CN106013449B - 站房屋盖具有温室效应的柱面网壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，包括自外而内依次设置的气垫、上层网格、下层网格，所述上层网格、下层网格呈半柱面，所述上层网格的基本单元是由上弦构成的正六边形网格，所述下层网格的基本单元是由下弦构成的六个正三角形，所述正三角形角点相连形成六角星状网格，所述正六边形网格与正三角形之间均连接有腹杆，所述正六边形网格、正三角形、腹杆组成旋转单元，所述旋转单元组成蜂窝型的网壳。本发明造型美观，透光效果好，有温室效应；便于清洗；节点加工简单，施工方便；整体稳定性好，刚度高；用钢量较低，综合经济指标高，每平米耗钢量比正方四角锥网壳轻30%。

Description

站房屋盖具有温室效应的柱面网壳

技术领域

本发明属于一种建筑屋盖结构，具体涉及一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳。

背景技术

铁路站房已实践演变为开放的、市民共享的、兼有商业性城市地标性交通建筑。大跨空间屋盖直接反应站房建筑元素及形态寓意，且对采光节能、环保性能、自洁性能有很高要求。网壳结构，在站房屋盖中已经得到了广泛应用，如天津西站采用了单层编织拱壳，于家堡站采用了单层双螺旋网壳。这类网壳造价相对高昂，且构件很难标准化制作，较难清洗。而常见的四角锥柱面网壳空间变化过于单一。六边形结构为蜂窝结构，可以明显节省建筑材料，同时从建筑效果来看也可以获得简洁、通透的视觉效果，但多用于球面网壳，例如英国的伊甸园穹顶，而站房屋盖更多的需要拓扑型的柱面屋盖。如何构造满足建筑效果及力学性能的蜂窝状柱面网壳成为关键。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳。

本发明的技术方案是：一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，包括自外而内依次设置的气垫、上层网格、下层网格，所述上层网格、下层网格呈半柱面，所述上层网格的基本单元是由上弦构成的正六边形网格，所述下层网格的基本单元是由下弦构成的六个正三角形，所述正三角形角点相连形成六角星状网格，所述正六边形网格与正三角形之间均连接有腹杆，所述正六边形网格、正三角形、腹杆组成旋转单元，所述旋转单元组成蜂窝型的网壳。

所述正六边形角点与正三角形型心的连线与柱面的轴线相交。

所述上层网格中的上弦之间形成与柱面相适应的折角。

所述气垫与充气系统相连。

所述气垫包括上承重层、下承重层以及中部的温度绝缘层。

所述上弦、下弦、腹杆均为圆管。

所述上层网格中的上弦节点为碗式节点，所述下层网格中的下弦节点为螺栓球节点。

所述上弦外设置有气垫连接件，上弦端部通过Ⅱ号连接螺栓与连接板相连，所述连接板通过Ⅰ号连接螺栓与碗式节点侧壁相连，所述碗式节点底部通过Ⅱ号销钉与销轴相固定，所述销轴另一端设置有Ⅰ号销钉，所述碗式节点开口端设置有上盖板，所述碗式节点外壁处还设置有下弦。

本发明造型美观，透光效果好，有温室效应；便于清洗；节点加工简单，施工方便；整体稳定性好，刚度高；用钢量较低，综合经济指标高，每平米耗钢量比正方四角锥网壳轻30%。

附图说明

图1是本发明中上层网格的标准单元图；

图2是本发明中下层网格的标准单元图；

图3是本发明中标准组成单元图；

图4是本发明中气垫的示意图；

图5是本发明中上弦平面俯视图；

图6是本发明中下弦平面俯视图；

图7是本发明中模型平面俯视图；

图8 是本发明中柱面网壳的几何参数关系图；

图9是本发明中上弦基本单元生成的辅助示意图；

图10是本发明中下弦基本单元生成的Ⅰ号辅助示意图；

图11是本发明中下弦基本单元生成的Ⅱ号辅助示意图；

图12 是本发明中上弦节点侧视图；

图13 是本发明中上弦节点俯视图；

其中：

1 上弦 2 下弦

3 腹杆 4 气垫

5 下弦节点 6 上弦节点

7 气垫连接件 8 Ⅰ号连接螺栓

9 Ⅱ号连接螺栓 10 连接板

11 上盖板 12 碗式节点

13 销轴 14 Ⅰ号销钉

15 Ⅱ号销钉。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~13所示，一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，包括自外而内依次设置的气垫3、上层网格、下层网格，所述上层网格、下层网格呈半柱面，所述上层网格的基本单元是由上弦1构成的正六边形网格，所述下层网格的基本单元是由下弦2构成的六个正三角形，所述正三角形角点相连形成六角星状网格，所述正六边形网格与正三角形之间均连接有腹杆3，所述正六边形网格、正三角形、腹杆组成旋转单元，所述旋转单元组成蜂窝型的网壳。

