CN210828010U - 蜂窝单撑杆型索穹顶结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了蜂窝单撑杆型索穹顶结构。现有技术存在着结构施工难度大，节点构造复杂，对施工误差和构件加工误差的敏感性高度不足。本实用新型的蜂窝单撑杆型索穹顶结构是由上弦脊索层、中部斜索与撑杆层、下弦环索层组成。上弦脊索层为蜂窝状球面，由基本单元构成，包括最外圈的等腰三角形基本单元、最内圈的对称五边形基本单元、中间的对称六边形基本单元。基本单元分别沿环向和径向拓展，相邻基本单元的脊索、撑杆和和斜索共线，沿环分别将上部下弦点、中部下弦点和下部下弦点用拉索连接，形成下弦环索层，得到蜂窝单撑杆型索穹顶结构。本实用新型结构稳定，建筑造型简洁、美观、空间效果强。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑学技术领域，具体涉及一种蜂窝单撑杆型索穹顶结构。
背景技术
索穹顶结构具有优异的受力性能、优美的结构造型和出众的经济指标。目前的研究与实践，均以“拉索的海洋与压杆的孤岛”的Fuller构想为基础开展，即索穹顶内每个上下弦节点均只设有一根竖向受压杆件以形成张力场中的压力“孤岛”。由于压杆的水平投影为一个点，同一圈压杆投影形成一道点环，即压杆垂直于水平面，且互不连通，导致其稳定性较差。尤其是肋环型索穹顶结构，上弦节点没有环向构件对其进行约束，致使结构的抗扭刚度和稳定性均存在明显不足。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术不足，提出一种上弦脊索网格为蜂窝状的单撑杆型索穹顶结构。
本实用新型包括上弦脊索层、中部斜索与撑杆层、下弦环索层，其特征在于：所述的上弦脊索层为蜂窝状球面，由基本单元构成。所述的基本单元包括最外圈的等腰三角形基本单元、最内圈的对称五边形基本单元、中间的对称六边形基本单元。
每个对称六边形基本单元包括六根共用上弦脊索、两根共用斜索、两根独立斜索、两根共用撑杆、一根独立撑杆和一根第一拉索。六根共用上弦脊索首尾相接，其平面投影为对称的六边形；该对称六边形由上方等腰三角形部分、中部等腰梯形部分、下方等腰三角形部分构成；上方等腰三角形部分的底边即为中部等腰梯形部分的上底，下方等腰三角形部分的底边即为中部等腰梯形部分的下底。
两根独立斜索的一端分别接上方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，一根独立撑杆的一端接上方等腰三角形部分顶角对应的六边形顶点，两根独立斜索的另一端与一根独立撑杆的另一端汇交于对称六边形基本单元的第一下弦节点。
两根共用斜索的一端分别接下方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，两根共用撑杆的一端分别接上方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，两根共用斜索的另一端与两根共用撑杆另一端分别汇交于对称六边形基本单元的两个共用第二下弦节点。第一拉索两端连接两个共用第二个下弦节点。
位于同一圆环的多个对称六边形基本单元依次连接，形成一道环向子结构；连接的具体方式为：相邻两个对称六边形基本单元共用一根共用上弦脊索、一根共用斜索和一根共用撑杆，共用的共用上弦脊索对应于中部等腰梯形部分的一个腰，共用的共用斜索和共用撑杆为与该腰连接的共用斜索和共用撑杆；相邻两个对称六边形基本单元的第一下弦节点通过第二拉索连接。
环向子结构沿径向扩展，即将构成一道环向子结构的对称六边形基本单元中，对应于上方等腰三角形部分两腰的两根共用上弦脊索，作为构成下一道环向子结构的等腰六边形基本单元中下方等腰三角形部分的两腰。
上弦脊索层平面中的最外圈环向子结构的基本单元为等腰三角形基本单元，其底边为外环梁，两腰即为下一道环向子结构的对称六边形基本单元中下方等腰三角形部分两腰对应的两根共用上弦脊索；最内圈环向子结构的基本单元的为对称五边形基本单元，其底边即为结构的内环索。
所有的共用斜索、独立斜索、共用撑杆、独立撑杆构成中部斜索与撑杆层；同一平面的所有第一拉索首尾相接，形成下弦第一环索，同一平面的所有第二拉索首尾相接，形成下弦第二环索，所有的下弦第一环索和下弦第二环索构成下弦环索层。
本实用新型的有益效果包括：
1、建筑造型简洁、美观、空间效果强；
2、本实用新型的蜂窝形网格较大，结构的节点和杆件相对较少；
