CN216810254U - 高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，外部结构是通过环绕中间结构的多个环状承力构件沿各自的轴向阵列而形成的自平衡结构体系；中间结构固定安装于外部结构内，中间结构通过若干中间结构单元装配而成；内部结构贴靠于中间结构内，采用气密性高的整张气膜式结构，大空间未加压时，内部结构能够与中间结构脱开，大空间加压后，压力使内部结构紧贴中间结构；外部结构整体安装于支撑结构上，不与地面接触，支撑结构安装于地面。本实用新型大跨度空间结构体系新颖，层次分明，内、中、外部结构形成了自平衡受力体系，能够承受较大内压，可通过人力搬运和装配实现，具有密闭和承压效果，满足增压补氧的需求。

Description

高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构

技术领域

本实用新型涉及高海拔地区增压补氧建筑技术领域，具体涉及一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构。

背景技术

高海拔地区气压低、含氧量少，人员，尤其是低海拔地区人员，在高海拔地区短期或长期居住以及进行一定程度的运动时，一般都会存在高原缺氧，人员易出现各种高原病，严重危害人员的身心健康和工作效率。为了解决此问题，需要建立密闭空间进行局部增压补氧，但是，在高海拔地区，尤其是人迹罕至的无人场所，在无大型设备辅助的情况下，建立密闭空间存在很大的工作量，而且不能保证密闭和承压效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，它可以通过人力搬运和装配实现，具有密闭和承压效果，满足增压补氧的需求。

本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，包括外部结构、中间结构、内部结构和支撑结构；所述外部结构是通过环绕所述中间结构的多个环状承力构件沿各自的轴向阵列而形成的自平衡结构体系，为主受力结构；所述中间结构固定安装于外部结构内，中间结构通过若干中间结构单元装配而成，为大空间的保温围护结构，并传递高内部压力；所述内部结构贴靠于中间结构内，确保大空间的高气密性；内部结构采用气密性高的整张气膜式结构，大空间未加压时，内部结构能够与中间结构脱开，大空间加压后，压力使内部结构紧贴中间结构；所述外部结构整体安装于所述支撑结构上，外部结构不与地面接触，所述支撑结构安装于地面。

上述方案中，所述外部结构、中间结构和内部结构围成的大空间形状包括箱形、球形、椭球形、任意曲率的空间曲面，箱形空间长不小于10米、宽不小于10米、高不低于5米，球形空间直径不小于10米，椭球形空间和空间曲面的长轴和短轴半径不小于10米、极轴半径不低于5米。

上述方案中，对于箱形空间，所述多个环状承力构件包括轴线分别与中间结构的长、宽、高平行的三种环状承力构件；对于球形空间，所述多个环状承力构件包括轴线通过球心或与赤道平面平行的两种环状承力构件；对于椭球形空间和空间曲面，所述多个环状承力构件包括轴线与中间结构的长轴、短轴平行的两种环状承力构件。

上述方案中，所述环状承力构件的结构形式为张弦梁、桁架、网架、网壳或框架，材料采用高强度材料。

上述方案中，张弦梁结构形式的环状承力构件包括支撑杆、拉索和第一弦杆，所述第一弦杆沿中间结构的周向分布，支撑杆垂直于第一弦杆，并沿弦杆均匀分布，拉索连接各支撑杆，形成首尾相连的环状结构；桁架结构形式的环状承力构件包括平行设置的第二弦杆，以及设置于第二弦杆之间的直腹杆和斜腹杆；网架结构形式的环状承力构件包括平面分布的球节点和连接各球节点的连接杆件；网壳结构形式的环状承力构件包括空间分布的球节点和连接各球节点的空间连接杆件；框架结构形式的环状承力构件包括与中间结构的长或宽或高平行的单层杆件。

