專利名稱：一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，適用于土木、水利工程、園林、環(huán)保工程等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)文明的高速繁榮，城市化進(jìn)程的飛速推進(jìn)，為滿足人類生活和居住環(huán)境的需要，人們需要對(duì)各種不同類型的覆蓋空間，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性支撐。凡是形成三維空間狀并具有三維受力特性、呈立體工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)都稱為空間結(jié)構(gòu)。如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)等等。由它們組合而形成的雜交空間結(jié)構(gòu)更是花樣繁多。但這種將不同類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合而得到一種新的結(jié)構(gòu)體系，不是兩個(gè)或多個(gè)單一類型空間結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單拼湊，而是充分利用一種類型結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)處，來抵消另一種與之組合的結(jié)構(gòu)的短處，使得每一種單一類型的空間結(jié)構(gòu)形式及其材料均能發(fā)揮最大的潛力，從而改善整個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系的受力性能，可以更經(jīng)濟(jì)、更合理地對(duì)更大的空間進(jìn)行結(jié)構(gòu)性支撐。根據(jù)結(jié)構(gòu)的剛性差異和結(jié)構(gòu)的組合方式，空間結(jié)構(gòu)又可分成三類，即剛性空間結(jié)構(gòu)、柔性空間結(jié)構(gòu)和雜交空間結(jié)構(gòu)。雜交空間結(jié)構(gòu)可以是剛性結(jié)構(gòu)體系之間的組合，如拱與空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)組合形成的拱支網(wǎng)架；柔性結(jié)構(gòu)體系之間的組合，如懸索與薄膜組合而成的結(jié)構(gòu)、拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，以及柔性結(jié)構(gòu)體系與剛性結(jié)構(gòu)體系之間的組合，如索與空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等組合形成的斜拉空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、拉索預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及索與桁架結(jié)構(gòu)組合而成的橫向加勁單曲懸索結(jié)構(gòu)等等；盡管各種新型的空間結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，但各種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，不僅僅依賴材料的性能，更需要的是依賴自己合理的型體，充分利用不同材料的特性，以適應(yīng)不同建筑造型和功能的需要。如懸索結(jié)構(gòu)中，將外荷載轉(zhuǎn)化為鋼索的拉力， 充分發(fā)揮了鋼索拉力強(qiáng)的材性，從而大大減輕了結(jié)構(gòu)自重。所以充分發(fā)揮各種不同建筑材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到增加結(jié)構(gòu)剛度、節(jié)省材料用量的目的。已成為空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要趨勢(shì)。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，解脫了長(zhǎng)期以來空間結(jié)構(gòu)的型體研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化在計(jì)算方法上的束縛，使得尋求型體與受力的完美組合成為可能，使得空間結(jié)構(gòu)近十幾年來以其異乎尋常的速度發(fā)展起來。例如，根據(jù)談若明等所介紹的“空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，，方法(談若明， 肖建春，韓志剛.空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).空間結(jié)構(gòu)，2009,15 ) 58-61)利用遺傳算法收斂快、得到全局解概率大的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可對(duì)包括形狀和截面尺寸的優(yōu)化在內(nèi)的，多個(gè)量級(jí)或量綱不同的相關(guān)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)的高度、網(wǎng)架層數(shù)、網(wǎng)格數(shù)、構(gòu)件截面尺寸(包括由相同或不同材料構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)類型的桿件、節(jié)點(diǎn)，形成的不同的空間結(jié)構(gòu)類型)等參數(shù)。通過確立多個(gè)約束條件，j = 1， 2，…，m，(包括撓度、桿件結(jié)構(gòu)類型、各受力構(gòu)件強(qiáng)度、壓桿的穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定系數(shù)等等)， 以工程造價(jià)作為目標(biāo)函數(shù)f(x)(其中χ為設(shè)計(jì)變量)。建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
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Minf(x)s· t. &(χ)彡 0 j = 1,2,3, ···, m χ e D (1)可以轉(zhuǎn)化為求下列無約束函數(shù)
