專利名稱：一種木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種大跨度木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼。
背景技術(shù)：
近年來，為了滿足建筑使用功能的要求，大跨度空間結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用于工程實踐，比如航站樓、會展中心、收費站、大跨度煤棚等公共和エ業(yè)建筑。在眾多結(jié)構(gòu)形式中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是ー種曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼有桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單和薄殼結(jié)構(gòu)受カ合理的特點，具有跨越能力大，剛度好，材料省，桿件結(jié)構(gòu)單ー及制作安裝方便等特點。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)于20世紀(jì)50年代初在我國就有所應(yīng)用，目前已建成大量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)且多為各地區(qū)標(biāo)志性建筑，比如北京國家大劇院、天津體育館、上海萬人體育館等。作為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的ー種特殊形式，肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼不僅具有傳統(tǒng)肋環(huán)型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外形美觀、節(jié)點構(gòu)造簡單的特點，還具備弦支結(jié)構(gòu)特有的抗震性能好、節(jié)省材料的優(yōu)點，因此應(yīng)用廣泛。但目前，該結(jié)構(gòu)形式主要使用鋼材作為桿件原料，而尚未見到木材應(yīng)用于肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的實例或研究報道。在我國，木材是ー種資源豐富、生長周期短的可再生材料，經(jīng)簡單加工后就能成為力學(xué)性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)桿件，如將其應(yīng)用于弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，將拓寬木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域并推進綠色環(huán)保建筑的發(fā)展。在力學(xué)性能方面，木材具有較好的抗拉、抗壓和抗彎折強度，是ー種天然建材，在古代就已獲得應(yīng)用。但是，木材自然生長過程中形成的生理彎曲及橫紋和豎紋的受カ性能差異從一定程度上影響了其力學(xué)性能，限制了其使用范圍。隨著科技進步，現(xiàn)有加工設(shè)備雖能保證加工后木桿件的外形準(zhǔn)確度，但受木結(jié)構(gòu)連接方式的制約，其應(yīng)用范圍一直未能得到拓寬。在木結(jié)構(gòu)連接方面，常見節(jié)點連接方式為綁扎、榫卯、槽ロ，節(jié)點連接可靠性相對較低，如今常見于建筑景觀和重要性較低的低層民用建筑。建筑工程應(yīng)用方面，目前大多數(shù)做法是將其粉碎后與其它材料混合制成新型建筑板材，由于摻加了膠合劑，對室內(nèi)環(huán)境或多或少都會帶來一定程度的污染，而直接使用天然木材作為大跨度空間弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的案例并不多見。因此，在低碳環(huán)保緑色建筑理念得到廣泛認同的今天，研究并拓寬木結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域的意義就顯得非常重大。而如何提高木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的可靠性，充分發(fā)揮木材力學(xué)性能，采用合理計算手段進行木結(jié)構(gòu)設(shè)計，也成為制約木結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域拓寬的關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種抗震性能好、便于施工、安全性高且綠色環(huán)保的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼。為了達到上述目的，本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼包括多根經(jīng)向桿、多根緯向桿、多個木桿連接件、多個焊接球節(jié)點、若干個滑動鉸支座、若干個固定鉸支座、多根豎向撐桿和多根下弦索；其中經(jīng)向桿和緯向桿均為木桿，每根經(jīng)向桿和緯向桿的兩端分別安裝有ー個木桿連接件；帶有木桿連接件的多根經(jīng)向桿和多根緯向桿通過多個焊接球節(jié)點相互連接；多根下弦索均為鋼索，每根下弦索的兩端分別連接在相対的固定鉸支座或滑動鉸支座上；多根豎向撐桿均為鋼管，每根豎向撐桿的上端連接在焊接球節(jié)點上，下端連接在下弦索上，從而形成傳統(tǒng)形狀的肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件包括鋼套箍、端板、錐頭和箍筋；其中鋼套箍套裝在經(jīng)向桿及緯向桿的端部外圓周面上；端板安裝在鋼套箍的外端圓周上；錐頭為空心圓臺結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開ロ狀，下底面邊緣連接在端板的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點上；箍筋纏繞在鋼套箍的外圓周面上，用于將鋼套箍和經(jīng)向桿或緯向桿箍緊；焊接球節(jié)點為鋼制空心球體；若干個固定鉸支座的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的焊接球節(jié)點上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個滑動鉸支座的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的其余焊接球節(jié)點上，下端以可移動的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。