CN109372120B - 一种两向正六边形网格结构及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种两向正六边形网格结构，该两向正六边形网格结构是一种空间网格结构，包括多个弦杆、腹杆和节点，弦杆和腹杆交于节点，所述弦杆与所述腹杆的长度相同，所述弦杆、腹杆和节点组成正六边形，所述弦杆、腹杆和节点组成的若干个正六边形紧密排列形成一个蜂窝状平面层，在空间网格结构的两个互相垂直的方向上，分别有若干个等间距平行的平面层。本发明还提供了一种两向正六边形网格结构的构建方法。本发明的有益效果是：相较于传统的网格结构，该两向正六边形网格结构的节点结构简单，节点处杆件较少，一个节点只连接五根杆件，减少了材料的使用量和自重，减轻了安装劳动强度，降低了成本。

Description

一种两向正六边形网格结构及其构建方法
技术领域
本发明涉及网格结构，尤其涉及一种两向正六边形网格结构及其构建方法。
背景技术
网格结构,是指由很多杆件从两个方向或几个方向按一定的规律布置，通过节点连接而成的一种网状空间杆系结构。早在19-20世纪建筑师和结构工程师就积极探索空间网格结构的多样性。出于效益的考虑，至今空间网格结构还是采用规则的结构图案，例如等边三角形、正方形和正六边形。工程上常见的空间网格结构主要分为平面桁架系，三角锥体系和四角锥体系，多用于体育场馆和娱乐活动场所等公共建筑。各种网格结构的由于节点处杆件较多，结构复杂，耗费材料巨大，制造和安装成本居高不下。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种两向正六边形网格结构及其构建方法。
本发明提供了一种两向正六边形网格结构，该两向正六边形网格结构是一种空间 网格结构，包括多个弦杆、腹杆和节点，弦杆和腹杆交于节点，所述弦杆与所述腹杆的长度 相同，所述弦杆、腹杆和节点组成正六边形，所述弦杆、腹杆和节点组成的若干个正六边形 紧密排列形成一个蜂窝状的平面层，在空间网格结构的两个互相垂直的方向上，分别有若 干个等间距平行的平面层，平面层间距为弦杆长度的
Figure DEST_PATH_IMAGE001
倍。
作为本发明的进一步改进，三根所述弦杆和两根所述腹杆交于一个节点，形成一个五爪节点单元，三根所述弦杆分别为第一弦杆、第二弦杆和第三弦杆，两根所述腹杆分别为第一腹杆和第二腹杆，所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆在同一平面内并且夹角互为120度，所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆在同一平面内并且夹角互为120度。所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆所在的平面和所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆所在的平面互相垂直。
作为本发明的进一步改进，如果网格结构在一个方向只有两层完整的正六边形平面层，与该方向垂直的方向上无法形成完整的正六边形平面，沿着两层完整的正六边形平面层中的其中一层进行镜像整体结构，获得两向正六边形网格结构。
作为本发明的进一步改进，所述节点为球节点。
本发明还提供了一种两向正六边形网格结构的构建方法，包括以下步骤：
a、节点组装：
取腹杆和弦杆长度为相邻两个节点之间最短距离的一半，对弦杆、腹杆涂刷不同的颜色，组装若干个五爪节点单元；
b、平面层组装：
弦杆和腹杆按相同颜色进行配对并组装成主体模块和扩展模块，将主体模块和扩展模块组合，在横向和纵向扩展成由弦杆、腹杆和节点组成的正六边形紧密排列形成的平面层；
c 空间网格体组装：两个平行的平面层之间通过腹杆在垂直方向一一配对，若干个平行的平面层依次配对，形成整体的两向正六边形网格结构。
作为本发明的进一步改进，腹杆和腹杆、弦杆和弦杆之间为法兰连接。
作为本发明的进一步改进，所构建的两向正六边形网格结构部分或者全部浇注水泥。
本发明的有益效果是：
1、该两向正六边形网格结构的双向六边形提高了整体刚度和稳定性；
2、相较于传统的网格结构，该两向正六边形网格结构的节点结构简单，节点处杆件较少，一个节点只连接五根杆件，减少了材料的使用量和自重，减轻了安装劳动强度，降低了成本；
