CN109469206B - 一种波浪形编织状网壳结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种波浪形编织状网壳结构及其施工方法，其中网壳为波浪形编织状框架结构，包括平行且间隔分布的波浪形纵向主杆以及与纵向主杆相互交叉连接的斜向主杆和次斜向主杆，以及纵向龙骨、斜向龙骨和次斜向龙骨；所述网壳的波谷位置下方连接有树状柱，且网壳在波谷位置与树状柱内部连通；所述网壳整体呈环形，其内圈和外圈对应设有外封边梁和内封边梁；施工时将网壳分单元制作拼装，网壳和树状柱间也可分别独立制作，而后再将网壳和树状柱吊装成完整的网壳结构。本发明波浪状结构设计，增加了网壳结构整体的美感性和观赏性，加之，网壳波谷和波峰的变化可以有效增加室内的局部净空高度；网壳结构内部杆件以及约束的设置增加了结构的整体性。
Description
技术领域
本发明属于空间结构建造领域，特别涉及一种波浪形编织状网壳结构及其施工方法。
背景技术
由于空间网壳结构具有杆件结构和薄壳结构的双重特性，在建筑领域具有较为广泛的应用，又因其在各杆件间的受力分配合理，可以适应较大的空间跨度。传统形式的网壳结构，多为平面结构或为圆管截面组成，结构样式较为单一，缺乏建筑韵律与美感；在网壳下方的支撑杆多为单根竖向杆，由于受力较大，易产生失稳的问题；还有如互承式网壳结构，其主要通传力形式为弯矩传力，对材料利用效率不高，产生的结构冗余度偏低；加之，通长的网壳结构采用焊接球节点进行现场的定位安装，安装过程中测量工作量大，对于焊接工人的技术要求较高，对网壳质量的较难控制。因此，需要提供一种富有建筑美感、受力合理且易于施工的网壳结构。
发明内容
本发明提出一种波浪形编织状网壳结构及其施工方法用以解决上述问题，具体技术方案如下：
一种波浪形编织状网壳结构，包括网壳，所述网壳为波浪形框架结构，包括平行且间隔分布的波浪形纵向主杆以及与纵向主杆相互交叉连接的斜向主杆和次斜向主杆；所述网壳的波谷位置下方连接有树状柱，且网壳在波谷位置与树状柱内部连通。
所述斜向主杆和次斜向主杆分别平行间隔设置，且两者相互交叉呈菱形网格；纵向主杆穿过菱形网格的邻边中点、并将菱形网格分割成中部的正六边形网格以及两端部的三角形网格。
一种波浪形编织状网壳结构还包括纵向龙骨、斜向龙骨和次斜向龙骨；其中纵向龙骨与纵向主杆平行、且间隔设置，斜向龙骨与斜向主杆平行、且间隔设置，次斜向龙骨与次斜向主杆平行、且间隔设置；纵向龙骨、斜向龙骨和次斜向龙骨对应从正六边形网格的对角穿过。
所述网壳呈环形，其内圈和外圈对应设有外封边梁和内封边梁；其中外封边梁和内封边梁对应纵向主杆在竖直方向和水平方向呈波浪状或直线状。
所述树状柱为下小上大的柱状体，包括一组环向间隔设置的立柱，所述立柱的上部由内向外呈放射状、且与对应的纵向主杆、斜向主杆、次斜向主杆连接。
所述立柱的数量为2N根，其中N为大于2的整数，间隔数为2的两根立柱在端部相交呈X形树杈状结构。
所述立柱的树杈状结构向上呈放射状，树杈状结构曲率适应连接纵向主杆、斜向主杆和次斜向主杆。
所述立柱上还连接有约束杆件，所述约束杆件至少有三组、分别是对应设置在立柱的下部、中部和上部的下约束杆件、中约束杆件和上约束杆件，所述中约束杆件和下约束杆件均连接在相邻立柱之间、且在平面上围合形成2N边形约束结构，所述上约束杆件连接在立柱相交的交点之间、且在平面上围合形成N边形约束结构。
所述立柱间还连接有加劲板；所述加劲板为方形板，连接在相邻立柱柱底端的空隙间。
一种波浪形编织状网壳结构的施工方法，具体实施步骤为：
