CN201593240U

CN201593240U - 一种空间网架结构

Info

Publication number: CN201593240U
Application number: CN2009202982292U
Authority: CN
Inventors: 杜文风; 刘文众; 郭桂君; 徐光胜
Original assignee: HENAN YADONG ZHONGHONG CONSTRUCTION ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: HENAN YADONG ZHONGHONG CONSTRUCTION ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2019-12-30

Abstract

一种空间网架结构，主要是在一个空间四角锥体的基础上，每次连接三个增加的杆件，并将这三个增加的杆件固定连接一个结点，如此依次不断地拓展形成的无多余约束的空间几何不变体，构成静定空间网架结构，且每次固定连接的结点分别位于所构成的静定空间网架结构的上弦平面和下弦平面内，将该空间网架结构分为上弦层、下弦层和腹杆层三部分，形成由上弦层杆件、下弦层杆件和腹杆层杆件通过结点相连接的静定空间网架结构的宏观整体。它不仅性能好，能有效地减少网架结构所用杆件的数量，而且受力合理，经济指标优良，能降低生产成本，并且能在温度骤然改变或制作和安装误差难以保证的环境下工作，不会产生内力。

Description

一种空间网架结构

技术领域

本实用新型涉及一种建筑物的空间结构，特别是一种空间网架结构，它适用于各种需要大空间的大跨度结构的屋盖建筑。

背景技术

空间网架结构是建筑工程领域的一种结构形式，是近半个世纪以来国内外得到最广泛应用的结构体系。常用的网架结构是以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状多次超静定结构。目前，常采用的网架结构形式有多种，可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。交叉桁架体系由两向或三向互相交叉的平面桁架所组成，可分为两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向交叉网架、单向折线形网架五种类型。角锥体系分为四角锥、三角锥、六角锥三类，具体包括正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架、三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架、六角锥网架九种。上述十四种网架结构形式具有的共同特点是它们都是多次超静定结构体系，该种结构体系除受到荷载作用外，温度变化差异大、制作产生的累积误差等因素都会使该种网架结构体系引起内力，很难适用于温度骤然改变的环境，以及制作和安装误差难以保证的环境。其不仅应用环境受到限制，而且所用的杆件较多，易造成材料浪费。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种空间网架结构，它能够克服已有技术的不足，可有效地减少网架结构所用杆件数量，并且能在温度骤然改变或制作和安装误差难以保证的环境下使用，不会产生内力。

其解决方案是：在一个空间四角锥体的基础上，每次连接三个增加的杆件，并将这三个增加杆件固定连接为一个结点，如此依次不断地拓展形成的无多余约束空间几何不变体，构成静定空间网架结构，且每次固定连接的结点分别位于所构成静定空间网架结构的上弦平面和下弦平面内，将该静定空间网架结构分为上弦层、下弦层和腹杆层三部分，形成由上弦层杆件、下弦层杆件和腹杆层杆件通过结点相连接的静定空间网架结构的宏观整体。所述的静定空间网架结构中的结点数和杆件数满足如下的关系：

b＝3j-6

式中，j表示静定空间网架结构中的结点数，b表示杆件数。

本实用新型采用上述技术方案，由于其结构体系是静定的，所用的杆件数量少，没有多余杆件，按照满应力设计，可使材料充分发挥性能，有效地提高应用效率；适用于温度骤然改变的环境。如炼钢车间、太空结构等特殊环境中，温度变化差异大，在这种情况下，已有技术超静定网架结构会产生较大的温度应力，而本实用新型的网架结构可以在这种环境下工作，而不会产生温度应力；适用于制作和安装误差难以保证的环境。如高空施工，构件容易产生累积误差的结构，在这种情况下，已有技术超静定空间网架结构会产生较大的自内力，而本实用新型的网架结构可以在这种环境下工作，不会产生自内力。总之，本实用新型是一种静定空间网架结构，它不仅性能好，能有效地减少网架结构所用杆件数量，而且受力合理，经济指标优良，能降低生产成本，并且还能在温度荷载作用下不会产生内力，对温度骤然改变的恶劣环境下也能适用工作。

附图说明

图1是一个空间四角锥示意图。

图2是在图1基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图3是在图2基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图4是在图3基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图5是在图4基础上连接三个杆件并固定一个结点形成基本单元的结构示意图。

图6是在图5基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图7是在图6基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图8是在图7基础上连接三个杆件并固定一个结点的结构示意图。