所述的經(jīng)向桿和緯向桿的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼具有如下優(yōu)點1)抗震性能好經(jīng)有限元分析軟件計算后發(fā)現(xiàn)，單根木桿件受力狀況和整體結(jié)構(gòu)靜、動カ響應(yīng)均滿足設(shè)計和使用要求，且表現(xiàn)出較好的抗震性能。2)便于施工由于木材密度小，桿件拼接由單個工人即可完成，能夠降低工人的勞動強度和工作面上的人員密度，利于提高施工質(zhì)量和加快施工速度。3)安全性高經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn)，地震作用下木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼豎向變形小于同截面面積的鋼結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼，表明地震作用下木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼對屋面材料破壞小，安全性得到改善。4)綠色環(huán)保、經(jīng)濟性好我國木材資源豐富，選材便利，木材價格低且屬于綠色環(huán)保的可再生資源，因此使用木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼的經(jīng)濟優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢都非常突出。

圖I為本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)平面圖。圖2為圖I中A-A向剖視圖。圖3為本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼中連接在經(jīng)向桿或緯向桿端部的木桿連接件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼中焊接球節(jié)點部位結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼進行詳細說明。如圖I-圖4所示，本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼包括多根經(jīng)向桿I、多根緯向桿2、多個木桿連接件3、多個焊接球節(jié)點4、若干個滑動鉸支座5、若干個固定鉸支座6、多根豎向撐桿11和多根下弦索12 ;其中經(jīng)向桿I和緯向桿2均為木桿，每根經(jīng)向桿I和緯向桿2的兩端分別安裝有一個木桿連接件3 ;帶有木桿連接件3的多根經(jīng)向桿I和多根緯向桿2通過多個焊接球節(jié)點4相互連接；多根下弦索12均為鋼索，每根下弦索12的兩端分別連接在相対的固定鉸支座6或滑動鉸支座5上；多根豎向撐桿11均為鋼管，每根豎向撐桿11的上端連接在焊接球節(jié)點4上，下端連接在下弦索12上，從而形成傳統(tǒng)形狀的肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件3包括鋼套箍7、端板8、錐頭9和箍筋10 ;其中鋼套箍7套裝在經(jīng)向桿I及緯向桿2的端部外圓周面上；端板8安裝在鋼套箍7的外端圓周上；錐頭9為空心圓臺結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開ロ狀，下底面邊緣連接在端板8的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點4上；箍筋10纏繞在鋼套箍7的外圓周面上，用于將鋼套箍7和經(jīng)向桿I或緯向桿2箍緊；焊接球節(jié)點4為鋼制空心球體；若干個固定鉸支座6的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的焊接球節(jié)點4上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個滑動鉸支座5的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的其余焊接球節(jié)點4上，下端以可移動的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。所述的經(jīng)向桿I和緯向桿2的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍7的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼組裝過程如下首先將鋼套箍7安裝在經(jīng)向桿I和緯向桿2的外端圓周面上，并使經(jīng)向桿I和緯向桿2上的凹槽與鋼套箍7上的凸緣對齊并卡緊，用箍筋10纏繞在鋼套箍7的外圓周面上，將鋼套箍7和經(jīng)向桿I或緯向桿2箍緊，之后將端板8焊接在鋼套箍7的外端面上，然后將錐頭9下底面邊緣焊接在端板8的外端圓周上，將錐頭9上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點4上。