CN106567459A - 再分式板片组合球网壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再分式板片组合球网壳，该网壳结构包括经向平面板片、纬向平面板片。将球面划分为经向和纬向，称之为主网格，经向可以采用通长的弧形板片构件，纬向则采用间断的弧形板片构件；在主网格中间，按照“十字”或“井字”划分，称之为再分网格，同样采用弧形平面板片构件，一个方向贯通，另一方向间断，再分网格的边缘与主网格相连接；同样地，在再分网格的基础上继续按照“十字”或“井字”划分，形成多级再分网格。本发明提出的再分式板片组合球网壳，其所有构件是弧形平面板片，利于加工制作，拼装后成曲面形球壳，造型美观，空间利用率大；采用再分式主次网格构造，结构层次分明，有效提高板片构件的平面外稳定，结构整体性优越。

Description

再分式板片组合球网壳

技术领域

本发明涉及一种建筑结构中的新型网壳结构，更具体地说，涉及一种建筑结构领域中的再分式板片组合球网壳结构。

背景技术

近几年，空间结构在我国迅速发展，这是一种具有三维空间形体，且在荷载作用下具有三维受力特性的结构。其中球网壳是一类常用的空间结构体系。球网壳一般分为单层网壳和双层网壳，网格形式有三角形网格、肋环形网格等，构件以圆管、型钢为主。

板片式构件为一类平面构件，主要通过切割的方式进行工厂化加工，精度高，工艺简单。通过沿经、纬度方向布置弧形板片构件，则可以由平面的弧形板片构件来组成曲面的球形网壳。应用板片式构件组成的结构整体结构形状容易控制，精度较高。但是板片式构件在受轴向压力的情况下容易发生平面外稳定问题，需要另外增加侧向支撑构件。

中国古代建筑中常常采用格扇的形式构造门窗，用于采光的格心部分往往面积较大，因此采用木条来组成格网以分割较大面积的格心。这种对主要结构进行分割，形成多级次结构以提高结构局部稳定性及整体稳定性的结构形式称为再分式结构。区别于等分结构，再分式结构分割形式多样，能以不同的形式对结构局部进行分割，可根据设计的要求在任意局部进行多级分割。除此之外，再分式结构整体规则美观，局部再分构造细节精致，形成大中见小，小中见大的整体性和错落有致的层次感。

因此，将板片式构件应用于球形网壳，利用平面构件建造曲面建筑，加之再分式结构，可以形成一种新型网壳结构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种再分式板片组合球网壳结构，它以弧形平面板片为主要构件，通过可再分的形式组成曲面球网壳，实现了平面构件向曲面结构的转化。板片式构件可以提高制造精度，简化工艺和节点构造，降低施工难度；而再分式结构则可以提高局部及整体稳定性。这种新型空间结构体系可以使用在仓储结构，体育馆、博物馆等大跨度结构的建筑上，也能用于建筑雕塑、特殊功能建筑，整体结构美观大方，具有层次感。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种再分式板片组合球网壳，以弧形平面板片为主要构件，对球面沿经向与纬向进行划分，分别布置经向平面板片、纬向平面板片，构成主网格；对主网格进行多级划分构成再分网格(或次网格)。

进一步地，在主网格中间，布置次级经向平面板片以分割纬向主网格，布置次级纬向平面板片以分割经向主网格，称为再分网格；依次对再分网格进行划分，获得下一级再分网格。

进一步地，在主网格中间，按照“十字”或“井字”进行划分。

进一步地，所述主网格经向平面板片呈圆环弧状，宽度方向均指向球心，同一平面的经向平面板片组成圆环，其圆心为球网壳的球心；多级再分网格经向平面板片的厚度与宽度等于或小于主网格，形状与布置方式一致。

进一步地，所述主网格纬向平面板片呈圆环弧状，其圆弧所在圆心为球网壳的球心，赤道处纬向平面板片整体呈圆环，其余同一层的纬向平面板片宽度方向均指向球心；多级再分网格纬向平面板片的厚度与宽度等于或小于主网格，形状与布置方式一致。

进一步地，板片之间通过高强螺栓节点或焊接的方式连接。

进一步地，所述球网壳可以是整体球体或部分球体。

本发明的有益效果是：

1、本发明结构体系构思巧妙。以弧形平面的板片式构件组成曲面球网壳，实现了平面构件向空间曲面结构的转化。可以将平面构件的特点应用于曲面建筑。再分式的结构组成方式使得整体外观层次分明，结构形式规则整齐，外形美观。

2、本发明结构受力合理。再分式板片组合球网壳沿经、纬方向布置板片式构件，使得板片式构件所受内力以轴力为主，弯矩、剪力均较小，能够充分发挥材料性能。

4、本发明的结构构件加工、安装方便，整体误差小。平面化的构件适宜于工厂化加工生产，以数控切割的方式制作，可以有效提高加工精度和效率，进而精确控制球壳外形，包括内外表面的圆弧，整体形状误差较小；在由非圆杆组成的空间结构中，板片构件之间的节点构造相对简单，可以通过简单的螺栓或焊接连接；板片式构件适宜于装配式施工，精确的加工与简单的节点构造有效减小了安装误差，提高了施工效率。

