CN106894506A - 一种大跨度可呼吸结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种大跨度可呼吸结构体系，包括网壳和多个格构柱，网壳为有多个六形框架单元组成的双层网壳，上下两层六边形框架单元之间通过弹性短柱连接，上下两层六边形框架单元之间和单个六边形框架单元顶角和边框之间有碳纤维牵拉连接所述网壳通过端部节点与所述格构柱相连接。本发明刚柔结合，变形协调性好，自重轻，解决了大跨建筑面临的多种难题。结构体系中双层空间网壳结构通过高弹性、高耗能的中空短柱的伸缩实现消纳。通过布置“可呼吸”节点，使结构在承受热应力时发生水平向的可控制变形，从而既实现结构在重力、风、地震等荷载作用下为超静定的空间结构,又能以静定的结构来适应较大的温度应力作用,实现结构的自由伸缩。

Description

一种大跨度可呼吸结构体系
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，特别是涉及一种能够释放温度应力，耗能减震的大跨双层空间网壳结构。
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。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。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。该结构既可以用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。在建筑平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形以及各种不规则的平面。在建筑外形上可以形成多种曲面。但是网壳结构在受到风荷载，温度应力等外力影响时，需要一定的变形余量来保持其结构的稳定性。
用于支撑网壳的格构柱，与网壳结构相连接，但对于钢结构的网壳在不同的温度环境下会产生温度应力，如果格构柱和网壳结构采用刚性连接的话，会对格构柱产生扭矩。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种大跨度、消纳附加荷载、确保结构的稳定的“可呼吸”的大跨双层空间网壳结构。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种大跨度可呼吸结构体系，包括网壳和多个格构柱，其特征在于：所述网壳为有多个多边形框架单元组成的双层网壳，所述多边形框架单元边数大于3，上下两层多边形框架单元之间通过弹性短柱连接，所述上下两层多边形框架单元之间和单个多边形框架单元顶角和边框之间有碳纤维牵拉连接；所述网壳通过端部节点与所述格构柱相连接。
其进一步特征在于：所述网壳端部节点为圆盘状节点；部分所述格构柱包括柱体，所述柱体与网壳连接处为一个多边形平台，所述多边形平台内有一个多边形孔，所述网壳的圆盘状节点位于所述多边形孔内；所述多边形孔的内切圆直径大于所述圆盘状节点直径。
进一步的：所述弹性短柱为中空短柱，设置在上下两层多边形框架单元顶角之间，所述碳纤维穿过所述弹性短柱中心连接上下两层多边形框架单元顶角后，再与单个多边形框架单元的顶角和边框之间相连。
优选的：所述多边形框架单元为型钢焊接而成的六边形，所述弹性短柱通过拉铆铆接方式与多边形框架单元连接。
所述格构柱的所述多边形平台为三角形平台，所述多边形孔为三角形孔。
所述三角形孔外壁上设置有多条加劲肋。
连接弹性短柱和多边形框架单元的铆钉截面积之和不少于弹性短柱和多边形框架单元连接面面积的15%。
所述格构柱为6个，分别设置在所述网壳中心和网壳的五个角；所述五个角中三个角端部节点为圆盘状节点，与具有三角形孔的格构柱连接。
本发明刚柔结合，变形协调性好，自重轻，解决了大跨建筑面临的多种难题。结构体系中双层空间网壳结构的弹性短柱实现了结构垂直方向的可呼吸，通过高弹性、高耗能的中空短柱的伸缩实现消纳。网壳与柱的联接处通过合理布置“可呼吸”节点，使结构在承受热应力时发生水平向的可控制变形，从而既实现结构在重力、风、地震等荷载作用下为超静定的空间结构,又能以静定的结构来适应较大的温度应力作用,实现结构的自由伸缩。
附图说明
图 1 为本发明结构示意图。
图 2 为网壳结构示意图。
图 3 为格构柱示意图。
图 4 为三角形平台结构示意图。
具体实施方式
如图1所示一种大跨度可呼吸结构体系，包括网壳1和6个格构柱2。格构柱2分别设置在网壳1中心和网壳1的五个角；五个角中三个角端部节点为圆盘状节点。
如图1、2所示，网壳1为有多个六形框架单元11组成的双层网壳，上下两层六边形框架单元11之间通过弹性短柱12连接，上下两层六边形框架单元11之间和单个六边形框架单元11顶角和边框之间有碳纤维13牵拉连接。双层空间网壳结构仿鞘翅内部构造。网壳1通过端部节点与格构柱2相连接。该结构的网壳1能产生一定的变形，减小了风荷载、支座不均匀沉降及地震波传递过程中响应不同对建筑造成的影响，同时在有较大温差时，经可呼吸节点的可控位移，释放或消纳温度应力，使屋盖在二维平面可呼吸。弹性短柱12结构仿照鞘翅中用来连接背、腹壁的纤维空心小柱，这种结构能够实现结构纵向的可呼吸，有效减轻整体自重，实现耗能效果，同时仿鞘翅的纤维层间的复合材料编织构造有利于提高结构的强度并改善韧性，使结构能充分抵抗各种荷载的作用。
如图3、4所示，格构柱2包括柱体21，在格构柱的柱体21上表面做一个三角形平台22，并在三角形平台22上开三角形孔24。三角形孔24内切圆直径大于网壳端部的圆盘状节点23的直径（圆盘状节点23直径与三角形孔24内切圆直径差值由当地昼夜温差、季节温差以及杆件的实际决定），从而使网壳端部圆盘状节点23能在三角形孔24内沿各个方向发生一定范围的相对位移。同时要求孔壁能够承受网壳端部的剪切作用，在孔壁外侧设置多条加劲肋25。该节点组合可以传递竖向荷载，且可以通过控制圆盘节状点23与三角形平台22的相对压力来控制节点钢板之间的摩擦力,使得该节点组合能够承担正常的恒载、活载和风荷载以及温度变化不大于临界值（根据实际情况设置）时产生的温度应力组合下杆件的轴力。当产生温度变形时，由于钢板间的摩擦力被克服，节点可以在三角形孔24内产生可控的位移，使结构既能很好地承担竖向荷载及水平荷载,同时又具备良好的释放温度应力的能力。
当整个结构承受附加的温度应力时，双层空间网壳结构及网壳与格构柱的联接处均可产生微小位移，吸收能量；卸载后，在网壳高弹性中空短柱和“可呼吸”节点处摩擦力的作用下，整个结构体系回位，从而实现结构的可呼吸。此外，网壳与基础相连的格构柱使整个结构体系具有足够的刚度，并将上部荷载传递给基础。

