CN115182458B - 一种适用于超大跨度的空间网格结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于超大跨度的空间网格结构，属于建筑设计技术领域，解决了现有技术中空间网格结构不足、经济跨度适用范围小、施工难度大与速度慢、工程成本高的问题。一种适用于超大跨度的空间网格结构，包括：网格结构上弦，沿第一方向设置；网格结构下弦，位于网格结构上弦下方，沿第二方向设置；网格结构中弦，位于网格结构上弦与网格结构下弦之间，沿第三方向布置；网格结构中弦包括第一中弦区域与第二中弦区域，第一中弦区域围绕第二中弦区域，第一中弦区域网格长度小于第二中弦区域网格长度；网格结构腹杆，连接网格结构上弦、网格结构下弦以及网格结构中弦。本发明可降低结构钢材用量、极大拓宽螺栓球节点适用范围、降低施工难度。

Description

一种适用于超大跨度的空间网格结构

技术领域

本发明涉及建筑设计技术领域，尤其涉及一种适用于超大跨度的空间网格结构。

背景技术

随着经济和技术水平的提高，人们不仅追求建筑物内部的无柱大空间，以致近年来国内大跨度、超大跨度空间结构应用范围非常广泛，如：体育场馆、展览馆、大型商场超市、火车站房、飞机库、工厂车间、储煤料棚、仓库等各类公共建筑和工业建筑。通常采用的结构形式有网架结构、曲面型网壳结构、立体桁架结构、立体拱架结构、张弦结构、索结构、膜结构等，应用最为普遍且经济成本低的结构形式为网架结构或曲面型网壳结构，以致其广泛应用于各类民用建筑和工业建筑。网架结构或曲面型网壳结构通常采用焊接空心球节点和螺栓球节点两种形式。其中，螺栓球节点形式由于制作、安装方便深受建筑结构行业青睐，并很广泛应用于各类建筑中。

现有网架结构或曲面型网壳结构多为双层（上弦和下弦），平板形网架结构多适用于跨度不大于90m，跨度接近90m时工程用钢量偏大，经济效果差。跨度更大的结构通常采用张弦结构形式。视荷载取值不同，曲面型网壳结构通常适用于跨度不大于120m。

现有网架结构或曲面型网壳结构很少涉及三层（上弦、中弦和下弦），即使三层其布置形式通常为正放四角锥布置和正交正放网格布置。采用正放四角锥布置或正交正放网格布置的三层空间网格结构，网格结构中弦节点连接构件数量多达12-14根，带来问题为节点构造复杂、球节点直径大且施工困难，关键问题为工程用钢量大，经济效果差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种适用于超大跨度的空间网格结构，可以解决现有如下技术问题之一：空间网格结构焊接空心球节点焊接量大、满堂脚手架等一系列施工重难点、安全风险较普通钢筋混凝土结构成倍增加、空间网格结构的经济跨度适用范围小、施工难度大、施工速度慢、工程成本高。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种适用于超大跨度的空间网格结构，包括：

网格结构上弦，沿第一方向设置；

网格结构下弦，位于所述网格结构上弦下方，沿第二方向设置；

网格结构中弦，位于所述网格结构上弦与所述网格结构下弦之间，所述网格结构中弦的在水平面的正投影与所述网格结构上弦以及所述网格结构下弦在水平面的正投影相交，且相交的夹角呈45°；

所述网格结构中弦包括第一中弦区域与第二中弦区域，所述第一中弦区域围绕在所述第二中弦区域四周，所述第一中弦区域网格长度小于所述第二中弦区域网格长度；所述第二中弦区域网格平面双方向分别与水平方向和竖直方向呈45度角布置。

网格结构腹杆，连接所述网格结构上弦、网格结构下弦以及网格结构中弦；所述网格结构腹杆包括内部网格结构腹杆、外部网格结构腹杆与封边网格结构腹杆，所述封边网格结构腹杆在水平面的投影为一点，所述内部网格结构腹杆包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦的节点、网格结构中弦的节点以及网格结构下弦的节点，且所述内部网格结构腹杆与所述网格结构中弦在水平面的投影重合；

所述外部网格结构腹杆包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦的节点、网格结构中弦的节点以及网格结构下弦的节点，且所述外部网格结构腹杆在水平面的投影呈连续的“X”形；

