CN115199038A - 多向多曲率大跨度曲面网壳系统 - Google Patents

多向多曲率大跨度曲面网壳系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统，包括：呈弧形状的若干个方形框体，方形框体包括呈弧形的一对第一杆件以及安装连接于一对第一杆件对应端部之间的第二杆件；间隔地安装于一对第一杆件之间的若干个主钢梁；斜向地安装连接于相邻两个主钢梁之间的若干个第一次钢梁；斜向地安装连接于第二杆件和与第二杆件相邻的主钢梁之间的若干个第二次钢梁，通过若干个主钢梁、若干个第一次钢梁以及若干个第二次钢梁组合形成曲形地网格结构，通过若干个网格结构上的方形框体拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。采用T形钢梁替代传统的钢管和H型钢，大大降低施工成本。

Description

多向多曲率大跨度曲面网壳系统
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，特指一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
背景技术
网壳结构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。
针对多向多曲率大跨度曲面网壳系统需要采用曲形的杆件拼接连接而成网格结构，现有技术中网壳结构的杆件通常为钢管、H型钢，制作钢管和H型钢耗费的钢材较多，钢管和H型钢价格也较高，导致施工成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统，以解决现有的网壳结构采用大量的钢管、H型钢，施工成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统，包括：
呈弧形状的若干个方形框体，所述方形框体包括呈弧形的一对第一杆件以及安装连接于一对所述第一杆件对应端部之间的第二杆件；
间隔地安装于一对所述第一杆件之间的若干个主钢梁，所述主钢梁呈T形的直条状；
斜向地安装连接于相邻两个所述主钢梁之间的若干个第一次钢梁，所述第一次钢梁呈T形的曲形状，相邻两个所述第一次钢梁间形成一夹角；以及
斜向地安装连接于所述第二杆件和与所述第二杆件相邻的主钢梁之间的若干个第二次钢梁，所述第二次钢梁呈T形的曲形状，相邻两个所述第二次钢梁间形成一夹角，通过若干个所述主钢梁、若干个所述第一次钢梁以及若干个所述第二次钢梁组合形成曲形地网格结构，通过若干个所述网格结构上的方形框体拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
本发明采用T形钢梁替代传统的钢管和H型钢，由于T形钢梁制作成本低于钢管和H型钢的制作成本，可以大大降低施工成本，通过若干个所述主钢梁、若干个所述第一次钢梁以及若干个所述第二次钢梁组合形成曲形地网格结构，通过若干个所述网格结构上的方形框体拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，所述方形框体划分为位于所述方形框体两端的端部区域以及位于两个所述端部区域之间的中部区域，至少一所述主钢梁位于所述端部区域内；
位于所述端部区域的主钢梁包括呈T形的直条状的若干个连接段以及安装连接于相邻两个所述连接段之间的连接件，位于所述端部区域的主钢梁通过所述连接件与对应的所述第一次钢梁和所述第二次钢梁安装连接。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，所述第二次钢梁呈单向的曲形状。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，位于所述中部区域的第一次钢梁呈双向或多向的曲形状。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，所述连接件呈倒圆锥状且具有呈曲面状的环面；
所述连接段的端部形成有与所述环面相适配的连接端，所述连接端与所述环面对接连接。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，所述连接段包括呈横向设置的横板和垂直连接于所述横板底面的竖板；
所述横板的端部形成有与所述环面相适配且呈弧形状的卡槽，所述横板的端部通过所述卡槽卡套固定于对应的所述环面上；
所述竖板的端面呈倾斜状且与对应的所述环面固定连接。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，所述第一次钢梁包括横向设置且呈曲面状的第一曲面板以及垂直连接于所述第一曲面板底面且呈曲面状的第二曲面板。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，
