CN217352894U - 一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，包括依次连接的单层网格竖筒段、双曲单层屋面网格段和双曲单层墙面网壳段；单层网格竖筒段呈椭圆形；所述双曲单层屋面网格段呈扁平喇叭状，并连接于所述单层网格竖筒段上端，所述双曲单层屋面网格段的上端扁平，并朝外侧弯曲；所述双曲单层墙面网壳段连接于所述双曲单层屋面网格段的上端；所述空间网格结构包括多根沿所述单层网格竖筒段周向均布的径向主杆件，以及多根沿所述单层网格竖筒段周向螺旋缠绕的环向次杆件。采用本方案，通过多种自由空间网格结构的相互协调，相互支承，达到了扁平曲面外露网格采用较小截面即可跨越较大跨度，实现截面尺寸最小化，视觉通透最大化的特点。

Description

一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构

技术领域

本实用新型涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构。

背景技术

空间网格结构在是大跨度建筑经常采用的结构体系，有空间桁架、网架、网壳等形式。结构除了需要满足安全、经济的同时也需要注重符合建筑空间形式审美需求。随着社会的发展和人们审美水平的提高，新颖独特的建筑造型越来越多地被建筑师采用，相比传统规则曲面，自由曲面建筑造型更加优美、形态流畅丰富、视觉冲击性强，传统的空间结构形式如空间立体桁架、网架、双层网壳等，结构布置方式相对单一而显得机械化，杆件稠密繁多，结构形式缺少新意，已经不满足人们对建筑空间造型的需求，传统规则曲面的几何模型及杆件布置对自由曲面已经捉襟见肘，如何实现建筑形态表现与结构特征相统一，建筑表皮表现与结构特征相统一，是此类自由形态空间结构设计的关键问题。

对于复杂形式自由曲面建筑造型，在具体的结构形式的选用上，建筑师希望视觉通透性最大化，自由曲面单层空间网格更受青睐，传统的单层网格结构曲面高斯曲率较大，形成以“薄膜”应力为主的壳体受力特征，即大部分竖向荷载由网格的轴向力承受，这种受力可以跨越较大跨度，但对于较大跨度曲率小的自由扁平曲面，实现截面尺寸最小化、视觉通透最大化给结构设计带来了巨大挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，采用本方案，通过多种自由空间网格结构的相互协调，相互支承，达到了扁平曲面外露网格采用较小截面即可跨越较大跨度，实现截面尺寸最小化，视觉通透最大化的特点；且利用径向主杆件强轴以弯曲应力为主，环向次杆件以轴向应力为主，通过屋面网格与墙面网格曲面完美过渡形成整体以提高结构抵抗竖向荷载的能力。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，包括依次连接的单层网格竖筒段、双曲单层屋面网格段和双曲单层墙面网壳段；