所述网格结构上弦与网格结构下弦水平面在水平面的正投影重合；

所述超大跨度是指跨度为100米以上。

在一种可选的实施例中，所述第二中弦区域包括垂直相交的第一网格结构中弦与第二网格结构中弦。

在一种可选的实施例中，所述第一网格结构中弦与第二网格结构中弦沿所述第二中弦区域的中心至边缘或周边方向的中弦数量依次增多。

在一种可选的实施例中，所述第一中弦区域包括矩形网格结构框以及位于所述矩形网格结构框内的折线形中弦。

在一种可选的实施例中，所述折线形中弦弯折处形成折线角，至少两个相邻折线角所对应的折线形中弦的延长线与所述第一网格结构中弦相连。

在一种可选的实施例中，至少两个相邻折线角所对应的折线形中弦的延长线与所述第二网格结构中弦相连。

在一种可选的实施例中，所述适用于超大跨度的空间网格结构中所有网格结构连接节点之间采用螺栓球节点。

在一种可选的实施例中，所述适用于超大跨度的空间网格结构中所有网格结构连接节点之间全部采用螺栓球节点连接方式或采用焊接空心球节点和螺栓球节点混合连接方式。

与现有技术相比，本发明提供的适用于超大跨度的空间网格结构至少可实现如下有益效果之一：

（1）本发明提供的空间网格结构通过设置三层网格并通过将网格结构中弦划分为第一中弦区域与第二中弦区域，并通过设置第一中弦区域网格长度小于第二中弦区域网格长度，将结构中性轴较近的中弦减少节点数量和扩大网格尺寸，有效改善了空间网格结构受力状态，最大程度地扩大了空间网格结构的经济跨度适用范围，为超大跨度空间结构提供了一种新型结构型式；

（2）本发明基于改善空间网格结构的受力状态，降低了结构中各构件内力，减少了网格结构中弦节点连接构件数量，故连接节点可全部采用螺栓球节点形式，为超大跨度空间结构实现全螺栓球节点连接提供了全新的解决方案。

（3）本发明提供的空间网格结构可有效降低结构钢材用量、降低施工难度、提高施工速度以及降低工程成本。

附图说明

图1为本发明实施例中一种适用于超大跨度的空间网格结构的平面示意图；

图2为本发明实施例中空间网格结构上弦（下弦）的平面示意图；

图3为本发明实施例中空间网格结构中弦的平面示意图；

图4为本发明实施例中空间网格结构腹杆的平面示意图；

图5为本发明实施例中空间网格结构的中部断面示意图；

图6本发明实施例中空间网格结构端部封边示意图（一）；

图7本发明实施例中空间网格结构端部封边示意图（二）。

附图标记：

1-网格结构上弦；2-网格结构中弦；21-第一中弦区域；211-矩形网格结构框；212-折线形中弦；22-第二中弦区域；221-第一网格结构中弦；222-第二网格结构中弦；3-网格结构下弦；4-网格结构腹杆；41-内部网格结构腹杆；42-外部网格结构腹杆；43-封边网格结构腹杆；5-网格结构连接节点；6-网格结构下部支承点。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。

请一并参见图1、图2和图3，本发明实施例提供了一种适用于超大跨度的空间网格结构，包括：网格结构上弦1、网格结构下弦3、网格结构中弦2以及网格结构腹杆4；其中，网格结构上弦1沿第一方向设置；网格结构下弦3位于网格结构上弦1下方，沿第二方向设置；网格结构上弦1与网格结构下弦3水平面在水平面的正投影重合；网格结构中弦2位于网格结构上弦1与网格结构下弦3之间，网格结构中弦2的在水平面的正投影与网格结构上弦1以及网格结构下弦3在水平面的正投影相交，且相交的夹角呈45°；网格结构中弦2包括第一中弦区域21与第二中弦区域22，第一中弦区域21围绕第二中弦区域22，第一中弦区域21的网格长度小于第二中弦区域22的网格的长度；网格结构腹杆4连接网格结构上弦1、网格结构下弦3以及网格结构中弦2；网格结构腹杆4包括内部网格结构腹杆41、外部网格结构腹杆42与封边网格结构腹杆43，封边网格结构腹杆43在水平面的投影为一点，内部网格结构腹杆41包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦1的节点、网格结构中弦2的节点以及网格结构下弦3的节点，且内部网格结构腹杆41与网格结构中弦2在水平面投影重合；外部网格结构腹杆42包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦1的节点、网格结构中弦2的节点以及网格结构下弦3的节点，且外部网格结构腹杆42在水平面的投影呈连续的“X”形。