上述方案中，所述中间结构单元采用模块化设计，包括主体结构，主体结构边缘设置相互适配的公母槽口或洞口，主体结构之间通过公母槽口或洞口实现紧密拼接。

上述方案中，所述主体结构为条带状结构，所述条带状结构包括厚度不低于200mm的空腔结构以及设置于空腔结构内部的加劲肋，所述空腔结构内部填充保温材料。

上述方案中，所述主体结构为板块结构，所述板块结构为形状规则的实心结构；所述板块结构的材料采用木材、工程塑料或碳纤维。

上述方案中，所述内部结构的膜材采用玻璃纤维布、塑料薄膜或金属织物与涂料构成的复合材料。

上述方案中，所述支撑结构沿所述外部结构的底面均匀布置，支撑结构为高度可调节的结构，支撑结构上端与外部结构固定连接，下端搁置在硬化地面上。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提出的大跨度空间结构体系新颖，层次分明，内、中、外部结构形成了自平衡受力体系，仅构件自重传递给支撑结构，受力明确，能够承受较大内压，充分发挥了结构材料性能，绿色低碳。其中，外部结构和中间结构分别采用环状承力构件和条带状单元/板块单元装配而成，在无大型设备辅助的高海拔地区，可以通过小型器械和人力实现搬运和现场装配。内部结构采用整张气膜式结构，确保大跨度空间结构的高气密性。

2、本实用新型的大跨度空间结构，各环状承力构件绕中间结构布置，首尾相连，形成闭合环路，在内外高压差作用下，外部结构中承力构件如“木桶箍”一样，约束中间结构，由于承力构件首尾相连成环状，垂直于环状的承力构件径向内力相互抵消，仅承受环向拉力，除结构自重外，不给支撑结构传递其他荷载。多个环状承力构件形成外部结构的自平衡受力体系，充分发挥了材料抗拉性能，有效解决了高压差下大跨度空间结构受力大、用料多、不经济等问题。

3、本实用新型的大跨度空间结构形状包括箱形、球形、椭球形、任意曲率的空间曲面，结构形式多样，满足了对大跨度空间结构在外观、布局与功能上的多样化设计需求。

4、本实用新型提出的大跨度空间结构解决了高海拔地区大跨度空间结构难以承受较大内压问题，同时还确保了大跨度空间结构的高气密性，可以实现对高海拔地区大空间公共建筑的增压补氧，满足进藏人群在高原地区开展剧烈运动、大型会议等需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型大跨度空间结构的第一实施例(外部结构为张弦梁式)的整体结构图；

图2是图1所示大跨度空间结构的横向剖面图；

图3是图1所示大跨度空间结构的纵向剖面图；

图4是图1所示大跨度空间结构的中间结构单元(条带状)的结构图；

图5是图1所示大跨度空间结构的支撑结构的结构图；

图6是本实用新型大跨度空间结构的第二实施例(外部结构为桁架式)的整体结构图；

图7是图6所示大跨度空间结构的纵向剖面图；

图8是图6所示大跨度空间结构的单面承力构件图；

图9是图6所示大跨度空间结构的中间结构单元(板状)的结构图；

图10是本实用新型大跨度空间结构的第三实施例(外部结构为网架式)的整体结构图；

图11是图9所示大跨度空间结构的纵向剖面图；

图12是图9所示大跨度空间结构的单面承力构件图；

图13-15是本实用新型大跨度空间结构的第四实施例(外部结构为网壳式)的整体结构图；其中，图13为单层球状网壳式，图14为双层球状网壳式，图15为椭球状网壳式；

图16是图15所示大跨度空间结构的剖面图。

图中：10、外部结构；11、环状承力构件；111、支撑杆；112、拉索；113、第一弦杆；114、第二弦杆；115、直腹杆；116、斜腹杆；117、球节点；118、连接杆件；

20、中间结构；21、中间结构单元；211、空腔结构；212、加筋肋；

30、内部结构；

40、支撑结构；41、底盘；42、螺杆；43、可调节螺母。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

参见图1、图6，本实用新型提出了一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，包括用于主要承力的外部结构10、提供保温围护并传递高内部压力的中间结构20、确保大空间高气密性的内部结构30、可调节高度自适应场地的支撑结构40。其中，外部结构10是通过环绕中间结构20的多个环状承力构件11沿各自的轴向阵列而形成的自平衡结构体系，为主受力结构；中间结构20通过螺栓、螺钉等方式固定安装于外部结构10内，中间结构20通过若干中间结构单元21装配而成，为大空间的保温围护结构，并传递高内部压力；内部结构30贴靠于中间结构20内，确保大空间的高气密性；内部结构30采用气密性高的整张气膜式结构，与中间结构20不进行固定连接，大空间未加压时，内部结构30能够与中间结构20脱开，大空间加压后，压力使内部结构30紧贴中间结构20；外部结构10整体安装于支撑结构40上，外部结构10不与地面接触，支撑结构40安装于地面。