与所述连接件相连的第一次钢梁上的第一曲面板的端部对应所述环面形成有呈弧形状的凹槽，所述第一曲面板的端部通过所述凹槽卡套固定于对应的所述环面上；
与所述连接件相连的第一次钢梁上的第二曲面板的端部对应所述环面形成有与所述环面相适配且呈倾斜状的安装面，所述安装面与对应的所述环面固定连接。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，
位于所述中部区域的主钢梁包括呈横向设置的翼板以及垂直连接于所述翼板底面的腹板；
位于所述中部区域的第一次钢梁上的第一曲面板的端部对应所述翼板形成有与所述翼板相适配的第一斜面，所述第一斜面与所述翼板固定连接且相平齐；
位于所述中部区域的第一次钢梁上的第二曲面板的端部对应所述翼板形成有部分凸伸所述第一曲面板外的凸伸部，所述凸伸部的顶面与所述翼板的底面固定连接，所述凸伸部的端面呈倾斜状且与对应的所述腹板固定连接。
本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的进一步改进在于，还包括立设于施工面上且支撑连接于所述方形框体底面的若干个支撑柱。
附图说明
图1为本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统的结构示意图。
图2为本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统中网格结构和方形框体的结构示意图。
图3为本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统位于端部区域的主钢梁与其两侧的第一次钢梁和第二次钢梁相连的结构示意图。
图4为本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统中与连接件相连的第一次钢梁的主视图。
符号说明：方形框体10，第一杆件11，第二杆件12，位于端部区域的主钢梁21，连接段211，横板2111，竖板2112，连接件212，位于中部区域的主钢梁22，与连接件相连的第一次钢梁31，位于中部区域的第一次钢梁32，第一曲面板33，第二曲面板34，安装面341，凸伸部342，第二次钢梁40，第一弧板41，第二弧板42。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统，本发明包括若干个方形框体、若干个主钢梁、若干个第一次钢梁以及若干个第二次钢梁，采用T形钢梁替代传统的钢管和H型钢，由于T形钢梁制作成本低于钢管和H型钢的制作成本，可以大大降低施工成本。
下面结合附图对本发明多向多曲率大跨度曲面网壳系统进行说明。
参见图1和图2，在本实施例中，一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统包括：呈弧形状的若干个方形框体10，方形框体10包括呈弧形的一对第一杆件11以及安装连接于一对第一杆件11对应端部之间的第二杆件12；间隔地安装于一对第一杆件11之间的若干个主钢梁，主钢梁呈T形的直条状；斜向地安装连接于相邻两个主钢梁之间的若干个第一次钢梁，第一次钢梁呈T形的曲形状，相邻两个第一次钢梁间形成一夹角；斜向地安装连接于第二杆件12和与第二杆件12相邻的主钢梁之间的若干个第二次钢梁40，第二次钢梁40呈T形的曲形状，相邻两个第二次钢梁40间形成一夹角，通过若干个主钢梁、若干个第一次钢梁以及若干个第二次钢梁40组合形成曲形地网格结构，通过若干个网格结构上的方形框体10拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
在本实施例中网壳系统采用T形钢梁替代传统的钢管和H型钢，由于T形钢梁制作成本低于钢管和H型钢的制作成本，可以大大降低施工成本。现有技术中采用钢管和H型钢形成的网格结构的线条较粗，比较厚重，而本申请采用T形钢梁，使得网格结构的线条更为轻盈，整体的结构较为轻巧。
参见图1和图2，在一种具体实施例中，方形框体10划分为位于方形框体10两端的端部区域以及位于两个端部区域之间的中部区域，至少一主钢梁位于端部区域内；位于端部区域的主钢梁21包括呈T形的直条状的若干个连接段211以及安装连接于相邻两个连接段211之间的连接件212，位于端部区域的主钢梁21通过连接件212与对应的第一次钢梁和第二次钢梁40安装连接。
通过设置连接件212以增加主钢梁与第一次钢梁、主钢梁与第二次钢梁40间的接触面积，从而增强主钢梁与第一次钢梁、主钢梁与第二次钢梁40间的连接强度。
参见图2和图3，进一步的，第二次钢梁40呈单向的曲形状。端部区域内的主钢梁数量大于等于2个，则至少有一排之上的第一钢梁也位于端部区域内，位于端部区域的第一次钢梁也呈单向的曲形状。单向曲形即仅有一个弯曲方向，类似于拱形。
参见图2和图3，更进一步的，位于中部区域的第一次钢梁32呈双向或多向的曲形状。双向或多向的曲形即有两个或多个的弯曲方向，在XYZ轴三维空间中三个方向上均发生弧度和角度的弯曲变化，类似于波浪形。