步骤一、基于波谷位置对称分割网壳，形成的分割单元；依据波谷位置测量定位确定树状柱位置，并搭设树状柱操作胎架；
步骤二、将立柱安装在树状柱操作胎架上并加设立柱中加劲板、下约束杆件、中约束杆件和上约束杆件，完成后拆除树状柱操作胎架；
步骤三、分单元制作网壳，分割单元先从中间向两边依次就位安装纵向主杆，然后依次安装斜向主杆和次斜向主杆，再安装内封边梁和外封边梁，最后依次安装斜向龙骨、次斜向龙骨和纵向龙骨；
步骤四、搭设拼装网壳胎架，搭设临时下部支撑架，分别依次吊装分割单元，并将各单元接头连接，预留网壳波谷处与树状柱接口；
步骤五、将树杈状结构上部端头分别与网壳波谷处接口的交汇纵向主杆、斜向主杆和次斜向主杆端头相连；
步骤六、最后将网壳上波谷处斜向龙骨、次斜向龙骨和纵向龙骨连接于树杈状结构上，以此完成波浪形编织状网壳结构的拼装。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过外封边梁和内封边梁的波浪状形式变化以及内部杆件的曲率变化，增加了网壳结构整体的美感性和观赏性，加之，网壳波谷和波峰的变化可以有效增加室内的局部净空高度；网壳内部的纵向主杆、斜向主杆和次斜向主杆构成网壳有利的受力编织状骨架，而斜向龙骨、次斜向龙骨以及纵向龙骨增加了结构的整体性，还起到了一定的装饰作用；树状柱的设置可以有效的承接网壳荷载，在树状柱中约束件及加劲板的设置可以形成套箍作用，增加其承载性能，减少失稳的可能性；网壳与立柱通过树杈状结构的过度衔接易于操作，受力分配合理。本发明的网壳结构可以进行分单元预制拼装，可增加施工效率；网壳结构所用的杆件节点形式简易，易于施工。
附图说明
图1是波浪形编织状网壳结构整体示意图；
图2是分割单元网壳示意图；
图3是树状柱示意图。
附图标记：1-网壳；2-树状柱；3-外封边梁；4-内封边梁；5-纵向主杆 ；6-斜向主杆；7-次斜向主杆；8-斜向龙骨；9-次斜向龙骨；10-纵向龙骨；11-立柱；12-树杈状结构；13-下约束杆件；14-中约束杆件； 15-上约束杆件； 16- 加劲板；17-立柱相交端头。
具体实施方式
参见图1和图2所示，一种波浪形编织状网壳结构，所述网壳1为波浪形框架结构，包括平行且间隔分布的波浪形纵向主杆5以及与纵向主杆5相互交叉连接的斜向主杆6和次斜向主杆7；所述网壳1的波谷位置下方连接有树状柱2，且网壳1在波谷位置与树状柱2内部连通。
进一步，斜向主杆6和次斜向主杆7分别平行间隔设置，且两者相互交叉呈菱形网格。
进一步，纵向主杆5穿过菱形网格的邻边中点、并将菱形网格分割成中部的正六边形网格以及两端部的三角形网格。
进一步，网壳结构还包括纵向龙骨10、斜向龙骨8和次斜向龙骨9；其中纵向龙骨10与纵向主杆5平行、且间隔设置，斜向龙骨8与斜向主杆6平行、且间隔设置，次斜向龙骨9与次斜向主杆7平行、且间隔设置；纵向龙骨10、斜向龙骨8和次斜向龙骨9对应从正六边形网格的对角穿过。
本实施例中，所述网壳1呈环形，其内圈和外圈对应设有外封边梁3和内封边梁4；其中内封边梁4在网壳1长向的水平面和竖直面上均呈波浪状；在网壳1横向上竖直面呈波浪状，在水平方面呈直线状。所述外封边梁3在网壳1长向上竖直面呈波浪状，在水平方面呈直线状；在网壳1横向上竖直面和水平面均呈直线状。
本实施例中，外封边梁3、内封边梁4、纵向主杆5、斜向主杆6、次斜向主杆7、纵向龙骨10、斜向龙骨8和次斜向龙骨9采用方形钢管，上述构件还可由圆形钢管制作；构件相互间的节点连接为插接或焊接。