本发明实施例提供的空间网格结构至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的空间网格结构通过设置三层网格并通过将网格结构中弦2划分为第一中弦区域21与第二中弦区域22，将空间网格结构中性轴两侧的网格结构中弦2减少节点数量和扩大网格尺寸，有效改善了结构受力状态，最大程度地扩大了超大跨度空间网格结构的经济跨度适用范围，为超大跨度空间网格结构提供了一种新型结构型式；可有效降低结构钢材用量，降低施工难度，加工施工速度，降低工程成本。

以下将通过可选的实施例进一步解释和描述本发明实施例提供的空间网格结构。

需要说明的是，大跨度是指空间网格结构长度大于60米，本发明实施例所述的超大跨度是指空间网格结构跨度在100米以上的空间网格结构。网格结构中弦2位置距离网格结构的结构中性轴较近，故网格结构中弦2平面布置采用正交斜放形式，即本发明实施例所述的网格结构中弦2位于网格结构上弦1与网格结构下弦3之间，网格结构中弦2的在水平面的正投影与网格结构上弦1以及网格结构下弦3在水平面的正投影相交。采用上述结构设置，网格节点数量可降低35%以上，网格尺寸扩大40%以上，且有利改善结构受力状态，降低空间网格结构的结构内力。

需要说明的是，结构中性轴是指梁的中性层和横截面的交线。在平面弯曲和斜弯曲情形下，横截面与应力平面的交线上各点的正应力值均为零，这条交线称为中性轴。

需要说明的是，本发明实施例提供的网格结构上弦1、网格结构下弦3以及网格结构中弦2的数量可以根据使用场景的需要增加或者减少，本发明实施例对具体的数量不做限定。

网格结构上弦1与网格结构下弦3呈正交设置，可以提高空间网格结构的稳定性。

通过设置网格结构中弦2，与网格结构上弦1、网格结构下弦3形成三层网格结构，提高了空间网格结构的受力能力以及结构稳定性。

可以理解的是，基于本发明实施例中网格结构中弦2设置了第一中弦区域21与第二中弦区域22，请参见图4-图7，匹配的设置了内部网格结构腹杆41与外部网格结构腹杆42，即通过外部网格结构腹杆42连接支撑第一中弦区域21，通过内部网格结构腹杆41连接支撑第二中弦区域22。

需要说明的是，图6为本发明实施例中空间网格结构端部封边示意图之一；图7为本发明实施例中空间网格结构端部封边示意图之一。也就是说，本发明实施例提供的空间网格结构端部封边结构可以有多种，即可以从上述两种封边结构中选取一种，也可以是两种封边结构的组合。

请参见图6，封边网格结构腹杆43在水平面的投影为一点，即封边网格结构腹杆43与网格结构上弦1、网格结构下弦3之间为垂直连接。

请参见图3，优选的，第二中弦区域22包括垂直相交的第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222。

需要说明的是，第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222垂直相交，且第一网格结构中弦221、第二网格结构中弦222与网格结构上弦1、网格结构下弦3之间均呈45°角，即第一网格结构中弦221、第二网格结构中弦222在水平面的投影与网格结构上弦1、网格结构下弦3在水平面的投影不重合，且呈45°角。且第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222在水平面的投影与网格结构上弦1、网格结构下弦3之间均呈45°角。

优选的，第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222沿中心至边缘或周边方向的中弦数量依次增多。

可以理解的是，本发明实施例中所有网格结构之间的连接都具有连接节点，本发明实施例提供的第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222的数量可以沿中心至边缘或周边方向的中弦数量依次增多，如此，将结构中性轴两侧的中弦减少网格连接节点数量和扩大网格尺寸，有效改善了空间网格结构受力状态，最大程度地扩大了空间网格结构的经济跨度适用范围。

进一步地，第一网格结构中弦221与第二网格结构中弦222的数量沿中心至边缘或周边方向有规律的减少，示例的，呈等差数列减少，或呈阶梯式减少。

优选的，第一中弦区域21包括矩形网格结构框211以及位于矩形网格结构框211内的折线形中弦212。

矩形网格结构框211围绕在第二中弦区域22四周。第一中弦区域21内网格密度大于第二中弦区域22内网格密度，折线形中弦212在矩形网格结构框211内的弯折角度可以为30°-90°，示例的，可以为30°、45°、60°、90°等。弯折角度越大，折线形中弦212越密集。弯折角度越小，折线形中弦212越稀疏。