图9是在图8基础上连接三个杆件并固定一个结点形成第二个单元的结构示意图。

图10是按照每次连接三个杆件并固定一个结点的同样规律向外拓展10个单元的结构示意图。

图11是按照图10所述的同样规律向垂直方向拓展10个单元的结构示意图。

图12是按照每次连接三个杆件并固定一个结点的同样规律向中间区域拓展，形成空间网架结构的示意图。

图13为空间网架结构的轴侧图。

图14为图13中空间网架结构的上弦层平面结构示意图。

图15为图13中空间网架结构的下弦层平面结构示意图。

图16为图13中空间网架结构的腹杆层平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式

图1至图5中，先建立如图1所示的空间四角锥结构1，它属于无多余约束的空间几何不变体，该结构中四个构件的尺寸可根据所要建设的结构网格尺寸确定，材料可根据工程实际来选择，可以是钢管、型钢、铝合金型材、木材等各种材料，构件的截面尺寸根据受力状态计算确定。然后，在图1所示的空间四角锥结构1的基础上伸出三根杆件2、4、5，将这三根杆件2、4、5用螺栓球结点3固定连接，形成如图2所示新的无多余约束的空间几何不变体。再后，在图2所示结构的基础上继续伸出三根杆件6、7、9，将这三根杆件6、7、9用螺栓球结点8固定连接，形成如图3所示的新的无多余约束的空间几何不变体。再后，在图3所示结构的基础上，继续伸出三根杆件10、12、13，将这三根杆件10、12、13用螺栓球结点11固定连接，形成如图4所示的新无多余约束的空间几何不变体。再后，在图4所示结构的基础上，继续伸出三根杆件14、16、17，将这三根杆件14、16、17用螺栓球结点15固定连接，形成如图5所示新的无多余约束的空间几何不变体，构成一个基本立面体单元，且所述的结点3、结点8及结点11分别位于图5所示基本立面体单元的各个顶点处。

图6至图16中，在图5所示结构的基础上，继续伸出三根杆件18、19、21，将这三根杆件18、19、21用螺栓球结点20固定连接，形成如图6所示新的无多余约束的空间几何不变体。而后，在图6所示结构的基础上，继续伸出三根杆件22、23、25，将这三根杆件22、23、25用螺栓球结点24固定连接，形成如图7所示新的无多余约束的空间几何不变体。再在图7所示结构的基础上，继续伸出三根杆件26、28、29，将这三根杆件26、28、29用螺栓球结点27固定连接，形成如图8所示新的无多余约束的空间几何不变体。在图8所示结构的基础上，继续伸出三根杆件30、31、33，将这三根杆件30、31、33用螺栓球结点32固定连接，形成如图9所示新的无多余约束的空间几何不变体，构成第二个立面体单元。如此，以图5所示基本立面体单元为基础连续不断的向外伸出三根杆件并用螺栓球结点固定连接，拓展形成如图10所示的有多个网格的无多余约束的空间几何不变体结构34。之后，再按照相同的所述规律，向相垂直的方向拓展，形成如图11所示的有多个网格的无多余约束的空间几何不变体结构35。而后，再利用所述的同样规律向中间区域拓展，形成如图12所示的无多余约束的空间几何不变体空间结构36。最后得到的空间网架结构37如图13所示的轴侧图。在形成整个静定空间网架结构的过程中，所增加的所有结点分别位于所构成的该空间网架结构的上弦平面和下弦平面内，将该空间网架结构分为如图14所示的上弦层38，如图15所示的下弦层39和如图16所示的腹杆层40三部分，形成由上弦层38杆件、下弦层39杆件和腹杆层40杆件通过螺栓球结点相连接的空间网架结构的宏观整体。

在形成的静定空间网架结构中的结点数和杆件数满足如下的关系式：b＝3j-6，式中，j表示静定空间网架结构中的结点数，b表示杆件数。

各构件的最后尺寸应对形成的最后空间网架结构进行力学性能分析，根据具体计算结果确定。算例如下：

利用本实用新型的空间网架结构，用于建设一结构为20m跨度的方形平屋盖，其网格尺寸为2m×2m，网架高度为2m。在外边缘三点由铰支座支承。根据该结构所处的环境，考虑均布静荷载为0.8KN/m²及计算机自动形成的结构自重。结构受到的最高温度为60℃，最低温度作用为-30℃，起控制作用的工况组合为：1.2静+1.4活+1.0温。构件材料选用Q235钢材，弹性模量为2.06×1011Mpa，密度为7.9×103Kg/m³，设计控制应力为215Mpa。采用满应力设计法进行截面设计和计算，其结点数为242个，单元数720个，用钢量为15.42T。

本实用新型的网架结构性能，与目前工程中最常用的正放四角锥和三角锥网架结构进行对比，常用的这两种网架结构所采用材料、荷载情况、网格大小等条件均相同，其中四角锥网架结构的结点数是265个，单元数是968个，用钢量是16.82T；三角锥网架结构的结点数是265个，单元数是1065个，用钢量是21.08TT。由对比结果可见，本实用新型的网架结构的单元数比正放四角锥网架结构的单元数少26％，，比三角锥网架结构的单元数少32％，用钢量也略小于正放四角锥网架结构及三角锥网架结构，考虑到加工，运输和安装费用，本实用新型的网架结构的总费用将低于正放四角锥网架结构和三角锥网架结构。由此可见，本实用新型的网架结构，不仅受力合理，而且经济指标优良，且切实可行。

Claims

1.一种空间网架结构，其特征在于在一个空间四角锥体的基础上，每次连接三个增加的杆件(2)、(4)、(5)，并将该三个增加的杆件(2)、(4)、(5)固定连接为一个结点，如此依次不断地拓展形成的无多余约束的空间几何不变体，构成静定空间网架结构，且每次固定连接的结点分别位于所构成静定空间网架结构的上弦平面和下弦平面内，将该静定空间网架结构分为上弦层、下弦层和腹杆层三部分，形成由上弦层杆件、下弦层杆件和腹杆层杆件通过结点相连接的静定空间网架结构的宏观整体。

2.如权利要求1所述的一种空间网架结构，其特征在于所述的空间网架结构中的结点数和杆件数满足如下的关系：

b＝3j-6

式中，j表示空间网架结构中的结点数，b表示杆件数。