‘_ (2)的極值問題，其中P是一個(gè)正的控制參數(shù)，a為拉格朗日乘子。a在數(shù)值上等于式 ⑴的所有拉格朗日乘子之和。當(dāng)P—⑴時(shí)，￥(x，a)的極小解即為式(1)的解。實(shí)際計(jì)算時(shí)P只能取一比較大的有限值。適應(yīng)函數(shù)的構(gòu)造式采用F(X) = M-fp (χ)(3)其中 M = maxf(x)。對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量有連續(xù)實(shí)數(shù)(如結(jié)構(gòu)高度)、不連續(xù)實(shí)數(shù)(如構(gòu)件截面特性)和整數(shù)(如網(wǎng)格數(shù))。因此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的設(shè)計(jì)變量由連續(xù)實(shí)數(shù)、不連續(xù)實(shí)數(shù)和整數(shù)共同組成的?；具z傳算法采用固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制串作為設(shè)計(jì)變量的表達(dá)方式。每個(gè)整數(shù)的基因值對(duì)應(yīng)于某變量的值。連續(xù)或不連續(xù)實(shí)數(shù)以離散點(diǎn)代替。再采用隨機(jī)方法， 生成一定數(shù)量的不同的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)集合。對(duì)集合中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行若干次的約束處理、適應(yīng)度計(jì)算、選擇、交叉和變異等操作，最后選擇出一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。使通過綜合考慮空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架層數(shù)，型體結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)和桿件的構(gòu)成方式和結(jié)構(gòu)類型，綜合應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)、桿件的防屈曲處理，選擇對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或全部的澆注、填充構(gòu)成各種雜交空間結(jié)構(gòu)類型等綜合性技術(shù)措施。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)、整體工作性能更好、經(jīng)濟(jì)性能良好的空間結(jié)構(gòu)類型成為可能。近半個(gè)世紀(jì)以來，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的空間結(jié)構(gòu)是空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，它是按一定規(guī)律布置桿件、構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)。包括網(wǎng)架、曲面型網(wǎng)殼和立體桁架?？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的多向傳力性能；其結(jié)構(gòu)剛度大、自身重量輕，整體工作性能好。且有良好的抗震性能，結(jié)構(gòu)美觀、結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備大等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)既適用于大跨度建筑，也適用于中小跨度的房屋，被大量用作各種建筑屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)。但是，現(xiàn)有空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，存在著下述缺點(diǎn)(1)連接桿系的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠性產(chǎn)生顯著影響，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，耗鋼量較大，造成制造成本高的主要原因之一；特別在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)具有特殊的作用和重要性，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)上連接的桿件很多，桿件處于空間位置，是多方位的；通過節(jié)點(diǎn)傳遞三維力流也很復(fù)雜。因此，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的合理性與可靠性，直接決定著網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體工作性能、型體變化、施工安裝的簡(jiǎn)易性與經(jīng)濟(jì)性能。(2)理論計(jì)算和研究實(shí)測(cè)均已證明，桿系作為主要受力構(gòu)件，位于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同位置的桿系，其受力大小與類型(拉力或壓力)都不相同，而在通常的構(gòu)建方法中，都是選擇較為單一型號(hào)的鋼管作為桿件材料，不僅取材也較其它型鋼困難，增大構(gòu)建成本，而且不能實(shí)現(xiàn)根據(jù)桿件的受力情況而“因力施材”，而容易增加結(jié)構(gòu)的自身重量，并造成材料的浪費(fèi)；(3)因?yàn)榭臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是嚴(yán)格的幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，根據(jù)當(dāng)前通常的構(gòu)建方
式，使桿件通過節(jié)點(diǎn)連接，再通過節(jié)點(diǎn)連接其他桿件的構(gòu)制、施工方式，施工難度大、費(fèi)用較