所述单层网格竖筒段呈椭圆形；

所述双曲单层屋面网格段呈扁平喇叭状，并连接于所述单层网格竖筒段上端，所述双曲单层屋面网格段的上端扁平，并朝外侧弯曲；

所述双曲单层墙面网壳段连接于所述双曲单层屋面网格段的上端；

所述空间网格结构包括多根沿所述单层网格竖筒段周向均布的径向主杆件，以及多根沿所述单层网格竖筒段周向螺旋缠绕的环向次杆件。

相对于现有技术中，传统的单层网格结构曲面高斯曲率较大，形成以“薄膜”应力为主的壳体受力特征，即大部分竖向荷载由网格的轴向力承受，这种受力可以跨越较大跨度，但对于较大跨度曲率小的自由扁平曲面，实现截面尺寸最小化、视觉通透最大化给结构设计带来了巨大挑战的问题，本方案提供了一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，具体方案中，包括依次连接的单层网格竖筒段、双曲单层屋面网格段和双曲单层墙面网壳段，单层网格竖筒段竖立于地面，并呈椭圆形，上端和双曲单层屋面网格段的下端连接，而双曲单层屋面网格段呈喇叭状，且其上端扁平且朝外侧弯曲，然后再连接双曲单层墙面网壳段，三者相互协调支承，达到了扁平曲面外露网格采用较小截面即可跨越较大跨度的效果，且均为单层网格结构，视觉效果通透；三者连接为一整体的空间网格结构，空间网格结构包括有多根周向均布的径向主杆件，多根径向主杆件从下之上沿单层网格竖筒段、双曲单层屋面网格段和双曲单层墙面网壳段同步弯曲设置，在径向主杆件上还设有多根环向次构件，环向次构件依次螺旋缠绕在每根径向主杆件上，其充分利用了屋面径向主杆件强轴(曲面平面外)以弯曲应力为主，环向次杆件以轴向应力为主的特点，通过屋面网格与墙面网格曲面完美过渡形成整体以提高结构抵抗竖向荷载的能力，且由于整个空间网格结构扁平，相较于现有技术中典型的薄膜应力为主的单层网格结构，其受力方式完全不同。

进一步优化，还包括外环曲线立体桁架，所述双曲单层墙面网壳段环向端部为收口端，所述外环曲线立体桁架沿所述双曲单层墙面网壳段的收口端设置；用于使整个结构造型美观。

进一步优化，所述外环曲线立体桁架采用三角形桁架；用于提高结构稳定性。

进一步优化，所述外环曲线立体桁架的环向底部设有多根支承柱；在环曲线立体桁架的下方均匀布置有多根支承柱进行支承，从而能提高整个结构的刚度。

进一步优化，所述支承柱包括直柱和斜柱，所述直柱伫立于地面，所述斜柱连接于所述直柱上端，并朝远离所述单层网格竖筒段轴线方向倾斜支承；便于连接外环曲线桁架。

进一步优化，所述单层网格竖筒段的轴线和所述双曲单层屋面网格段的轴线相互平行且偏离设置；用于使整个空间网格结构造型美观，新颖独特。

进一步优化，所述径向主杆件和环向次杆件的截面均为超窄翼缘焊接箱型截面；用于提高整个空间网格结构的竖向刚度，同时表面平整，减小幕墙与结构的距离。

进一步优化，所述超窄翼缘焊接箱型截面的截面宽度和幕墙铝合金主框等宽；视觉效果更通透。

进一步优化，多根所述环向次杆件包括顺时针螺旋缠绕的环向次杆件和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件；通过双向螺旋缠绕的环向次构件，进一步提高了其竖向刚度。

进一步优化，任意一根所述径向主杆件上，每根所述环向次杆件穿过的连接点，均为顺时针螺旋缠绕的环向次杆件和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件相交的交点，所述交点处为焊接连接；为提高结构强度，顺时针螺旋缠绕的环向次杆件和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件相交于径向主杆件上的一点，且其交点处为焊接连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本实用新型提供了一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，采用本方案，通过多种自由空间网格结构的相互协调，相互支承，达到了扁平曲面外露网格采用较小截面即可跨越较大跨度，实现截面尺寸最小化，视觉通透最大化的特点；且利用径向主杆件强轴以弯曲应力为主，环向次杆件以轴向应力为主，通过屋面网格与墙面网格曲面完美过渡形成整体以提高结构抵抗竖向荷载的能力；且结构杆件翼缘超窄、建筑效果通透，视觉冲击力强，同时又能满足结构受力合理、建筑造型美观的要求，实现了建筑形态表现与结构特征相统一，建筑表皮表现与结构特征相统一。

2.本实用新型提供了一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，采用本方案，径向采用大高宽比箱型截面和环向螺旋次结构共同受力形成部分薄膜受力提高结构竖向刚度，利用中心偏置网格竖筒和外环曲线三角形立体桁架刚度大的特点，为屋面与墙面单层网格提高强有力的刚性边界，使得结构截面尺寸可大幅度减小。整个结构体系受力合理，新颖独特、通透灵动，造型美观，可满足大跨度、大空间结构外露且建筑效果通透、简洁的视觉效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型提供的一种实施例的轴侧图；

