CN106193302A - 竹叶形单层网壳结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹叶形单层网壳结构，包括按竹叶叶片主脉布置的径向直拱、沿叶片两侧叶缘布置的斜拱以及按叶片侧脉布置的连系杆件，所述径向直拱、斜拱及连系杆件共同形成的多个竹叶叶片结构将网壳曲面等分成若干对称区域，所述多个竹叶叶片结构底部分别与支座环向杆连接构成完整的竹叶形单层网壳结构受力体系。本发明结合结构形态仿生学，具有明显的壳体受力特点，径向、环向传力明确、直接，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量；结构均由弧线杆件构成，形如竹叶叶片，结构造型轻盈，新颖美观，具有很好的美学效果，并可根据实际情况灵活增减杆件布置，结构构形灵活多变，适用于各类大空间公共建筑。

Description

竹叶形单层网壳结构

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种竹叶形单层网壳结构。

背景技术

最早的半球形网壳结构为肋型网壳，以按辐射方向设置的若干平面肋构成推力体系；为承受球面网壳环向力，考虑将肋型网壳的环形檩条与肋连接构成刚性体系，形成肋环型网壳。1863年，德国工程师施威德勒（Schwedle,J.W.）对上述结构进行发展完善，并提出除连接径向肋与水平折线环外，在每个体系网格内再用斜杆分成小三角形以加强结构，并改善承受非对称荷载的能力，称为“施威德勒型网壳”。其在德国柏林设计并建造的用于煤气罐的直径30m顶盖，被视为世界上首例真正意义的钢网壳结构。1906年，德国建筑师佐林格（Zollinger）发明了联方型网壳，该种网壳的网格由两向斜交杆系构成，形成菱形基本网格单元。1925年，美国学者凯威特（Kiewitt,G.R.）综合施威德勒型、联方型和三角形格子网壳分割的优点，提出凯威特型网壳，该形式被成功运用于美国新奥尔良超级穹顶（直径207m）和休斯顿宇宙穹顶（直径196m）。其后，美国建筑师富勒（Fuller,R.B.）深入探讨了球面壳的规则划分，提出著名的短程线型球面网壳。除上述形式外，还有由英国工程师Hamilton,W.和Manning,G.R.联合提出的海曼（Hamman）两向格子型网壳、由法国设计师夏杜（Chateau,S.D.）提出的三向格子型网壳、由理查德和凯瑟（Kaiser,H.）基于飞机机翼设计原理提出的应力表皮短程线网壳等等。进入21世纪以来，随着人们物质生活的丰富和对美学要求的逐步提高，上述传统网壳杆件数量密集、网格形式单一、结构美学欠缺等特点被放大，因此，科研工作者进而探索网格造型丰富、结构形体优美的新型空间结构，力求营造结构形体美感和丰富空间结构形式。科研工作者从自然界的结构形态中获取灵感，并借鉴建筑结构仿生学和组合多面体理论等研究理论，已先后提出蜂窝型网壳、组合272面体半球面网壳、单层折面网壳、环向折线形单层球面网壳、海洋贝类仿生网壳等造型优美的新型结构形式。而在实际工程中，也不乏源于自然的结构造型，如中国国家体育场借鉴鸟类巢穴，中国国家游泳中心（水立方）从肥皂泡中获得灵感，英国“伊甸园”项目借鉴蜂窝构形、上海光源工程钢屋盖仿“鹦鹉螺”结构、青岛影视产业园“海螺屋”仿造海螺结构、天津于家堡综合交通枢纽站房采用螺旋线编织成的贝壳形曲线网壳等等。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种受力合理、造型美观的竹叶形单层网壳结构。

本发明技术的技术方案实现方式：竹叶形单层网壳结构，其特征在于：包括按竹叶叶片主脉布置的径向直拱、沿叶片两侧叶缘布置的斜拱以及按叶片侧脉布置的连系杆件，所述径向直拱、斜拱及连系杆件共同形成的多个竹叶叶片结构将网壳曲面等分成若干对称区域，所述多个竹叶叶片结构底部分别与支座环向杆连接构成完整的竹叶形单层网壳结构受力体系。

本发明所述的竹叶形单层网壳结构，其所述多个竹叶叶片结构形成的相邻扇形区域由叶片内的连系杆件在曲面延伸且交叉，使相邻竹叶叶片结构相互连接形成整体结构。

本发明所述的竹叶形单层网壳结构，其所述斜拱的中部为连续结构或间断结构。

本发明所述的竹叶形单层网壳结构，其在所述多个竹叶叶片结构形成的扇形区域内、连系杆件的延伸段形成的网格中设置有环向加强杆件。

本发明所述的竹叶形单层网壳结构，其在所述网壳结构中所有杆件节点交汇处设置有檩托，若干檩托构成用于承担屋面覆盖材料的支撑面。

本发明结合结构形态仿生学，具有明显的壳体受力特点，径向、环向传力明确、直接，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量；结构均由弧线杆件构成，形如竹叶叶片，结构造型轻盈，新颖美观，具有很好的美学效果，并可根据实际情况灵活增减杆件布置，结构构形灵活多变，在展览厅、艺术馆、博物馆及其它对建筑结构的美学功能有较高要求的大型公共建筑中具有广泛的适用性。