高。特別是對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來說，桿件和節(jié)點(diǎn)幾何尺寸的偏差以及曲面的改變，對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、整體穩(wěn)定和施工影響較大；為減少初始缺陷，對(duì)于桿件和節(jié)點(diǎn)的加工精度要求很高； 使得網(wǎng)殼的造價(jià)更高。經(jīng)計(jì)算由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)用鋼量約占整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用鋼量的20% 25%，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的好壞，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能、制造安裝成本、總耗鋼量和工程造價(jià)，都產(chǎn)生重大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)建，存在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桿件結(jié)構(gòu)單一，安裝、構(gòu)建施工難度大、成本高等系列問題，而發(fā)明的一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法。本發(fā)明是采用下述方案實(shí)現(xiàn)的一種空間結(jié)構(gòu)，包括三角形結(jié)構(gòu)件及連接、緊固和固定各三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角、組合成各桿件和節(jié)點(diǎn)的連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件；所述的三角形結(jié)構(gòu)件布置在空間結(jié)構(gòu)中的不同空間位置上，作為相應(yīng)空間位置上的桿件和節(jié)點(diǎn)的組成構(gòu)件之一；所述的連接件，分別連接在不同空間位置上布置的、在同一桿件的空間位置上疊加的三角形結(jié)構(gòu)件的二條或多條對(duì)應(yīng)邊；所述的桿件緊固件對(duì)經(jīng)連接件連接的各三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊，進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的桿件；所述的節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件分別對(duì)匯集并疊加在各桿件兩端空間位置附近的、所有三角形結(jié)構(gòu)件的頂角進(jìn)行連接、緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)；使各桿件、節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，具備所必需的力學(xué)性能，能滿足所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和約束條件的要求。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)中，選用空間結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，對(duì)所述的桿件和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過選擇不同力學(xué)性能的構(gòu)建材料，構(gòu)建三角形結(jié)構(gòu)件、 連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，由所述三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件組合構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，包括下述步驟①、結(jié)構(gòu)選型根據(jù)所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和約束條件，選擇桿件通過節(jié)點(diǎn)連接，其布置規(guī)律符合所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元的空間結(jié)構(gòu)類型，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算、設(shè)計(jì)優(yōu)化，選定一種空間結(jié)構(gòu)類型，確立該空間結(jié)構(gòu)中各桿件、節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)組成，使其具備所必需的力學(xué)性能；②、三角形結(jié)構(gòu)件、連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件的預(yù)制所述三角形網(wǎng)格單元，由兩兩相連于三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，位于同一平面的三根桿件構(gòu)成；根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案所確定的各桿件和節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)組成，以空間結(jié)構(gòu)中不同空間位置上的三角形網(wǎng)格單元的邊長(zhǎng)和夾角大小作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，選擇構(gòu)建材料，預(yù)制形成與各三角形網(wǎng)格單元結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的三角形結(jié)構(gòu)件和連接、固定三角形的結(jié)構(gòu)件的連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件；③、三角形結(jié)構(gòu)件的連接根據(jù)各個(gè)三角形網(wǎng)格單元，在所選定的空間結(jié)構(gòu)類型中的分布規(guī)律，用預(yù)制形成的三角形結(jié)構(gòu)件，布置在各三角形網(wǎng)格單元分布的對(duì)應(yīng)空間位置上，用所述的連接件分別連接在不同空間位置上布置的、二個(gè)或多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件，重疊于各相同桿件所在的空間位置上的二條或多條邊，使所有桿件分別通過三角形結(jié)構(gòu)件和連接件相互連接，形成具有柔性的空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