参见图3所示，所述树状柱2为下小上大的方形柱状体，包括一组环向间隔设置的立柱11，所述立柱11的上部由内向外呈放射状、且与对应的纵向主杆5、斜向主杆6、次斜向主杆7连接。
本实施例中所述立柱11的数量为十二根，由间隔数为2的两根立柱11在端部相交呈X形树杈状结构12。
本实施例中，树杈状结构12下端相邻立柱间相交，对应有立柱相交端头17，其个数为六个，树杈状结构12向上呈放射状伸展，其上侧端部曲率适应连接纵向主杆5、斜向主杆6和次斜向主杆7；此外，网壳1上波谷处斜向龙骨8、次斜向龙骨9和纵向龙骨10对应连接于立柱相交端头17和树杈状结构12上。
本实施例中，立柱11上还连接有约束杆件，所述约束杆件为三组钢管杆件围合组成、分别是对应设置在立柱11的下部、中部和上部的下约束杆件13、中约束杆件14和上约束杆件15，所述中约束杆件14和下约束杆件13均连接在相邻立柱11之间、且在平面上围合形成十二边形约束结构，所述上约束杆件15连接在立柱11的立柱相交端头17，在平面上围合形成六边形约束结构。
所述立柱11相邻杆件还连接有加劲板16；所述加劲板16为方形钢板，连接在相邻立柱11柱底端的空隙间。
如图1所示，将波浪形编织状网壳结构对称分为a~l共12个分割单元，结合图2和图3进一步说明波浪形编织状网壳结构的安装过程，具体操作步骤如下：
步骤一、依据网壳1波谷位置进行测量定位，确定树状柱2位置，并搭设临时树状柱2操作胎架。
步骤二、安装立柱11，将立柱11安装在临时树状柱2操作胎架上并加设立柱11中加劲板16、下约束杆件13、中约束杆件14和上约束杆件15，完成固定后拆除临时树状柱2操作胎架。
步骤三、分别安装分割单元a~l，分割单元安装时先从中间向两边依次就位安装纵向主杆5，然后依次安装斜向主杆6和次斜向主杆7，再安装内封边梁4和外封边梁3，最后依次安装斜向龙骨8、次斜向龙骨9和纵向龙骨10。
步骤四、安装网壳1，首先搭设拼装网壳1操作胎架，并在分割单元a、c、e、g 、i、k位置处搭设临时支撑柱，然后分别依次吊装分割单元a~l，并将各单元具有通长杆件设置的接头连接，同时预留网壳1波谷处与树状柱2接口。
步骤五、安装树杈状结构12，将树杈状结构12上部端头分别与网壳1波谷处接口的交汇纵向主杆5、斜向主杆6和次斜向主杆7端头相连。
步骤六、吊装网壳1，吊装网壳1至对应立柱11上方，然后将树杈状结构12下端部端头与立柱相交端头17相连，并将网壳1上波谷处斜向龙骨8、次斜向龙骨9和纵向龙骨10连接于立柱相交端头17和树状柱2相应位置，以此完成波浪形编织状网壳结构的拼装。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种波浪形编织状网壳结构，包括网壳（1），其特征在于：所述网壳（1）为波浪形编织状框架结构，包括平行且间隔分布的波浪形纵向主杆（5）以及与纵向主杆（5）相互交叉连接的斜向主杆（6）和次斜向主杆（7）；所述网壳（1）的波谷位置下方连接有树状柱（2），且网壳（1）在波谷位置与树状柱（2）内部连通；
所述网壳（1）呈环形，其内圈和外圈对应设有外封边梁（3）和内封边梁（4）；其中外封边梁（3）和内封边梁（4）对应纵向主杆（5）在竖直方向和水平方向呈波浪状或直线状。
2.根据权利要求 1所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述斜向主杆（6）和次斜向主杆（7）分别平行间隔设置，且两者相互交叉呈菱形网格；纵向主杆（5）穿过菱形网格的邻边中点、并将菱形网格分割成中部的正六边形网格以及两端部的三角形网格。