优选的，折线形中弦212弯折处形成折线角，相邻至少两个折线形中弦212的延长线与第一网格结构中弦221相连。

当折线形中弦212的弯折角度为90°时，相邻两个折线形中弦212的延长线与第一网格结构中弦221相连，这样提高第一中弦区域21与第二中弦区域22的连接稳定性。可以理解的是，当折线形中弦212的弯折角度为45°时，则需要相邻四个折线形中弦212的延长线才能与第一网格结构中弦221相连。

优选的，相邻至少两个折线形中弦212的延长线与第二网格结构中弦222相连。

当折线形中弦212的弯折角度为90°时，相邻两个折线形中弦212的延长线与第二网格结构中弦222相连，这样提高第一中弦区域21与第二中弦区域22的连接稳定性。可以理解的是，当折线形中弦212的弯折角度为45°时，则需要相邻四个折线形中弦212的延长线才能与第二网格结构中弦222相连。

需要说明的是，本发明实施例所述的第一方向与第二方向垂直相交。优选的，网格结构连接节点5之间全部采用螺栓球节点连接方式或焊接空心球节点和螺栓球节点混合连接方式。

需要说明的是，本发明实施例提供的网格结构之间都具有连接点，即网格结构连接点，本发明实施例提供的网格结构连接节点5之间采用螺栓球节点。

优选的，网格结构连接节点5之间采用焊接空心球节点和螺栓球节点混合连接方式。

本发明实施例提供的空间网格结构基于改善空间网格结构的受力状态，降低了空间网格结构中各构件内力，减少了空间网格结构中弦2的节点连接构件数量，故连接节点可全部采用螺栓球节点形式，或采用焊接空心球节点和螺栓球节点混合连接方式，为超大跨度空间结构实现全螺栓球节点连接提供了全新的解决方案。

优选的，适用于超大跨度的空间网格结构可适用于平板型、微曲面型和曲面型形状空间网格结构。

需要说明的是，本发明实施例提供的空间网格结构还包括网格结构下部支承点6，网格结构下部支承点6用于一种适用于超大大跨度空间网格结构。需要说明的是，本发明实施例提供的网格结构下部支承点6设置位置根据空间网格结构的受力需要灵活设置。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，包括：

网格结构上弦，沿第一方向设置；

网格结构下弦，位于所述网格结构上弦下方，沿第二方向设置；

网格结构中弦，位于所述网格结构上弦与所述网格结构下弦之间，所述网格结构中弦在水平面的正投影与所述网格结构上弦以及所述网格结构下弦在水平面的正投影相交，且相交的夹角呈45°；

所述网格结构中弦包括第一中弦区域与第二中弦区域，所述第一中弦区域围绕在所述第二中弦区域四周，所述第一中弦区域网格长度小于所述第二中弦区域网格长度；

网格结构腹杆，连接所述网格结构上弦、网格结构下弦以及网格结构中弦；所述网格结构腹杆包括内部网格结构腹杆、外部网格结构腹杆与封边网格结构腹杆，所述封边网格结构腹杆在水平面的投影为一点，所述内部网格结构腹杆包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦的节点、网格结构中弦的节点以及网格结构下弦的节点，且所述内部网格结构腹杆与所述网格结构中弦在水平面的投影重合；

所述外部网格结构腹杆包括三个连接点，其中三个连接点依次连接网格结构上弦的节点、网格结构中弦的节点以及网格结构下弦的节点，且所述外部网格结构腹杆在水平面的投影呈连续的“X”形；

所述网格结构上弦与网格结构下弦在水平面的正投影重合；

所述超大跨度是指跨度为100米以上。

2.根据权利要求1所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，所述第二中弦区域包括垂直相交的第一网格结构中弦与第二网格结构中弦。

3.根据权利要求2所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，所述第一网格结构中弦与第二网格结构中弦沿所述第二中弦区域的中心至边缘或周边方向数量依次增多。

4.根据权利要求2所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，所述第一中弦区域包括矩形网格结构框以及位于所述矩形网格结构框内的折线形中弦。

5.根据权利要求4所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，所述折线形中弦弯折处形成折线角，至少两个相邻折线角所对应的折线形中弦的延长线与所述第一网格结构中弦相连。

6.根据权利要求5所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，至少两个相邻折线形中弦的折线角所对应的折线形中弦的延长线与所述第二网格结构中弦相连。

7.根据权利要求1所述的适用于超大跨度的空间网格结构，其特征在于，所述适用于超大跨度的空间网格结构中所有网格结构连接节点之间全部采用螺栓球节点连接方式或焊接空心球节点和螺栓球节点混合连接方式。

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