)；④、三角形結(jié)構(gòu)件的固定選擇所述的桿件緊固件對(duì)空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)中各三角形結(jié)構(gòu)件的邊進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)成相應(yīng)位置上的桿件，通過所述的節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件分別對(duì)匯集并疊加在各桿件兩端空間位置附近的所有三角形結(jié)構(gòu)件的頂點(diǎn)進(jìn)行連接、緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)；所述桿件由三角形結(jié)構(gòu)件的邊、桿件緊固件或連接件構(gòu)成，所述節(jié)點(diǎn)由三角形結(jié)構(gòu)件的頂角、節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件構(gòu)成。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法中，選擇不同力學(xué)性能的材料，構(gòu)建三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，再由三角形結(jié)構(gòu)件與連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件組合形成桿件和節(jié)點(diǎn)，使各桿件和節(jié)點(diǎn)在空間結(jié)構(gòu)中的不同分布位置上，具備所必須的力學(xué)性能。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法中，所述連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件采用捆扎、懸拉、焊接、鉚固、粘接、澆注砼固化技術(shù)措施中的至少一種，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述空間結(jié)構(gòu)的各桿件和節(jié)點(diǎn)的連接、緊固、定位和固定；所述的緊固包括拉緊、加固和固定成所設(shè)計(jì)的形狀。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法中，所述桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件調(diào)整空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)中位于同一節(jié)點(diǎn)上的各三角形結(jié)構(gòu)件頂點(diǎn)間的距離和各三角形結(jié)構(gòu)件間的相對(duì)位置，形成空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的型體，調(diào)整結(jié)構(gòu)變形，對(duì)空間結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成滿足設(shè)計(jì)的剛度、強(qiáng)度要求的空間結(jié)構(gòu)。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法中，在所構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的不同空間位置上，通過連接件，連接多個(gè)結(jié)構(gòu)三角形結(jié)構(gòu)件，再通過桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件對(duì)各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)建成多層、或部分多層、或局部由多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件組合而成的幾何結(jié)構(gòu)或幾何體，構(gòu)成設(shè)計(jì)所需要的空間結(jié)構(gòu)類型。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法中，在所述空間結(jié)構(gòu)中填充沙石、粘土、植物生長(zhǎng)基質(zhì)、植物秸桿中的至少一種，對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或全部填充；或在所述空間結(jié)構(gòu)中澆注砼、粘膠劑、工程塑料中的至少一種，對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或全部澆注，與空間結(jié)構(gòu)中的桿件或節(jié)點(diǎn)粘結(jié)成為一體。一種空間結(jié)構(gòu)，在園林、環(huán)保工程領(lǐng)域的草坪停車場(chǎng)、生態(tài)型擋土墻中作為結(jié)構(gòu)支撐支架的應(yīng)用。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其實(shí)施方案還包括①、所述的構(gòu)建材料包括選擇粘膠劑、粘膠劑與纖維的混合物、金屬、陶瓷、工程塑料中的一種或幾種制成；所述粘膠劑與纖維的混合物中，所述的粘膠劑包括環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂膠粘劑、聚醋酸乙烯膠粘劑、聚丙烯酸樹脂膠粘劑等各種類型中的至少一種，所述纖維選自植物纖維、玻璃纖維、碳纖維材料、凱夫拉纖維、碳化硅纖維中的至少一種材料，構(gòu)建結(jié)構(gòu)三角形結(jié)構(gòu)件，如預(yù)制構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)不固定，一個(gè)頂角和二條邊部分重疊， 預(yù)制構(gòu)成結(jié)構(gòu)固定成型的三角形結(jié)構(gòu)件，以及連接和固定三角形結(jié)構(gòu)件的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件。設(shè)計(jì)和選擇不同力學(xué)性能的材料，構(gòu)成的相同或不同類型的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，在同一桿件和節(jié)點(diǎn)上，或在同一空間結(jié)構(gòu)中的不同桿件和節(jié)點(diǎn)上，使用一種或多種， 相同或不同材料構(gòu)成的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，有利用于選擇優(yōu)化組合，組合成不同力學(xué)性能、不同性價(jià)比的桿件和節(jié)點(diǎn)類型，充分發(fā)揮不同材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)和不同空間結(jié)構(gòu)形式受力性能得到改善的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到增加結(jié)構(gòu)剛度、節(jié)省材料用量的目的。
