[发明专利]一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于拓扑学、空间几何学和杆件系统结构力学的球形多面体单层网壳特殊设计方法，尤其是涉及一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，属于结构工程技术领域。

背景技术

目前已经获得广泛应用的球形网壳结构构建方法由以色列学者Hanaor提出，其构建方法共有两种：一种是具有四边形构型的经纬线法(图1)；另一种是具有三角形构型的、以20面体为理论基础的测地投影法(图2)。其中，Hanaor测地投影法仅限于在三角形构型的焊接或铆接网壳结构中使用(图3)，难以满足大跨度单层球面网壳快速装配的要求。

采用上述两种方法建成的结构已大量应用，但设计计算繁复，构件种类多，没有垂直于地面的直立杆件，导致在施工过程中难以便捷安装，使得结构网壳装配过程繁杂，且Hanaor的单层球形网壳结构中的构件均采用焊接工艺连接，施工周期很长，现场焊接质量也难于保证。

为解决上述问题，本发明提出一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构(图4)。这种半球形棚板网壳结构的构建方法是从拓扑学和空间几何基础理论出发，以32面体为基础建立平面基元，并进行正六边形网格细分，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换，获得具有赤道面上垂直杆件特征的单层半球形网壳。

发明内容

本发明提出的一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，旨在提供一种具有一定跨度且安装方便快捷的半球形棚板网壳结构，可作为快速构建大跨度展览会馆、装备设备储存库、救灾医疗中心与物资中心使用。

本发明提出的一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，其特征在于，该半球形棚板网壳结构含有：半球形主体网壳，基底节点座，活节连接杆件，棚板；所述半球形主体网壳由基底节点座和活节连接杆件两类零部件构成，采用螺纹连接；所述半球形主体网壳是以32面体为基础建立平面基元，并进行正六边形网格细分，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换得到；所述活节连接杆件采用冷轧铝或铝合金管进行加工；所述各种基底节点座采用高碳钢材料熔模精密铸造进行加工，并进行镀锌防锈。

在上述半球形棚板网壳结构中，所述每个节点座与三根杆件相连，网壳基底节点座，一个杆接头垂直向上，另外两个接头指向网壳水平面上底梁多边形弦线方向；在直杆接地节点接头外法线方向上，设置有锚孔板，定位锚杆通过锚孔将半球网壳牢固地固定在基梁与地面基础上，提高了半球形网壳抗强风暴雪的性能。

在上述半球形棚板网壳结构中，所述半球形网壳节点的上部设计结构中有支撑棚板的环形承台面，棚板角表面通过上面压盖锁紧到环形承台面上，在承受复杂荷载作用下整体结构仍保持稳定。

本发明的优点主要有：(1)以节点接头和直杆杆件两类部件作为构成网壳单元的零部件，采用方便灵活的螺纹连接取代焊接工艺，精度高，安装迅速便捷，可显著提高施工作业速度；(2)采用提供的网壳基底特殊接地节点构造和锚栓接地方法牢固稳定，提高了半球形网壳抗强风暴雪性能；(3)现场结构安装架设可以从垂直于地面杆件开始，顺次的向上连接，使网壳施工十分便捷快速；(4)根据本发明的方法选取多边形构型42面体、162面体、362面体结构等，可以构建出大跨度单层半球形棚板网壳系列；(5)跨度可以分级调节变化，节点座和连接杆种类少，便于安装。

附图说明

图1为经纬线法生成半球形网壳，1——肋，2——环；

图2为20面体三角形构型测地投影法生成球形网壳；

图3为三角形构型测地投影法球形网壳多伦多会展中心(加拿大)；

图4为本发明的三维模型图；

图5为本发明建立的42面体平面拓扑基元；

图6为本发明中42面体球形网壳节点与构型；

图7为本发明中42面体三维投影实体图下切平面位置，3——赤道面；

图8为本发明建立的162面体拓扑细分平面基元；

图9为本发明中162面体节点类型；

图10为本发明中162面体六边形构型；

图11为本发明中162面体三位投影实体图下切平面位置，4——赤道面；

图12为本发明中362面体细分平面单元；

图13为本发明中362面体的7个节点类型；

图14为本发明中362面体的6个6边形构型；

图15-1和15-2为本发明中42面体、162面体半球形棚板网壳的主体节点座构造，5——紧固棚板螺孔，6——棚板承台面，7——外螺纹连杆接头，8——承吊底盘；