图2为本实用新型提供的一种实施例的主视图；

图3为本实用新型提供的一种实施例的左视图；

图4为本实用新型提供的一种实施例的俯视图；

图5为本实用新型提供的一种实施例的径向主杆件和环向次杆件的相接局部示意图；

图6为本实用新型提供的一种实施例的径向主杆件和幕墙系统的截面对比图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-单层网格竖筒段，2-双曲单层屋面网格段，3-双曲单层墙面网壳段，4-径向主杆件，5-环向次杆件，6-外环曲线立体桁架，7-支承柱，71-直柱，72-斜柱。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1-图6所示，本实施例提供一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，包括依次连接的单层网格竖筒段1、双曲单层屋面网格段2和双曲单层墙面网壳段3；

单层网格竖筒段1呈椭圆形；

双曲单层屋面网格段2呈扁平喇叭状，并连接于单层网格竖筒段1上端，双曲单层屋面网格段2的上端扁平，并朝外侧弯曲；

双曲单层墙面网壳段3连接于双曲单层屋面网格段2的上端；

空间网格结构包括多根沿单层网格竖筒段1周向均布的径向主杆件4，以及多根沿单层网格竖筒段1周向螺旋缠绕的环向次杆件5。

相对于现有技术中，传统的单层网格结构曲面高斯曲率较大，形成以“薄膜”应力为主的壳体受力特征，即大部分竖向荷载由网格的轴向力承受，这种受力可以跨越较大跨度，但对于较大跨度曲率小的自由扁平曲面，实现截面尺寸最小化、视觉通透最大化给结构设计带来了巨大挑战的问题，本方案提供了一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，具体方案中，包括依次连接的单层网格竖筒段1、双曲单层屋面网格段2和双曲单层墙面网壳段3，单层网格竖筒段1竖立于地面，并呈椭圆形，上端和双曲单层屋面网格段2的下端连接，而双曲单层屋面网格段2呈喇叭状，且其上端扁平且朝外侧弯曲，然后再连接双曲单层墙面网壳段3，三者相互协调支承，达到了扁平曲面外露网格采用较小截面即可跨越较大跨度的效果，且均为单层网格结构，视觉效果通透；三者连接为一整体的空间网格结构，空间网格结构包括有多根周向均布的径向主杆件4，多根径向主杆件4从下之上沿单层网格竖筒段1、双曲单层屋面网格段2和双曲单层墙面网壳段3同步弯曲设置，在径向主杆件4上还设有多根环向次构件，环向次构件依次螺旋缠绕在每根径向主杆件4上，其充分利用了屋面径向主杆件4强轴(曲面平面外)以弯曲应力为主，环向次杆件5以轴向应力为主的特点，通过屋面网格与墙面网格曲面完美过渡形成整体以提高结构抵抗竖向荷载的能力，且由于整个空间网格结构扁平，相较于现有技术中典型的薄膜应力为主的单层网格结构，其受力方式完全不同。

如图1至图3所示，作为一种为使整个结构造型美观的具体实施方式，还包括外环曲线立体桁架6，双曲单层墙面网壳段3环向端部为收口端，外环曲线立体桁架6沿双曲单层墙面网壳段3的收口端设置；本方案中，双曲单层墙面网壳段3环向端部为收口端，即外侧端部向下弯曲收口，并在收口端，即屋面悬挑端设置外环曲线立体桁架6，从而提高整个结构的刚度，为屋面与墙面单层网格提高强有力的刚性边界，使得结构截面尺寸可大幅度减小。

如图1至图3所示，作为一种用于提高结构稳定性的具体实施方式，外环曲线立体桁架6采用三角形桁架。

如图1至图3所示，作为一种能提高整个空间网格结构刚度的具体实施方式，外环曲线立体桁架6的环向底部设有多根支承柱7；在环曲线立体桁架的下方均匀布置有多根支承柱7进行支承，从而能提高整个结构的刚度。

如图2和图3所示，作为一种为提高支承稳定性的具体实施方式，支承柱7包括直柱71和斜柱72，直柱71伫立于地面，斜柱72连接于直柱71上端，并朝远离单层网格竖筒段1轴线方向倾斜支承；本方案中，由于整个空间结构扁平，且跨度较大，通过上端的斜柱72朝外倾斜支承，能便于与曲线立体桁架连接。