3、本实用新型上弦为蜂窝形网格，每个上弦节点有不同方向三根上弦杆，有效提高了单根撑杆和整个结构的稳定性；
4、本实用新型的提出，为索穹顶结构的建筑选型提供了新方案。
附图说明
图1为本实用新型穹顶结构的俯视图；
图2为本实用新型穹顶结构的三维图；
图3为一个对称六边形基本单元的结构示意图；
图4为一个对称六边形基本单元的平面组成示意图；
图5为构成基本单元的平面的位置示意图；
图6为对称六边形基本单元沿环向扩展示意图；
图7为一道环向子结构示意图；
图8为环向子结构沿径向扩展示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种蜂窝单撑杆型索穹顶结构，包括上弦脊索层、中部斜索与撑杆层、下弦环索层。上弦脊索层为蜂窝状球面，由基本单元构成。基本单元包括最外圈的等腰三角形基本单元Ⅰ、最内圈的对称五边形基本单元Ⅱ、中间的对称六边形基本单元Ⅲ。
如图3所示，每个对称六边形基本单元包括六根共用上弦脊索1、两根长度相等的共用斜索2、两根长度相等的独立斜索3、两根长度相等的共用撑杆4、一根独立撑杆5和一根第一拉索6。其平面投影为对称的六边形。
如图4所示，六根共用上弦脊索1首尾相接，围合成六边形，其平面投影为对称的六边形。该对称六边形由上方等腰三角形部分α、中部等腰梯形部分β、下方等腰三角形部分γ构成；上方等腰三角形部分α的底边AC即为中部等腰梯形部分β的上底，下方等腰三角形部分γ的底边FD即为中部等腰梯形部分β的下底。
如图3和4所示，两根独立斜索3的一端分别接上方等腰三角形部分α两个底角对应的两个六边形顶点A和C，一根独立撑杆5的一端接上方等腰三角形部分α顶角对应的六边形顶点B，两根独立斜索3的另一端与一根独立撑杆5的另一端汇交于对称六边形基本单元的第一下弦节点7。
两根共用斜索2的一端分别接下方等腰三角形部分γ两个底角对应的两个六边形顶点D和F，两根共用撑杆4的一端分别接上方等腰三角形部分α两个底角对应的两个六边形顶点A和C，两根共用斜索2的另一端与两根共用撑杆4另一端分别汇交于对称六边形基本单元的两个共用第二下弦节点8。第一拉索6两端连接两个共用第二个下弦节点8。
如图5所示，对称六边形基本单元侧平面投影后，上方等腰三角形部分α的两边AB和BC重合，中部等腰梯形部分β两腰AF和CD重合，下方等腰三角形部分γ两腰EF和ED重合。上方等腰三角形部分α的平面与水平面夹角为θi-1，中部等腰梯形部分β的平面与水平面夹角为θi，下方等腰三角形部分γ的平面与水平面夹角为θi+1。各部分平面与水平面的夹角通过下式求出。
其中，f为结构矢高，L为结构跨度，ri为第i节点距结构中心轴的侧平面投影距离，n为节点的数量。
如图6和7所示，对称六边形基本单元沿环向扩展，即位于同一圆环的多个对称六边形基本单元依次连接，形成一道环向子结构。连接的具体方式为：相邻两个对称六边形基本单元共用一根共用上弦脊索1、一根共用斜索2和一根共用撑杆4，共用的共用上弦脊索1对应于中部等腰梯形部分β的一个腰，共用的共用斜索2和共用撑杆4为与该腰连接的共用斜索和共用撑杆；相邻两个对称六边形基本单元的第一下弦节点7通过第二拉索9连接。
如图8所示，环向子结构沿径向扩展，即将构成一道环向子结构的对称六边形基本单元中，对应于上方等腰三角形部分α两腰的两根共用上弦脊索1，作为构成下一道环向子结构的等腰六边形基本单元中下方等腰三角形部分γ的两腰。对称六边形基本单元构成的环向子结构为2～4道。
如图1和2所示，上弦脊索层平面中最外圈环向子结构的基本单元为等腰三角形基本单元Ⅰ，其底边为结构中刚度较大的外环梁10，两腰即为下一道环向子结构的对称六边形基本单元中下方等腰三角形部分γ两腰对应的两根共用上弦脊索1。上弦脊索层平面中最内圈环向子结构的基本单元为对称五边形基本单元Ⅱ，即没有上方等腰三角形部分，其中部等腰梯形部分β的上底边即为结构的内环索11。最内圈环向子结构的对称五边形基本单元Ⅱ中的最上部的顶点即为结构的第1个节点，最外圈环向子结构的等腰三角形基本单元Ⅰ中的最下部顶点即为结构的第n个节点。
所有的共用斜索2、独立斜索3、共用撑杆4、独立撑杆5构成中部斜索与撑杆层；同一平面的所有第一拉索6首尾相接，形成下弦第一环索，同一平面的所有第二拉索9首尾相接，形成下弦第二环索，所有的下弦第一环索和下弦第二环索构成下弦环索层。
Claims (5)
1.蜂窝单撑杆型索穹顶结构，包括上弦脊索层、中部斜索与撑杆层、下弦环索层，其特征在于：所述的上弦脊索层为蜂窝状球面，由基本单元构成；