3、该两向正六边形网格结构作为高次超静定空间结构，当部分杆件损坏不参与受力时，结构的内力会重新调整，对整体结构影响不大，方便进行杆件替换。
4、通过采用节点单元的设计，简化了组装过程，能够根据需要改变平面层的数量和规模大小。
附图说明
图1是本发明一种两向正六边形网格结构的示意图。
图2是本发明一种两向正六边形网格结构的五爪节点单元的示意图。
图3是本发明一种两向正六边形网格结构的五爪节点单元的示意图。
图4是本发明一种两向正六边形网格结构的两向五层平面层的形成过程示意图。
图5是本发明一种两向正六边形网格结构的两向五层平面层的俯视图。
图6是本发明一种两向正六边形网格结构的两向五层平面层的正视图。
图7是本发明一种两向正六边形网格结构的不同杆的颜色涂刷方式以及不同单元的配对方式的示意图。
图8是本发明一种两向正六边形网格结构的组成平面层的模块搭配组合方式示意图。
图9是本发明一种两向正六边形网格结构的平面层组装过程示意图。
图10是本发明一种两向正六边形网格结构的实施例1的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图10所示，一种两向正六边形网格结构100，该两向正六边形网格结构100是一种空间网格结构，包括多个弦杆102、腹杆103和节点101，弦杆102和腹杆103交于节点101，所述弦杆102与所述腹杆103的长度相同，所述弦杆102、腹杆103和节点101组成正六边形，所述若干个弦杆102、腹杆103和节点101组成的正六边形紧密排列形成一个蜂窝状平面层，在空间网格结构的两个互相垂直的方向上，分别有若干个等间距平行的的平面层。
如图2、3所示，三根所述弦杆102和两根所述腹杆103交于一个节点，形成一个五爪节点单元，三根所述弦杆102分别为第一弦杆1、第二弦杆3和第三弦杆4，两根所述腹杆103分别为第一腹杆2和第二腹杆5，所述第一弦杆1、第二弦杆3、第三弦杆4在同一平面内并且夹角互为120度，所述第一弦杆3、第一腹杆2、第二腹杆5在同一平面内并且夹角互为120度。所述第一弦杆1、第二弦杆3、第三弦杆4所在的平面和所述第一弦杆1、第一腹杆2、第二腹杆5所在的平面互相垂直。
如图1至图10所示，如果网格结构在一个方向只有两层完整的正六边形平面层，与该方向垂直的方向上无法形成完整的正六边形平面，沿着两层完整的正六边形平面层中的其中一层进行镜像整体结构，可获得两向正六边形网格结构100。
如图1至图10所示，节点101可以是球节点，腹杆、弦杆和节点可以采用钢、复合材料进行制作。
所述的两向正六边形网格结构100，其形成过程如图4所示，首先用三个间距为蜂 窝六边形边长的
Figure 313519DEST_PATH_IMAGE001
倍的平行平面截取蜂窝结构获得三个平面层T1，T3和T5，将T1沿着右 侧边缘旋转90度，获得平面层S1，同理可获得平面层S3和平面层S5，平面层S2和平面层S4， 平面层T2和平面层T4，进而形成一个两向五层平面层的整体结构，任取一个内部节点，均为 五爪节点单元，由三根弦杆（第一弦杆1、第二弦杆2、第三弦杆3）和两根腹杆（第一腹杆4、第 二腹杆5）组成。反之，以一个五爪节点单元为基础进行三个维度的延伸，形成多层网格结 构。
一种两向正六边形网格结构100的构建方法，其步骤为：
a 节点组装：
取腹杆和弦杆长度为相邻两个节点之间最短距离的一半，取第一弦杆1为第一种颜色201，取第二弦杆2、第三弦杆3为第二种颜色202，取第一腹杆4、第二腹杆5为第三种颜色203，组装若干个五爪节点单元。
b平面层组装：相同颜色的弦杆和弦杆配对（不同杆的颜色涂刷方式以及不同单元的配对方式如图7所示），如图8所示，先组装6种模块，其中模块4为主体模块，可选模块1和模块2为主体模块的扩展部分，可选模块1由模块5和6组成，可选模块2由模块1和模块3组成。若干个模块搭配组合在横向和纵向扩展成一个平面层。
c 空间网格体组装：两个平面层之间通过腹杆配对，如图9所示，平面层-1和平面层-2的腹杆在垂直方向一一配对。若干个平面层-1和-2依次间隔配对，形成整体的空间网格体。
腹杆和腹杆、弦杆和弦杆之间可以是法兰连接。
所构建的空间结构可以部分或者全部浇注水泥。
实施例1：
如图10所示，在俯视方向有两层平面层，每个平面层均由正六边形拼接而成。顶层平面层由15个模块4，5个模块5，5个模块3组成。底层平面层由15个模块4，5个模块6，5个模块1组成。在正视图方向没有完整的六边形形成。