如图4所示，作为一种使整个空间网格结构造型美观新颖独特的具体实施方式，单层网格竖筒段1的轴线和双曲单层屋面网格段2的轴线相互平行且偏离设置；本方案中，单层网格竖筒段1的轴线和双曲单层屋面网格段2的轴线相互平行，但并不重合，从而利用中心偏置网格竖筒刚度大的特点，使整个空间网格结构新颖独特、通透灵动，造型美观。

如图5所示，作为一种提高整个空间网格结构竖向刚度的具体实施方式，径向主杆件4和环向次杆件5的截面均为超窄翼缘焊接箱型截面；本方案中，径向主杆件4和环向次杆件5的截面均为超窄翼缘焊接箱型截面，采用径向大高宽比的箱型截面和环向螺旋次结构共同受力形成部分薄膜受力提高结构竖向刚度，同时表面平整，减小幕墙与结构的距离。

如图6所示，超窄翼缘焊接箱型截面的截面宽度和幕墙铝合金主框等宽；视觉效果更通透。

如图5所示，多根环向次杆件5包括顺时针螺旋缠绕的环向次杆件5和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件5；通过双向螺旋缠绕的环向次构件，进一步提高了其竖向刚度。

如图5所示，任意一根径向主杆件4上，每根环向次杆件5穿过的连接点，均为顺时针螺旋缠绕的环向次杆件5和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件5相交的交点，交点处为焊接连接；为提高结构强度，顺时针螺旋缠绕的环向次杆件5和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件5相交于径向主杆件4上的一点，且其交点处为焊接连接。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，包括依次连接的单层网格竖筒段(1)、双曲单层屋面网格段(2)和双曲单层墙面网壳段(3)；

所述单层网格竖筒段(1)呈椭圆形；

所述双曲单层屋面网格段(2)呈扁平喇叭状，并连接于所述单层网格竖筒段(1)上端，所述双曲单层屋面网格段(2)的上端扁平，并朝外侧弯曲；

所述双曲单层墙面网壳段(3)连接于所述双曲单层屋面网格段(2)的上端；

所述空间网格结构包括多根沿所述单层网格竖筒段(1)周向均布的径向主杆件(4)，以及多根沿所述单层网格竖筒段(1)周向螺旋缠绕的环向次杆件(5)。

2.根据权利要求1所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，还包括外环曲线立体桁架(6)，所述双曲单层墙面网壳段(3)环向端部为收口端，所述外环曲线立体桁架(6)沿所述双曲单层墙面网壳段(3)的收口端设置。

3.根据权利要求2所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述外环曲线立体桁架(6)采用三角形桁架。

4.根据权利要求2所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述外环曲线立体桁架(6)的环向底部设有多根支承柱(7)。

5.根据权利要求4所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述支承柱(7)包括直柱(71)和斜柱(72)，所述直柱(71)伫立于地面，所述斜柱(72)连接于所述直柱(71)上端，并朝远离所述单层网格竖筒段(1)轴线方向倾斜支承。

6.根据权利要求1所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述单层网格竖筒段(1)的轴线和所述双曲单层屋面网格段(2)的轴线相互平行且偏离设置。

7.根据权利要求1所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述径向主杆件(4)和环向次杆件(5)的截面均为超窄翼缘焊接箱型截面。

8.根据权利要求7所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，所述超窄翼缘焊接箱型截面的截面宽度和幕墙铝合金主框等宽。

9.根据权利要求1所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，多根所述环向次杆件(5)包括顺时针螺旋缠绕的环向次杆件和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件。

10.根据权利要求9所述的一种扁平喇叭状多重复杂曲面空间网格结构，其特征在于，任意一根所述径向主杆件(4)上，每根所述环向次杆件穿过的连接点，均为顺时针螺旋缠绕的环向次杆件和逆时针螺旋缠绕的环向次杆件相交的交点，所述交点处为焊接连接。

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