本实用新型的大跨度空间结构，各环状承力构件11绕中间结构20布置，首尾相连，形成闭合环路，在内外高压差作用下，外部结构10中承力构件如“木桶箍”一样，约束中间结构20，由于承力构件首尾相连成环状，垂直于环状的承力构件径向内力相互抵消，仅承受环向拉力，除结构自重外，不给支撑结构40传递其他荷载。多个环状承力构件11形成外部结构的自平衡受力体系，充分发挥了材料抗拉性能，有效解决了高压差下大跨度空间结构受力大、用料多、不经济等问题。

进一步优化，外部结构10、中间结构20和内部结构30围成的大空间形状包括箱形、球形、椭球形、任意曲率的空间曲面。其中，箱形空间长不小于10米、宽不小于10米、高不低于5米；球形空间直径不小于10米；椭球形空间和空间曲面的长轴和短轴半径不小于10米、极轴半径不低于5米。大跨度空间结构是密闭的，具有高气密性，可在内部进行加压，压力值最高可达100kPa。

进一步优化，对于箱形空间，多个环状承力构件11包括轴线分别与中间结构20的长、宽、高平行的三种环状承力构件11。对于球形空间，多个环状承力构件包括轴线通过球心或与赤道平面平行的两种环状承力构件；对于椭球形空间和空间曲面，所述多个环状承力构件包括轴线与中间结构的长轴、短轴平行的两种环状承力构件。

进一步优化，各个环状承力构件11相交处通过焊接、螺栓、螺栓球或销轴的方式固定连接，进而形成整体式外部结构10，能够承受内部大空间与外部环境的气压差，高达几十kPa。

进一步优化，环状承力构件11的结构形式可以是张弦梁、桁架、网架、网壳或框架等，结构材料采用钢、铝合金、拉索、碳纤维、工程塑料等高强度材料。

进一步优化，中间结构单元21采用模块化设计，包括主体结构，主体结构边缘设置相互适配的公母槽口或洞口，主体结构之间通过公母槽口或洞口实现紧密拼接。

进一步优化，主体结构为条带状结构或板块结构，具有保温、防水、隔音的功能。

进一步优化，内部结构30具有高气密性，采用整张气膜式结构，膜材采用玻璃纤维布、塑料薄膜或金属织物与涂料构成的复合材料。

进一步优化，支撑结构40沿外部结构10的底面均匀布置，支撑结构40上端与外部结构10固定连接，下端搁置在硬化地面上。支撑结构40为高度可调节的结构，以便调节外部结构10的高度。

下面通过几个具体实施例来说明本实用新型的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构。

第一实施例：

如图1-3所示，本实施例中，外部结构10的环状承力构件11为张弦梁式，张弦梁式环状承力构件11包括支撑杆111、拉索112和第一弦杆113，第一弦杆113沿中间结构20的周向分布，支撑杆111垂直于第一弦杆113，并沿第一弦杆113均匀分布，拉索112用于连接各支撑杆111，形成首尾相连的环状结构。

中间结构20采用模块化设计的中间结构单元21装配而成，中间结构单元21的主体结构为条带状结构，参见图4，条带状结构包括厚度不低于200mm的空腔结构以及设置于空腔结构内部的加劲肋，空腔结构内部填充聚氨酯、超细航空级玻璃棉或聚苯乙烯泡沫塑料等保温材料。

参见图5，支撑结构40包括底盘41、螺杆42和可调节螺母43，螺杆42下端与底盘41连接，螺杆42上端与外部结构10进行螺栓连接，通过调节可调节螺母43的位置从而调节外部结构10的安装高度。

第二实施例：

如图6-8所示，本实施例中，外部结构10的环状承力构件11为桁架式，桁架式环状承力构件11包括平行设置的第二弦杆114，以及设置于第二弦杆114之间的直腹杆115和斜腹杆116。