较佳地，网格结构呈拱形状。
单向的曲形状的T型钢梁的刚性大于双向或多向的曲形状的T型钢梁的刚性。在每个方形框体10划分为位于两端的端部区域和位于中间的中部区域，在中部区域采用多向的曲形状的T型钢梁以更好的适配网壳系统的曲形造型设计，而且由于拱形的上部承受荷载较小，采用双向或多向的曲形状的T型钢梁也能够有效地保障整体结构的受力性能的稳定性，在端部区域内采用单向的曲形状的T型钢梁以增强网格结构两端的刚性和受力性能，以更有效地承载由位于中部区域的T型钢梁传递而来荷载。
同时由于双向或多向的曲形状的T型钢梁是两个或多个方向弯曲，其自身的弯曲程度较大，更容易与主梁的侧部平齐地对接，而单向的曲形状的T型钢梁弯曲方向较为单一，在多个单向的曲形状的T型钢梁对接到主钢梁上时，可能无法确保多个单向的曲形状的T型钢梁的端部均与主钢梁顺畅地平齐对接，容易发生错位的风险，通过将多个单向的曲形状的T型钢梁和两个连接段211均连接到连接件212上，以实现不同曲形的T型钢梁的转接地更为流畅和自然，以使得位于连接件212两侧的T型钢梁能够形成整体连贯顺畅的弧线线条，确保网壳系统的顶面弧形更为平滑顺畅，无错台的连接，也增强连接节点的连接强度和刚性。
由于位于中部区域的主钢梁22不设置连接件212，仅位于端部区域的主钢梁21设置连接件212，节约了施工成本。可以根据整个网格结构的受力性能，设计单向的曲形状的T型钢梁的排数，若一端部区域内的主钢梁数量为1个，则该端部区域内的单向的曲形状的T型钢梁为1排；若一端部区域内的主钢梁数量为2个，则该端部区域内的单向的曲形状的T型钢梁为2排，以此类推，设置的单向的曲形状的T型钢梁排数越多整体的刚性和受力性能越强，但由于连接件212的设置数量也将增多，导致施工成本也增加，可根据实际施工需求对单向的曲形状的T型钢梁和双向或多向的曲形状的T型钢梁进行合理的排布和设计。
参见图2和图3，在一种具体实施例中，连接件212呈倒圆锥状且具有呈曲面状的环面；连接段211的端部形成有与环面相适配的连接端，连接端与环面对接连接。
参见图2和图3，进一步的，连接段211包括呈横向设置的横板2111和垂直连接于横板2111底面的竖板2112；横板2111的端部形成有与环面相适配且呈弧形状的卡槽，横板2111的端部通过卡槽卡套固定于对应的环面上；竖板2112的端面呈倾斜状且与对应的环面固定连接。
通过卡槽以增大连接段211与环面的接触面积，增强连接段211与环面的连接强度。
参见图2和图3，在一种具体实施例中，第一次钢梁包括横向设置且呈曲面状的第一曲面板33以及垂直连接于第一曲面板33底面且呈曲面状的第二曲面板34。
参见图2和图3，进一步的，与连接件212相连的第一次钢梁31上的第一曲面板33的端部对应环面形成有呈弧形状的凹槽，第一曲面板33的端部通过凹槽卡套固定于对应的环面上；与连接件212相连的第一次钢梁31上的第二曲面板34的端部对应环面形成有与环面相适配且呈倾斜状的安装面341，安装面341与对应的环面固定连接。
通过凹槽以增大第一曲面板33与环面的接触面积，增强第一曲面板33与环面的连接强度。
参见图3和图4，更进一步的，位于中部区域的主钢梁22包括呈横向设置的翼板以及垂直连接于翼板底面的腹板；位于中部区域的第一次钢梁32上的第一曲面板33的端部对应翼板形成有与翼板相适配的第一斜面，第一斜面与翼板固定连接且相平齐；位于中部区域的第一次钢梁32上的第二曲面板34的端部对应翼板形成有部分凸伸第一曲面板33外的凸伸部342，凸伸部342的顶面与翼板的底面固定连接，凸伸部342的端面呈倾斜状且与对应的腹板固定连接。
凸伸部342一方面与翼板固定连接起到对翼板的承托加固的作用，另一方面与腹板固定连接，增大了接触面积，增强了连接强度。
较佳地，曲面网壳系统还包括立设于施工面上且支撑连接于方形框体10底面的若干个支撑柱。
较佳地，若干个主钢梁沿第一杆件11的长度方向均匀间隔分布。
参见图3和图4，在一种具体实施例中，第二次钢梁40包括横向设置且呈弧面状的第一弧板41以及垂直连接于第一弧板41底面且呈弧面状的第二弧板42；
杆件为工字钢且包括平行设置的一对横向部以及垂直连接于一对横向部之间的竖向部；
第一弧板41的一端形成有与横向部相适配且呈倾斜状的第一对接面，第一对接面与横向部相平齐地固定连接，第一弧板41的另一端对应环面形成有呈弧形状的凹面，凹面与环面对接连接。
第二弧板42的一端形成有与竖向部相适配且呈倾斜状的第二对接面，第二对接面与竖向板固定连接，第二弧板42的另一端对应环面形成有呈倾斜状的第三倾斜面，第三倾斜面与环面对接连接。
主钢梁、第一次钢梁、第二次钢梁40、连接件212以及方形框体10间均采用焊接连接。
下面对本发明的多向多曲率大跨度曲面网壳系统的施工流程进行说明。