多個不同空間角度的木桿連接件3連接于一個焊接球節(jié)點4上。多根豎向撐桿11的兩端分別連接在不同的焊接球節(jié)點4和相應(yīng)的下弦索12上，多根下弦索12的兩端分別連接在相対的固定鉸支座6或滑動鉸支座5上，由此而形成傳統(tǒng)形狀的肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼主體。再將若干個固定鉸支座6和滑動鉸支座5的上端分別相隔距離安裝在網(wǎng)殼主體底部的焊接球節(jié)點4上，然后將上述固定鉸支座6和滑動鉸支座5的下端分別設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部，由此形成木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼。為了檢驗本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼的抗震性能，本申請人用有限元軟件比較了相同外觀尺寸和桿件截面面積的本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)和已有技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼在水平地震EL-Centro (1940)波作用下8s內(nèi)的豎向位移最大值，結(jié)果見表I。由表I可見，木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼在地震作用下的位移變化幅值小于鋼結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼，表明木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼受震害影響相對較小、對屋面材料破壞相對較輕。證明了本實用新型提供的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼抗震性能良好，結(jié)構(gòu)安全可靠。表I
權(quán)利要求1.一種木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼，其特征在于所述的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼包括多根經(jīng)向桿(I)、多根緯向桿(2)、多個木桿連接件(3)、多個焊接球節(jié)點(4)、若干個滑動鉸支座(5)、若干個固定鉸支座(6)、多根豎向撐桿(11)和多根下弦索(12);其中經(jīng)向桿⑴和緯向桿⑵均為木桿，每根經(jīng)向桿⑴和緯向桿⑵的兩端分別安裝有一個木桿連接件(3);帶有木桿連接件(3)的多根經(jīng)向桿(I)和多根緯向桿(2)通過多個焊接球節(jié)點(4)相互連接；多根下弦索(12)均為鋼索，每根下弦索(12)的兩端分別連接在相對的固定鉸支座(6)或滑動鉸支座(5)上；多根豎向撐桿(11)均為鋼管，每根豎向撐桿(11)的上端連接在焊接球節(jié)點(4)上，下端連接在下弦索(12)上，從而形成傳統(tǒng)形狀的肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件(3)包括鋼套箍(7)、端板(8)、錐頭(9)和箍筋(10);其中鋼套箍(7)套裝在經(jīng)向桿⑴及緯向桿(2)的端部外圓周面上；端板⑶安裝在鋼套箍(7)的外端圓周上；錐頭(9)為空心圓臺結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板(8)的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點(4)上；箍筋(10)纏繞在鋼套箍(7)的外圓周面上，用于將鋼套箍(7)和經(jīng)向桿⑴或緯向桿(2)箍緊；焊接球節(jié)點⑷為鋼制空心球體；若干個固定鉸支座(6)的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的焊接球節(jié)點(4)上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個滑動鉸支座(5)的上端相隔距離安裝在單層弦支球面網(wǎng)殼主體底部的其余焊接球節(jié)點(4)上，下端以可移動的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼，其特征在于所述的經(jīng)向桿(I)和緯向桿(2)的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍(7)的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。
專利摘要一種木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼。其包括多根經(jīng)向桿、多根緯向桿、多個木桿連接件、多個焊接球節(jié)點、若干個滑動鉸支座、若干個固定鉸支座、多根豎向撐桿和多根下弦索；經(jīng)、緯向桿兩端分別安裝一個木桿連接件；帶有木桿連接件的多根經(jīng)、緯向桿通過多個焊接球節(jié)點相互連接；下弦索兩端連接在固定或滑動鉸支座上；豎向撐桿上端連接在焊接球節(jié)點，下端連接在下弦索，形成球面網(wǎng)殼主體；若干個固定鉸支座的上端相隔距離安裝在主體底部的焊接球節(jié)點；若干個滑動鉸支座的上端相隔距離安裝在主體底部的其余焊接球節(jié)點。本實用新型的木結(jié)構(gòu)肋環(huán)型單層弦支球面網(wǎng)殼具有自重輕、結(jié)構(gòu)動力性能好、施工簡便、可靠度高、綠色環(huán)保和經(jīng)濟性好等優(yōu)點。
文檔編號E04C3/18GK202416660SQ20122004903
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者武志瑋 申請人:中國民航大學(xué)