附图说明

图1和图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明中斜拱的中部为间断结构的示意图。

图4至图7是本发明中在不同位置设置环向加强杆件的结构示意图。

图8是本发明中径向直拱被径向五等分的结构示意图。

图9是本发明中径向直拱被径向六等分的结构示意图。

图10是本发明中竹叶叶片环向八频的结构示意图。

图11是本发明中竹叶叶片环向十二频的结构示意图。

图中标记：1为径向直拱，2为斜拱，3为连系杆件，4为支座环向杆，5为环向加强杆件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1和2所示， 一种竹叶形单层网壳结构，所述网壳结构的曲面可为球面、悬链面等曲面形式，其包括按竹叶叶片主脉布置的径向直拱1、沿叶片两侧叶缘布置的斜拱2以及按叶片侧脉布置的连系杆件3，所述径向直拱1、斜拱2及连系杆件3共同形成的多个竹叶叶片结构将网壳曲面等分成若干对称区域，所述多个竹叶叶片结构形成的相邻扇形区域由叶片内的连系杆件3在曲面延伸且交叉，使相邻竹叶叶片结构相互连接形成整体结构，所述多个竹叶叶片结构底部分别与支座环向杆4连接构成完整的竹叶形单层网壳结构受力体系。

如图3所示，所述斜拱2的中部可依据需求选择是否连接，形成连续结构或间断结构的斜拱。

如图4-7所示，根据建筑实际与结构受力需求，在所述多个竹叶叶片结构形成的扇形区域内、连系杆件3的延伸段形成的网格中设置有环向加强杆件5，所述环向加强杆件的位置可灵活变换，通过环向加强杆件的设置，达到加强结构共同工作并承担环向力的作用。

如图1、8和9所示，沿竹叶叶片主脉布置的径向直拱可根据建筑实际需求增减等分分割数量，沿竹叶叶片侧脉布置的连系杆件数量也随之增减，从而形成疏密网格。

如图1、10和11所示，沿结构环向的竹叶叶片频数可根据建筑实际需求选择六频、八频或十二频等频数。

其中，在所述网壳结构中所有杆件节点交汇处设置有檩托，若干檩托构成用于承担屋面覆盖材料的支撑面。

本发明所提出的竹叶形单层网壳结构，可基于上述一种或多种构造同时变化，构造出多种形式相似、造型新颖的竹叶形单层网壳结构体系。

本发明的受力原理及结构特点：

结构受力方面，该结构体系具有明显的壳体受力特点。从整体受力上看，结构杆件与网格沿曲面规律布置，大部分荷载由网壳杆件的轴向力承受，以“薄膜”作用为主要受力特征；从局部受力上看，竹叶形结构中由径向直拱、斜拱作为结构主要受力体系，从单个竹叶叶片上看具有明显的拱式受力特点，但因整体结构为竹叶叶片多向重叠，且布置的多道径向直拱、斜拱间的连系杆件及扇区内的连系杆件，显著加强竹叶叶片内部及各竹叶叶片的整体联系，结构整体协调变形，共同工作，呈现明显的空间工作性能。

力流传递方面，该结构力流传递明确、直接。径向轴力除主要沿径向、斜向拱轴线向支座传递外，亦可通过连系杆件往竹叶叶片两侧的扇形区域分担传递，减少底部支座反力。环向力通过径向直拱与斜拱间的连系杆件、扇形区域中的连系杆件及扇形区域四边形网格中增设的水平环向加强杆件承担。

结构特点方面，该结构体系具有明显的壳体受力特点，径向、环向传力明确、直接，受力效率高，刚度大，有利于减小材料用量；结构均由弧线杆件构成，形如竹叶叶片，结构造型轻盈，新颖美观，具有很好的美学效果，并可根据实际情况灵活增减杆件布置，在展览厅、艺术馆、博物馆及其它对建筑结构的美学功能有较高要求的大型公共建筑中具有广泛的适用性。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.竹叶形单层网壳结构，其特征在于：包括按竹叶叶片主脉布置的径向直拱（1）、沿叶片两侧叶缘布置的斜拱（2）以及按叶片侧脉布置的连系杆件（3），所述径向直拱（1）、斜拱（2）及连系杆件（3）共同形成的多个竹叶叶片结构将网壳曲面等分成若干对称区域，所述多个竹叶叶片结构底部分别与支座环向杆（4）连接构成完整的竹叶形单层网壳结构受力体系。

2.根据权利要求1所述的竹叶形单层网壳结构，其特征在于：所述多个竹叶叶片结构形成的相邻扇形区域由叶片内的连系杆件（3）在曲面延伸且交叉，使相邻竹叶叶片结构相互连接形成整体结构。

3.根据权利要求1所述的竹叶形单层网壳结构，其特征在于：所述斜拱（2）的中部为连续结构或间断结构。

4.根据权利要求2或3所述的竹叶形单层网壳结构，其特征在于：在所述多个竹叶叶片结构形成的扇形区域内、连系杆件（3）的延伸段形成的网格中设置有环向加强杆件（5）。

5.根据权利要求4所述的竹叶形单层网壳结构，其特征在于：在所述网壳结构中所有杆件节点交汇处设置有檩托，若干檩托构成用于承担屋面覆盖材料的支撑面。