3.根据权利要求 2所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：还包括纵向龙骨（10）、斜向龙骨（8）和次斜向龙骨（9）；其中纵向龙骨（10）与纵向主杆（5）平行、且间隔设置，斜向龙骨（8）与斜向主杆（6）平行、且间隔设置，次斜向龙骨（9）与次斜向主杆（7）平行、且间隔设置；纵向龙骨（10）、斜向龙骨（8）和次斜向龙骨（9）对应从正六边形网格的对角穿过。
4.根据权利要求 1所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述树状柱（2）为下小上大的柱状体，包括一组环向间隔设置的立柱（11），所述立柱（11）的上部由内向外呈放射状、且与对应的纵向主杆（5）、斜向主杆（6）、次斜向主杆（7）连接。
5.根据权利要求 4所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述立柱（11）的数量为2N根，其中N为大于2的整数，间隔数为2的两根立柱（11）在端部相交呈X形树杈状结构（12）。
6.根据权利要求 5所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述树杈状结构（12）向上呈放射状，树杈状结构（12）曲率适应连接纵向主杆（5）、斜向主杆（6）和次斜向主杆（7）。
7.根据权利要求 6所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述立柱上还连接有约束杆件，所述约束杆件至少有三组、分别是对应设置在立柱的下部、中部和上部的下约束杆件（13）、中约束杆件（14）和上约束杆件（15），所述中约束杆件（14）和下约束杆件（13）均连接在相邻立柱之间、且在平面上围合形成2N边形约束结构，所述上约束杆件（15）连接在立柱相交的交点之间、且在平面上围合形成N边形约束结构。
8.根据权利要求 7所述的一种波浪形编织状网壳结构，其特征在于：所述立柱（11）间还连接有加劲板（16）；所述加劲板（16）为方形板，连接在相邻立柱（11）柱底端的空隙间。
9.根据权利要求 8所述的一种波浪形编织状网壳结构的施工方法，其特征在于，具体实施步骤为：
步骤一、基于波谷位置对称分割网壳（1），形成的分割单元；依据波谷位置测量定位确定树状柱（2）位置，并搭设树状柱（2）操作胎架；
步骤二、将立柱（11）安装在树状柱（2）操作胎架上并加设立柱（11）中加劲板（16）、下约束杆件（13）、中约束杆件（14）和上约束杆件（15），完成后拆除树状柱（2）操作胎架；
步骤三、分单元制作网壳（1），分割单元安装时先从中间向两边依次就位安装纵向主杆（5），然后依次安装斜向主杆（6）和次斜向主杆（7），再安装内封边梁（4）和外封边梁（3），最后依次安装斜向龙骨（8）、次斜向龙骨（9）和纵向龙骨（10）；
步骤四、搭设拼装网壳胎架，搭设临时下部支撑架，分别依次吊装分割单元，并将各单元接头连接，预留网壳（1）波谷处与树状柱（2）接口；
步骤五、将树杈状结构（12）上部端头分别与网壳（1）波谷处接口的交汇纵向主杆（5）、斜向主杆（6）和次斜向主杆（7）端头相连；
步骤六、最后将网壳（1）上波谷处斜向龙骨（8）、次斜向龙骨（9）和纵向龙骨（10）对应连接于树杈状结构（12）上，以此完成波浪形编织状网壳结构的拼装。
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