5、本发明的再分式结构为体系提供有效的稳定承载力。再分式结构通过对结构的再分，缩短了计算长度，为板片式构件提供了有效的平面外稳定性，提高了结构体系的整体稳定性与局部稳定性；再分形式与层次可以根据不同的结构、建筑或功能的需要而做出适当的改变，进行不同形式或多层次的再分。

附图说明

图1是本发明一种典型再分式板片组合球网壳的立体构造图；

图2是再分式板片组合球网壳的主网格结构局部构造图；

图3是再分式板片组合球网壳的主网格结构整体构造图；

图4是再分式板片组合球网壳的再分网格结构局部构造图；

图5是再分式板片组合球网壳的再分网格结构整体构造图；

图6是再分式板片组合球网壳的二级再分网格结构局部及整体构造图；

图7是再分结构的板片布置形式平面图；

附图中各部件的标记如下：1、主网格经向板片；2、主网格纬向板片；3、再分网格经向板片；4、再分网格纬向板片；5、赤道面；6、极点；7、主网格结构；8、再分网格结构；9、二级再分网格结构经向板片；10、二级再分网格结构纬向板片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

再分式板片组合球网壳分别沿经向、纬向布置板片，以可再分的结构形式组成(如图1所示)，包括主网格经向板片1，主网格纬向板片2，再分网格经向板片3，再分网格纬向板片4。主网格不同平面经向板片的中心所在平面称为赤道面5，赤道面5将球网壳分为两个半球，其顶点称为极点6。具体实施过程如下：

(1)对球面沿经向与纬向划分网格，并沿着经向与纬向布置主网格板片，使其方向均指向球壳中心，得到整体结构为一球网壳主网格。主网格经向纬向的板片组成主网格(如图2、3所示)。

(2)在主网格结构7之间，对网格再次沿着经向与纬向划分，布置二级再分网格板片，使其方向均指向球壳中心，以形成再分网格结构8(如图4、5所示)。

(3)根据需要，在合适的再分网格处以同样的方式布置二级再分网格结构经向板片9、二级再分网格结构纬向板片10，组成二级再分网格(如图6所示)。

其中，再分网格的形式可以是十字形，也可以是井字形等的组合，如图7所示。

主网格经向板片1，主网格纬向板片2，再分网格经向板片3，再分网格纬向板片4之间的相互连接可采用多种连接构造，如焊接或螺栓节点连接等。

主网格经向板片1呈圆环弧状，同一平面的经向板片组成圆环形，其圆心为球网壳的球心，所有经向板片沿纬向通长设置并分割球网壳，仅在必要处断开。再分网格经向板片3宽度小于等于主网格经向板片1，分割主网格经向板片1之间的间隔并在边缘处与主网格相连。

主网格纬向板片2呈圆环弧状，其圆弧所在圆心为球网壳的球心；主网格纬向板片2沿经向分层分布，赤道处纬向平面板片整体呈圆环，其余同一层的纬向平面板片宽度方向均指向球心；再分网格纬向板片4宽度小于等于主网格纬向板片2，分割主网格纬向板片2之间的间隔并在边缘处与主网格相连。

多级再分网格的经向纬向板片布置形式与主网格相同。

以上所述仅为本发明一较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种再分式板片组合球网壳，其特征在于，所述球网壳以弧形平面板片为主要构件，对球面沿经向与纬向进行划分，分别布置经向平面板片、纬向平面板片，构成主网格；对主网格进行多级划分构成再分网格。

2.根据权利要求1所述的球网壳，其特征在于，在主网格中间，布置次级经向平面板片以分割纬向主网格，布置次级纬向平面板片以分割经向主网格，称为再分网格；依次对再分网格进行划分，获得下一级再分网格。

3.根据权利要求2所述的球网壳，其特征在于，在主网格中间，按照“十字”或“井字”进行划分。

4.根据权利要求1所述的球网壳，其特征在于，所述主网格经向平面板片呈圆环弧状，宽度方向均指向球心，同一平面的经向平面板片组成圆环，其圆心为球网壳的球心；多级再分网格经向平面板片的厚度与宽度等于或小于主网格，形状与布置方式一致。

5.根据权利要求1所述的球网壳，其特征在于，所述主网格纬向平面板片呈圆环弧状，其圆弧所在圆心为球网壳的球心，赤道处纬向平面板片整体呈圆环，其余同一层的纬向平面板片宽度方向均指向球心；多级再分网格纬向平面板片的厚度与宽度等于或小于主网格，形状与布置方式一致。

6.根据权利要求1所述的球网壳，其特征在于，板片之间通过高强螺栓节点或焊接的方式连接。

7.根据权利要求1所述的球网壳，其特征在于，所述球网壳可以是整体球体或部分球体。