中间结构20采用模块化设计的中间结构单元21装配而成，中间结构单元21的主体结构为板状结构，参见图9，板状结构采用如三角形、四边形、六边形等形状规则的实心结构。实心结构采用木材、工程塑料、碳纤维等材料。

第三实施例：

如图10-12所示，本实施例中，外部结构10的环状承力构件11为网架式，网架式环状承力构件11包括平面分布的球节点117和连接杆件118，各球节点117之间通过连接杆件118进行连接。

中间结构20采用条带状中间结构单元21或板状中间结构单元21装配而成，具体结构分别参见第一实施例和第二实施例，在此不再赘述。

第四实施例：

如图13-16所示，本实施例中，外部结构10的环状承力构件11为网壳式，网壳式环状承力构件11包括空间分布的球节点117和连接杆件118，各球节点117之间通过连接杆件118进行连接。网壳式环状承力构件11可以为单层球状、双层球状或椭球状。

中间结构20采用板状中间结构单元21装配而成，板状中间结构单元21的主体结构为三角形实心结构。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (9)

1.一种高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，包括外部结构、中间结构、内部结构和支撑结构；所述外部结构是通过环绕所述中间结构的多个环状承力构件沿各自的轴向阵列而形成的自平衡结构体系，为主受力结构；所述中间结构固定安装于外部结构内，中间结构通过若干中间结构单元装配而成，为大空间的保温围护结构，并传递高内部压力；所述内部结构贴靠于中间结构内，确保大空间的高气密性；内部结构采用气密性高的整张气膜式结构，大空间未加压时，内部结构能够与中间结构脱开，大空间加压后，压力使内部结构紧贴中间结构；所述外部结构整体安装于所述支撑结构上，外部结构不与地面接触，所述支撑结构安装于地面。

2.根据权利要求1所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述外部结构、中间结构和内部结构围成的大空间形状包括箱形、球形、椭球形、任意曲率的空间曲面，箱形空间长不小于10米、宽不小于10米、高不低于5米，球形空间直径不小于10米，椭球形空间和空间曲面的长轴和短轴半径不小于10米、极轴半径不低于5米。

3.根据权利要求2所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，对于箱形空间，所述多个环状承力构件包括轴线分别与中间结构的长、宽、高平行的三种环状承力构件；对于球形空间，所述多个环状承力构件包括轴线通过球心或与赤道平面平行的两种环状承力构件；对于椭球形空间和空间曲面，所述多个环状承力构件包括轴线与中间结构的长轴、短轴平行的两种环状承力构件。

4.根据权利要求1所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述环状承力构件的结构形式为张弦梁、桁架、网架、网壳或框架，材料采用高强度材料。

5.根据权利要求4所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，张弦梁结构形式的环状承力构件包括支撑杆、拉索和第一弦杆，所述第一弦杆沿中间结构的周向分布，支撑杆垂直于第一弦杆，并沿弦杆均匀分布，拉索连接各支撑杆，形成首尾相连的环状结构；桁架结构形式的环状承力构件包括平行设置的第二弦杆，以及设置于第二弦杆之间的直腹杆和斜腹杆；网架结构形式的环状承力构件包括平面分布的球节点和连接各球节点的连接杆件；网壳结构形式的环状承力构件包括空间分布的球节点和连接各球节点的空间连接杆件；框架结构形式的环状承力构件包括与中间结构的长或宽或高平行的单层杆件。

6.根据权利要求1所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述中间结构单元采用模块化设计，包括主体结构，主体结构边缘设置相互适配的公母槽口或洞口，主体结构之间通过公母槽口或洞口实现紧密拼接。

7.根据权利要求6所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述主体结构为条带状结构，所述条带状结构包括厚度不低于200mm的空腔结构以及设置于空腔结构内部的加劲肋，所述空腔结构内部填充保温材料。

8.根据权利要求6所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述主体结构为板块结构，所述板块结构为形状规则的实心结构；所述板块结构的材料采用木材、工程塑料或碳纤维。

9.根据权利要求1所述的高海拔地区高内压高气密性大跨度空间结构，其特征在于，所述支撑结构沿所述外部结构的底面均匀布置，支撑结构上端与外部结构固定连接，下端搁置在硬化地面上；支撑结构可以调节外部结构的安装高度。

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