将若干个主钢梁间隔地安装于一对第一杆件11之间，将若干个第一次钢梁斜向地安装连接于相邻两个主钢梁之间，将若干个第二次钢梁40斜向地安装连接于第二杆件12和与第二杆件12相邻的主钢梁之间，通过若干个主钢梁、若干个第一次钢梁以及若干个第二次钢梁40组合形成曲形地网格结构，再根据网壳系统的曲面造型将若干个网格结构上的方形框体10拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用T形钢梁替代传统的钢管和H型钢，大大降低施工成本，采用倒圆锥状的连接件212以使不同曲形的T型钢梁的转接地更为流畅和自然，以使得位于连接件212两侧的T型钢梁能够形成整体连贯顺畅的弧线线条，确保网壳系统的顶面弧形更为平滑顺畅，无错台的连接，也增强连接节点的连接强度和刚性，倒圆锥状的连接件212从下往上看时，使得连接节点处的较小，T形钢梁从下往上看时线条更窄，从而使得整个网壳系统条更为轻盈，整体的结构较为轻巧。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，包括：
呈弧形状的若干个方形框体，所述方形框体包括呈弧形的一对第一杆件以及安装连接于一对所述第一杆件对应端部之间的第二杆件；
间隔地安装于一对所述第一杆件之间的若干个主钢梁，所述主钢梁呈T形的直条状；
斜向地安装连接于相邻两个所述主钢梁之间的若干个第一次钢梁，所述第一次钢梁呈T形的曲形状，相邻两个所述第一次钢梁间形成一夹角；以及
斜向地安装连接于所述第二杆件和与所述第二杆件相邻的主钢梁之间的若干个第二次钢梁，所述第二次钢梁呈T形的曲形状，相邻两个所述第二次钢梁间形成一夹角，通过若干个所述主钢梁、若干个所述第一次钢梁以及若干个所述第二次钢梁组合形成曲形地网格结构，通过若干个所述网格结构上的方形框体拼接连接以形成波浪形的多向多曲率大跨度曲面网壳系统。
2.如权利要求1所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，所述方形框体划分为位于所述方形框体两端的端部区域以及位于两个所述端部区域之间的中部区域，至少一所述主钢梁位于所述端部区域内；
位于所述端部区域的主钢梁包括呈T形的直条状的若干个连接段以及安装连接于相邻两个所述连接段之间的连接件，位于所述端部区域的主钢梁通过所述连接件与对应的所述第一次钢梁和所述第二次钢梁安装连接。
3.如权利要求2所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，所述第二次钢梁呈单向的曲形状。
4.如权利要求2所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，位于所述中部区域的第一次钢梁呈双向或多向的曲形状。
5.如权利要求2所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，所述连接件呈倒圆锥状且具有呈曲面状的环面；
所述连接段的端部形成有与所述环面相适配的连接端，所述连接端与所述环面对接连接。
6.如权利要求5所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，所述连接段包括呈横向设置的横板和垂直连接于所述横板底面的竖板；
所述横板的端部形成有与所述环面相适配且呈弧形状的卡槽，所述横板的端部通过所述卡槽卡套固定于对应的所述环面上；
所述竖板的端面呈倾斜状且与对应的所述环面固定连接。
7.如权利要求5所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，所述第一次钢梁包括横向设置且呈曲面状的第一曲面板以及垂直连接于所述第一曲面板底面且呈曲面状的第二曲面板。
8.如权利要求7所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，
与所述连接件相连的第一次钢梁上的第一曲面板的端部对应所述环面形成有呈弧形状的凹槽，所述第一曲面板的端部通过所述凹槽卡套固定于对应的所述环面上；
与所述连接件相连的第一次钢梁上的第二曲面板的端部对应所述环面形成有与所述环面相适配且呈倾斜状的安装面，所述安装面与对应的所述环面固定连接。
9.如权利要求7所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，
位于所述中部区域的主钢梁包括呈横向设置的翼板以及垂直连接于所述翼板底面的腹板；
位于所述中部区域的第一次钢梁上的第一曲面板的端部对应所述翼板形成有与所述翼板相适配的第一斜面，所述第一斜面与所述翼板固定连接且相平齐；
位于所述中部区域的第一次钢梁上的第二曲面板的端部对应所述翼板形成有部分凸伸所述第一曲面板外的凸伸部，所述凸伸部的顶面与所述翼板的底面固定连接，所述凸伸部的端面呈倾斜状且与对应的所述腹板固定连接。
10.如权利要求1所述的多向多曲率大跨度曲面网壳系统，其特征在于，还包括立设于施工面上且支撑连接于所述方形框体底面的若干个支撑柱。
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