所述的基本单元包括最外圈的等腰三角形基本单元、最内圈的对称五边形基本单元、中间的对称六边形基本单元；
每个对称六边形基本单元包括六根共用上弦脊索(1)、两根共用斜索(2)、两根独立斜索(3)、两根共用撑杆(4)、一根独立撑杆(5)和一根第一拉索(6)；六根共用上弦脊索(1)首尾相接，其平面投影为对称的六边形；该对称六边形由上方等腰三角形部分、中部等腰梯形部分、下方等腰三角形部分构成；上方等腰三角形部分的底边即为中部等腰梯形部分的上底，下方等腰三角形部分的底边即为中部等腰梯形部分的下底；
两根独立斜索(3)的一端分别接上方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，一根独立撑杆(5)的一端接上方等腰三角形部分顶角对应的六边形顶点，两根独立斜索(3)的另一端与一根独立撑杆(5)的另一端汇交于对称六边形基本单元的第一下弦节点(7)；
两根共用斜索(2)的一端分别接下方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，两根共用撑杆(4)的一端分别接上方等腰三角形部分两个底角对应的两个六边形顶点，两根共用斜索(2)的另一端与两根共用撑杆(4)另一端分别汇交于对称六边形基本单元的两个共用第二下弦节点(8)；
第一拉索(6)两端连接两个共用第二下弦节点(8)；
位于同一圆环的多个对称六边形基本单元依次连接，形成一道环向子结构；连接的具体方式为：相邻两个对称六边形基本单元共用一根共用上弦脊索(1)、一根共用斜索(2)和一根共用撑杆(4)，共用的共用上弦脊索(1)对应于中部等腰梯形部分的一个腰，共用的共用斜索(2)和共用撑杆(4)为与该腰连接的共用斜索和共用撑杆；相邻两个对称六边形基本单元的第一下弦节点(7)通过第二拉索(9)连接；
环向子结构沿径向扩展，即将构成一道环向子结构的对称六边形基本单元中，对应于上方等腰三角形部分两腰的两根共用上弦脊索(1)，作为构成下一道环向子结构的等腰六边形基本单元中下方等腰三角形部分的两腰；
上弦脊索层平面中的最外圈环向子结构的基本单元为等腰三角形基本单元，其底边为外环梁(10)，两腰即为下一道环向子结构的对称六边形基本单元中下方等腰三角形部分两腰对应的两根共用上弦脊索(1)；最内圈环向子结构的基本单元的为对称五边形基本单元，其底边即为结构的内环索(11)；
所有的共用斜索(2)、独立斜索(3)、共用撑杆(4)、独立撑杆(5)构成中部斜索与撑杆层；同一平面的所有第一拉索(6)首尾相接，形成下弦第一环索，同一平面的所有第二拉索(9)首尾相接，形成下弦第二环索，所有的下弦第一环索和下弦第二环索构成下弦环索层。
2.如权利要求1所述的蜂窝单撑杆型索穹顶结构，其特征在于：
基本单元中各个平面与水平面的夹角
i＝1,2,…,n；其中，f为结构矢高，L为结构跨度，ri为第i节点距结构中心轴的侧平面投影距离，n为节点的数量。
3.如权利要求1所述的蜂窝单撑杆型索穹顶结构，其特征在于：对称六边形基本单元构成的环向子结构为2～4道。
4.如权利要求1所述的蜂窝单撑杆型索穹顶结构，其特征在于：所述的共用斜索(2)的长度相等，所述的独立斜索(3)的长度相等，所述的共用撑杆(4)的长度相等。
5.如权利要求2所述的蜂窝单撑杆型索穹顶结构，其特征在于：最内圈环向子结构的对称五边形基本单元中的最上部的顶点即为结构的第1个节点，最外圈环向子结构的等腰三角形基本单元中的最下部顶点即为结构的第n个节点。
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| CN201921401444.0U CN210828010U (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 蜂窝单撑杆型索穹顶结构 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110453844A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-15 | 浙江大学 | 一种蜂窝单撑杆型索穹顶结构 |
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2019
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