述顶部杆件连接至两个相邻的所述顶部节点和两个球面节点；
所述多边底部(3)，包括N/4个底部节点和3N/4个底部杆件；所述底部节点在同一高度上设置于直径为Z的球面上；所述底部节点通过所述底部杆件连接至两个相邻的所述底部节点和两个球面节点；
层数K为奇数，所述球面网状部(1)以基准层E层为基础，上下对称；
所述多边顶部(2)的设置与所述多边底部(3)的设置以基准层E层为基础，上下对称。
2.根据权利要求1所述的球面单层建筑网壳，其特征在于，所述球面节点数量为每层12，16，20，24或32个。
3.根据权利要求1所述的球面单层建筑网壳，其特征在于，所述球面节点为球形节点。
4.根据权利要求1所述的球面单层建筑网壳，其特征在于，所述顶部节点和所述底部节点为一体式四通节点。
5.根据权利要求4所述的球面单层建筑网壳，其特征在于，所述球面节点和杆件均为不锈钢预制件。
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