Claims (8)

1.一种大跨度可呼吸结构体系，包括网壳和多个格构柱，其特征在于：所述网壳为有多个多边形框架单元组成的双层网壳，所述多边形框架单元边数大于3，上下两层多边形框架单元之间通过弹性短柱连接，所述上下两层多边形框架单元之间和单个多边形框架单元顶角和边框之间有碳纤维牵拉连接；所述网壳通过端部节点与所述格构柱相连接。
2.根据权利要求1所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：部分所述网壳端部节点为圆盘状节点；所述格构柱包括柱体，所述柱体与网壳连接处为一个多边形平台，所述多边形平台内有一个多边形孔，所述网壳的圆盘状节点位于所述多边形孔内；所述多边形孔的内切圆直径大于所述圆盘状节点直径。
3.根据权利要求1或2所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：所述弹性短柱为中空短柱，设置在上下两层多边形框架单元顶角之间，所述碳纤维穿过所述弹性短柱中心连接上下两层多边形框架单元顶角后，再与单个多边形框架单元的顶角和边框之间相连。
4.根据权利要求3所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：所述多边形框架单元为型钢焊接而成的六边形，所述弹性短柱通过拉铆铆接方式与多边形框架单元连接。
5.根据权利要求4所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：所述格构柱的所述多边形平台为三角形平台，所述多边形孔为三角形孔。
6.根据权利要求5所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：所述三角形孔外壁上设置有多条加劲肋。
7.根据权利要求4所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：连接弹性短柱和多边形框架单元的铆钉截面积之和不少于弹性短柱和多边形框架单元连接面面积的15%。
8.根据权利要求5所述的大跨度可呼吸结构体系，其特征在于：所述格构柱为6个，分别设置在所述网壳中心和网壳的五个角；所述五个角中三个角端部节点为圆盘状节点，与具有三角形孔的格构柱连接。
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