所述正六边形角点与正三角形型心的连线与柱面的轴线相交。

所述上层网格中的上弦1之间形成与柱面相适应的折角。

所述气垫4与充气系统相连。

所述气垫4包括上承重层、下承重层以及中部的温度绝缘层。

所述上弦1、下弦2、腹杆3均为圆管。

所述上层网格中的上弦节点6为碗式节点，所述下层网格中的下弦节点5为螺栓球节点。

所述上弦1外设置有气垫连接件7，上弦1端部通过Ⅱ号连接螺栓9与连接板10相连，所述连接板通过Ⅰ号连接螺栓8与碗式节点12侧壁相连，所述碗式节点12底部通过Ⅱ号销钉15与销轴13相固定，所述销轴13另一端设置有Ⅰ号销钉14，所述碗式节点12开口端设置有上盖板11，所述碗式节点12外壁处还设置有下弦2。

所述正六边形网格、正三角形、腹杆3形成类似【SiO₄】的分子结构。

柱面网壳的几何参数关系如下：

式中：Ｒ为网壳曲率半径；Ｓ为网壳跨度；ｆ为网壳矢高；α为网壳对应的圆心角；β为单位网格对应的圆心角。

上弦单元网格对应的圆心角：

上弦单元网格边长：

在柱坐标系下，给定网壳跨度Ｓ ，长度Ｌ，矢高ｆ，跨度方向网格数Ｍ，长度方向网格数Ｎ，计算网壳曲率半径Ｒ、圆心角α。

六边形网格为适应柱面形状，左三边及右三边分别形成的面之间有一折角。

如图9所示，沿网壳上弦所形成柱面横切形成的弧线，等分2n段，n为沿跨度的方向上层网壳的一排网格的个数，辅助生成一个边长相等的六边形网格，沿网壳纵向中心轴线旋转生成其余网格，而后沿纵向复制，生成其余网格。

如图10所示，以上弦节点6为中心，依次连接上弦中心，形成图2所示的六角星形网格；如图11所示，向网壳中心线偏移网壳上弦所在的柱面一个网壳厚度，与外圆弧两侧的六角星节点形成四个线段，分别连接四个线段的中点与圆弧圆心，并与内圆弧形成四个交点，依次相连四个交点，形成三个线段，沿柱面纵轴向扫略形成三个面；再次由图11中六角星节点向圆柱面纵向中心轴线做垂线，与前述三个面相交，依次连接交点，形成下层网壳六角星形标准单元，上层网格的六边形角点和下层网格的三角形型心与柱面的中心轴线相交，且上层网格的每一角点与对应下层网格的三角形网格间连腹杆3，形成类似【SiO₄】的分子结构。沿网壳纵向中心轴线旋转生成其余网格，而后沿纵向复制，生成其余网格，即可形成一个柱面网壳。

在网格结构上铺气垫4做屋盖面板，所述气垫4为ETFE透明合成膜（即乙烯-四氟乙烯共聚物），通过连接板7与上弦1连接，气垫4的最大高度约为最大跨度的0.1~0.15，所述气垫4共三层，上下二层为承重用，中间层起温度绝缘作用，同时一旦漏气时，可将气垫4分开。气垫4的周边与网壳上弦的铝框架相连。每一个气垫4都接上充气系统，以保持恒定范围内的气压。

本发明造型美观，透光效果好，有温室效应；便于清洗；节点加工简单，施工方便；整体稳定性好，刚度高；用钢量较低，综合经济指标高，每平米耗钢量比正方四角锥网壳轻30%。

Claims (6)

1.一种站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，包括自外而内依次设置的气垫、上层网格、下层网格，其特征在于：所述上层网格、下层网格呈半柱面，所述上层网格的基本单元是由上弦构成的正六边形网格，所述下层网格的基本单元是由下弦构成的六个正三角形，所述正三角形角点相连形成六角星状网格，所述正六边形网格与正三角形之间均连接有腹杆，所述正六边形网格、正三角形、腹杆组成旋转单元，所述旋转单元组成蜂窝型的网壳，所述上层网格中的上弦节点为碗式节点，所述下层网格中的下弦节点为螺栓球节点，所述上弦外设置有气垫连接件，上弦端部通过Ⅱ号连接螺栓与连接板相连，所述连接板通过Ⅰ号连接螺栓与碗式节点侧壁相连，所述碗式节点底部通过Ⅱ号销钉与销轴相固定，所述销轴另一端设置有Ⅰ号销钉，所述碗式节点开口端设置有上盖板，所述碗式节点外壁处还设置有下弦，在网格上铺气垫做屋盖面板。

2.根据权利要求1所述的站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，其特征在于：所述正六边形角点与正三角形型心的连线与柱面的轴线相交。

3.根据权利要求1所述的站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，其特征在于：所述上层网格中的上弦之间形成与柱面相适应的折角。

4.根据权利要求1所述的站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，其特征在于：所述气垫与充气系统相连。

5.根据权利要求4所述的站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，其特征在于：所述气垫包括上承重层、下承重层以及中部的温度绝缘层。

6.根据权利要求1所述的站房屋盖具有温室效应的柱面网壳，其特征在于：所述上弦、下弦、腹杆均为圆管。