②、設(shè)計(jì)和選擇不同力學(xué)性能的材料，構(gòu)成不同的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件類型， 包括桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件類型之一對(duì)以受拉力為主的桿件和節(jié)點(diǎn)類型，如對(duì)雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的下弦桿件面桿件和節(jié)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行緊固和固定的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件， 選擇鋼索制成、經(jīng)過節(jié)點(diǎn)，并貫穿多根桿件的懸拉索，作為桿件和節(jié)點(diǎn)的組成構(gòu)件之一。桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件類型之二選擇環(huán)氧樹脂等粘膠劑類型作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，對(duì)各三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，在各桿件和節(jié)點(diǎn)上形成的間隙，進(jìn)行澆注的材料。桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件類型之三選擇鋼制材料作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，將各用鋼制材料制成三角形結(jié)構(gòu)件邊和頂角焊接成整體，構(gòu)成桿件和節(jié)點(diǎn)的材料。③、設(shè)計(jì)和選擇不同力學(xué)性能的材料，構(gòu)成的相同或不同類型的桿件緊固件包括下列類型桿件緊固件類型之一對(duì)以受拉力為主的桿件類型，如雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的下弦桿件面桿件，進(jìn)行緊固和固定的桿件緊固件，選擇鋼絲制成的捆扎三角形結(jié)構(gòu)件的邊與懸拉索的捆扎繩，作為桿件緊固件組成類型之一。桿件緊固件類型之二 對(duì)受綜合性內(nèi)力的桿件類型，如雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的腹桿桿件， 進(jìn)行緊固和固定的桿件緊固件，由預(yù)制成型的桿件緊固件，由對(duì)稱設(shè)置的兩部分構(gòu)成，所述對(duì)稱設(shè)置的兩部分的接觸面之間，設(shè)有與三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊尺寸相匹配的凹槽，通過固定螺絲旋裝在固定孔或通過捆扎繩、捆扎帶綁固，將三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊通過所述桿件緊固件固定成整體結(jié)構(gòu)。桿件緊固件類型之三對(duì)以受拉壓力為主的桿件類型，如雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上弦桿件面桿件，進(jìn)行緊固和固定的桿件緊固件，包括由隔板、綴板、澆注材料構(gòu)成，所述隔板由底板與兩側(cè)板構(gòu)成凹槽狀，所述綴板固定在所述凹槽中，所述綴板上設(shè)有供嵌卡所述三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊的槽，在所述隔板的凹槽中澆注固化材料。所述隔板由鋼板、或工程塑料、 或木質(zhì)材料組成，包括底板、與底板兩側(cè)相連的左、右側(cè)板，分別與蓋板相連，隔板兩端分別與節(jié)點(diǎn)緊固件相連；綴板固定三角形結(jié)構(gòu)件的相應(yīng)邊，置入由隔板的底板與兩側(cè)相連的左、 右側(cè)板組成的槽的軸中心位置，使綴板四周不與隔板相連。因此，選擇空間結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，根據(jù)各桿件在空間結(jié)構(gòu)中的不同受力大小和類型，對(duì)所述的桿件的構(gòu)建方式，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇上述不同類型的桿件緊固件中的至少一種，緊固和固定各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊，使桿件緊固件與連接件、三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊所共同構(gòu)成的桿件的力學(xué)性能得到改善，滿足設(shè)計(jì)要求。④、設(shè)計(jì)和選擇不同力學(xué)性能的材料構(gòu)成的、結(jié)構(gòu)相同或不同的節(jié)點(diǎn)緊固件包括下列類型節(jié)點(diǎn)緊固件類型之一包括常用的連接和固定材料如繩、索、板，如連接和固定同一節(jié)點(diǎn)上，不同桿件上的桿件緊固件(如隔板)的構(gòu)件，與其他澆注材料包括所述的砼、粘膠劑如環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂膠粘劑、聚醋酸乙烯膠粘劑、聚丙烯酸樹脂膠粘劑等各種類型中的至少一種，共同構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)類型。節(jié)點(diǎn)緊固件類型之二 由預(yù)制成型的成套的節(jié)點(diǎn)緊固件82、83等類型構(gòu)成。