CN106968340A - 一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，包括单层网壳结构、双层网壳结构和格构柱，所述格构柱环形分布并作为下部支撑，向上平滑延伸并向外翻张为双层网壳结构，双层网壳结构向外厚度渐薄并延伸为环状单层网壳结构，通过自重及荷载产生的环向拉力达到平衡，形成悬挑；所述双层网壳结构环向为网壳体和空腔交替结构，网壳体边缘下部与格构柱连接，上部与单层网壳结构及相邻网壳体边缘交接。本发明从整体上进行网壳结构的创新设计，在受力传力合理的基础上，结合仿生结构特性，通过提高结构的整体性与稳定性，实现了网壳结构外挑造型的突破。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系。
背景技术
在人类社会发展的历程中，能够提供更大空间和跨度的结构往往是人们追求的目标。大空间和大跨度的结构不仅可以满足建筑大空间的使用要求，使空间水平分隔的灵活性及垂直方向自由调整的可能性增大，而且受力合理、结构轻巧、造型优美、用钢量低、实用耐久。大空间结构体系设计的优劣直接关系到建筑物的安全、稳定、经济、适用、美观，结构体系设计也关系着建筑的抗震能力、整体强度、经济性能等。由于大空间结构设计问题的复杂性，在实际应用中往往因为荷载传递及结构受力的不合理，导致建筑结构稳定性及整体强度劣化。
网壳结构系由杆系单元通过节点连接而成的曲面空间结构体系，该体系由于受力合理、结构稳定性好、施工方便等优点，已广泛应用于各类工业与民用建筑。内拢形的网壳结构具有较高的结构稳定性，但其外形常规，结构单一，难以满足人们对建筑结构艺术化的要求；在网壳结构中，单层网壳结构轻质且便于施工，但稳定性较差，杆件材料强度得不到充分发挥，而使用双层网壳结构又会使建筑用材成倍增加，不仅造成浪费更增加了结构自重。且网壳结构形态构造单一，因其受力特点的限制一直没在造型上有所突破。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种具有稳定性好、受力合理、材料使用效率高的大空间外伸环形单双层网壳结构体系。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为，一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，包括单层网壳结构、双层网壳结构和格构柱，其特征在于：所述格构柱环形分布并作为下部支撑，向上平滑延伸并向外翻张为双层网壳结构，双层网壳结构向外厚度渐薄并延伸为环状单层网壳结构，通过自重及荷载产生的环向拉力达到平衡，形成悬挑；所述双层网壳结构环向为网壳体和空腔交替结构，网壳体边缘下部与格构柱连接，上部与单层网壳结构及相邻网壳体边缘交接。
进一步地，所述格构柱横向通过环形钢梁相互连接，用于保持网壳结构体系下部支撑的稳定性。
进一步地，所述双层网壳结构间采用竖向系杆连接，系杆由双层网壳结构至单层网壳结构方向长度逐渐减小，双层网壳结构所承受弯矩由大至小，至系杆高度减为零变为单层网壳。
进一步地，所述格构柱顶端向上延伸平滑地与网壳体边缘部分相连。
进一步地，所述网壳体边缘为格构柱向上延伸至双层网壳部分的钢材，用于传递顶部传下来的力与弯矩。
进一步地，所述格构柱为四边形格构柱，且格构柱顶端向上延伸并弯曲，平滑地连接双层网壳结构。
与现有技术相比，本发明的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系从整体上进行系统的结构设计，在受力传力合理的基础上，通过格构柱、环向钢梁、双层网壳及单层环网的共同作用，使结构的整体稳定性得到保障。具体的，本发明结合网架结构自重轻、跨度大的优点，形成大空间外伸型环形单双层网壳结构，在自重及荷载作用下通过产生环向拉力使不利荷载转化为有效抗力，并通过“单层网壳—双层网壳—格构柱”明晰的传力路径将荷载传递至基础，实现结构体系的稳定。本发明明确提出的新型结构体系从结构本身出发，结合仿生结构特性，通过提高结构的整体性与稳定性，实现了网壳结构外挑造型的突破。
本发明的网壳结构实现了单层网壳与双层网壳的巧妙结合，利用渐变的双层网壳将单层网壳与双层网壳相结合，在三维空间形成网壳结构，最大限度的提高了材料的使用效率、减轻结构自重并节省材料。
相较于传统单层网壳结构在承受较大荷载时稳定性较差，杆件材料强度得不到充分发挥，本结构增加双层网壳部分以提高结构稳定性；而双层网壳结构又会使建筑用材成倍增加，不仅造成浪费更增加了结构自重的现状，本发明在所需抗倾覆力矩小的部分使用单层网壳使结构用料更省，自重减轻；本发明所述的空间网壳结构中，根据需要提供的抵抗弯矩合理设置的单层网壳与双层网壳的逐渐转变，在三维空间中形成刚度梯度，使材料强度得到充分发挥。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的局部结构放大图。