本发明提供的一种两向正六边形网格结构及其构建方法，具有以下有益效果：
1、两向正六边形网格结构100的双向六边形提高了整体刚度和稳定性；
2、相较于传统的网格结构，节点结构简单，一个节点只连接五根杆件，减少了材料的使用量和自重，减轻了安装劳动强度；
3、两向正六边形网格结构100作为高次超静定空间结构，当部分杆件损坏不参与受力时，结构的内力会重新调整，对整体结构影响不大，方便进行杆件替换。
4、通过采用节点单元的设计，简化了组装过程，能够根据需要改变平面层的数量和规模大小。
本发明提供的一种两向正六边形网格结构及其构建方法，可以广泛应用于土木建筑、桥梁水利、海洋平台等领域。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种两向正六边形网格结构，该两向正六边形网格结构是一种空间网格结构，包括多个弦杆、腹杆和节点，弦杆和腹杆交于节点，其特征在于：所述弦杆与所述腹杆的长度相同，所述弦杆、腹杆和节点组成正六边形，所述弦杆、腹杆和节点组成的若干个正六边形紧密排列形成一个蜂窝状平面层，在空间网格结构的两个互相垂直的方向上，分别有若干个等间距平行的平面层，三根所述弦杆和两根所述腹杆交于一个节点，形成一个五爪节点单元，三根所述弦杆分别为第一弦杆、第二弦杆和第三弦杆，两根所述腹杆分别为第一腹杆和第二腹杆，所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆在同一平面内并且夹角互为120度，所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆在同一平面内并且夹角互为120度；所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆所在的平面和所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆所在的平面互相垂直。
2.根据权利要求1所述的两向正六边形网格结构，其特征在于：如果网格结构在一个方向只有两层完整的正六边形平面层，与该方向垂直的方向上无法形成完整的正六边形平面，沿着两层完整的正六边形平面层中的其中一层进行镜像整体结构，获得两向正六边形网格结构。
3.根据权利要求1所述的两向正六边形网格结构，其特征在于：所述节点为球节点。
4.一种两向正六边形网格结构的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、节点组装：
取腹杆和弦杆长度为相邻两个节点之间最短距离的一半，对弦杆、腹杆涂刷不同的颜色，组装若干个五爪节点单元；
b、平面层组装：
腹杆和弦杆按相同颜色进行配对并组装成主体模块和扩展模块，将主体模块和扩展模块组合，在横向和纵向扩展成由弦杆、腹杆和节点组成的正六边形紧密排列形成的平面层；
c 空间网格体组装：两个平行的平面层之间通过腹杆在垂直方向一一配对，若干个平行的平面层依次配对，形成整体的两向正六边形网格结构；
其中，所述弦杆与所述腹杆的长度相同，所述弦杆、腹杆和节点组成正六边形，所述弦杆、腹杆和节点组成的若干个正六边形紧密排列形成一个蜂窝状平面层，在空间网格结构的两个互相垂直的方向上，分别有若干个等间距平行的平面层，三根所述弦杆和两根所述腹杆交于一个节点，形成一个五爪节点单元，三根所述弦杆分别为第一弦杆、第二弦杆和第三弦杆，两根所述腹杆分别为第一腹杆和第二腹杆，所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆在同一平面内并且夹角互为120度，所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆在同一平面内并且夹角互为120度；所述第一弦杆、第二弦杆、第三弦杆所在的平面和所述第一弦杆、第一腹杆、第二腹杆所在的平面互相垂直。
5.根据权利要求4所述的两向正六边形网格结构的构建方法，其特征在于：腹杆和腹杆、弦杆和弦杆之间为法兰连接。
6.根据权利要求4所述的两向正六边形网格结构的构建方法，其特征在于：所构建的两向正六边形网格结构部分或者全部浇注水泥。
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