图3为本发明的又一局部结构放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，所述的网壳结构仿照牵牛花的形态构造，利用牵牛花花冠部分环向连接并且向外翻张的造型、从花的根部到翼缘花瓣厚度由厚渐薄的形态特点，以及牵牛花花冠横向比较之下花冠薄厚相间，且薄厚相连部分褶皱出棱的构造特点。运用到网壳结构中，形成如图1、2、3所示的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，包括单层网壳结构1、双层网壳结构2、格构柱3和环型钢梁4，所述的网壳结构体系为单双层渐变网壳结构；所述的网壳结构体系下部连接格构柱3为其提供下部支撑；所述的格构柱3为四边形格构柱，且格构柱3顶端向上延伸并弯曲，平滑地连接双层网壳结构2；所述的双层网壳结构2通过环向呈现网壳体21和空腔22交替的形态，所述网壳体21边缘和空腔22连接处为肋5，相互连接的肋5用以加强结构稳定性；所述的肋5为格构柱3向上延伸至双层网壳部分的钢材，构成双层网壳结构2的边缘；所述双层网壳结构2通过多个单支的花瓣状网壳在单层网壳结构1处相互连接成环状，每单支网壳均较其上单层网壳部分略窄，故在双层网壳结构2横向连接部分形成空腔22，通过在空腔22两侧形成人字形肋5以加强结构稳定性。
进一步地，所述网壳结构体系通过模仿牵牛花的结构构造，利用牵牛花花冠部分环向连接并且向外翻张的造型，结合现今的网壳结构，使网壳结构向外翻张并通过相互的连接，在自重的作用下在单层环网部分即单层网壳结构1处产生环向拉力以达到平衡，改变了网壳内拢的单一造型样式并具有较好的稳定性。
进一步地，所述网壳结构体系通过模仿牵牛花的结构构造，利用牵牛花花冠部分从花的根部到翼缘花瓣厚度由厚渐薄的形态特点，结合现有的单层网壳结构1与双层网壳结构2相结合，双层网壳结构2中间连有竖向系杆23，系杆23由双层网壳结构2至单层网壳结构1方向长度随弯矩逐渐减小，达到渐变效果，提高材料使用效率。
进一步地，所述网壳结构通过模仿牵牛花的结构构造，利用牵牛花花冠横向比较之下花冠薄厚相间，且薄厚相连部分褶皱出棱的形态特点，结合单双层渐变网壳结构，在双层网壳结构2部分形成环向呈现网壳体21和空腔22交替的形态，加强网壳体边缘即肋5的材料强度模仿牵牛花花冠部分的棱，增强结构稳定性。
进一步地，所述格构柱3顶端向上延伸平滑地与双层网壳结构网壳体21边缘的肋5相连，更好地传递顶部传下来的力与弯矩。所述格构柱3横向通过环向钢梁4相连接，提高下部支撑的稳定性。
具体的，所述双层网壳结构网壳体21包括肋5、上层网壳24、下层网壳25和系杆23；所述上层网壳24和下层网壳25分别包括多根交叉的斜向杆26，上层网壳24和下层网壳25的斜向杆26竖向对应，斜向杆26交叉点呈环向分布并由横杆27环向连接，上层网壳24和下层网壳25的斜向杆26交叉点竖向对应，并由系杆23连接；所述单层网壳结构1包括多跟交叉的斜向杆11，为上层网壳和下层网壳的斜向杆26在单层网壳结构1的延伸，单层网壳结构的斜向杆11交叉点呈环向分布并由横杆12环向连接；所述网壳渐变结构是根据需要提供的抵抗弯矩合理设置的单层网壳与双层网壳的逐渐转变，起到承重与传递荷载的作用。
应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，本领域人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，包括单层网壳结构、双层网壳结构和格构柱，其特征在于：所述格构柱环形分布并作为下部支撑，向上平滑延伸并向外翻张为双层网壳结构，双层网壳结构向外厚度渐薄并延伸为环状单层网壳结构，通过自重及荷载产生的环向拉力达到平衡，形成悬挑；所述双层网壳结构环向为网壳体和空腔交替结构，网壳体边缘下部与格构柱连接，上部与单层网壳结构及相邻网壳体边缘交接。
2.根据权利要求1所述的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，其特征在于：所述双层网壳结构间采用竖向系杆连接，系杆由双层网壳结构至单层网壳结构方向长度逐渐减小，双层网壳结构所承受弯矩由大至小，至系杆高度减为零变为单层网壳。
3.根据权利要求1所述的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，其特征在于：所述网壳体边缘为格构柱向上延伸至双层网壳部分的钢材，用于传递顶部传下来的力与弯矩。
4.根据权利要求1所述的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，其特征在于：所述格构柱顶端向上延伸平滑地与网壳体边缘部分相连。
5.根据权利要求1所述的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，其特征在于：所述格构柱为四边形格构柱，且格构柱顶端向上延伸并弯曲，平滑地连接双层网壳结构。
6.根据权利要求1、4及5任一项所述的一种大空间外伸环形单双层网壳结构体系，其特征在于：所述格构柱横向通过环形钢梁相互连接，用于保持网壳结构体系下部支撑的稳定性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170721 |