根據(jù)各節(jié)點(diǎn)在空間結(jié)構(gòu)中的不同受力大小和類型，對(duì)所述的節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建方式，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)不同受力大小和類型，選擇上述節(jié)點(diǎn)緊固件中的至少一種用來連接和固定各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的頂角，形成節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，其具體實(shí)施方案、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、以及與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果分析，綜合如下1)結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)件設(shè)計(jì)首先，根據(jù)所需要構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和相應(yīng)的約束條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)優(yōu)化。選擇桿件通過節(jié)點(diǎn)連接，其布置規(guī)律符合所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元的一種空間結(jié)構(gòu)類型，確定各桿件和節(jié)點(diǎn)材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)成，使其具備所必需的力學(xué)性能。通過選擇不同力學(xué)性能的材料類型，構(gòu)建結(jié)構(gòu)類型相同或不同的三角形結(jié)構(gòu)件， 連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，組合構(gòu)成不同力學(xué)性能的桿件、節(jié)點(diǎn)類型，再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的桿件和節(jié)點(diǎn)的所具備的，如強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、最小截面及結(jié)構(gòu)撓度等力學(xué)性能指標(biāo)，和所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)所必須具備的力學(xué)性能等指標(biāo)作為約束條件，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)其受力、變形以及模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比分析，最終確定經(jīng)濟(jì)可靠的空間結(jié)構(gòu)類型，使各桿件、節(jié)點(diǎn)的具備經(jīng)濟(jì)、合理結(jié)構(gòu)構(gòu)成，能滿足所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和約束條件的要求。例如，對(duì)空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施途徑，可根據(jù)背景技術(shù)中介紹的談若明等“空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)”方法采用拉格朗日乘子法對(duì)結(jié)構(gòu)變形、壓桿穩(wěn)定、長(zhǎng)細(xì)比等約束條件和優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行處理，解決空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化的很多設(shè)計(jì)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)高度、網(wǎng)格數(shù)、構(gòu)件截面尺寸等的量級(jí)或量綱不同，優(yōu)化比較困難的難題，得到用于分析的無約束函數(shù)，再使用MATLAB遺傳算法工具箱，提供的函數(shù)編制的包含連續(xù)、不連續(xù)實(shí)數(shù)變量和整數(shù)變量的混合變量編碼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，運(yùn)用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形狀和截面優(yōu)化。因此，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，該領(lǐng)域的技術(shù)人員完全能實(shí)現(xiàn)，由相同或不同材料，構(gòu)建成結(jié)構(gòu)相同或不同的三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，組合構(gòu)成的桿件和節(jié)點(diǎn)，在空間結(jié)構(gòu)中的不同分布位置上，具備所必須的不同的力學(xué)性能的同時(shí)，能最大限度地發(fā)揮不同材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)和不同結(jié)構(gòu)受力性能的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)的自重，增加結(jié)構(gòu)剛度、節(jié)省材料用量的目的。2)桿件和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建方式(1)桿件的連接和構(gòu)建方式根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建方法，所有桿件，首先分別通過三角形結(jié)構(gòu)件和經(jīng)連接件連接三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊，使各相鄰的桿件相互連接成一體，再經(jīng)桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件緊固和固定，形成力學(xué)性能優(yōu)良的通過節(jié)點(diǎn)連接的桿系。既使空間結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，又便于結(jié)構(gòu)安裝。同時(shí)，構(gòu)成的可塑性較強(qiáng)的具有柔性的基本空間結(jié)構(gòu)。便于設(shè)計(jì)不同的型體結(jié)構(gòu)，形成不同形狀的空間結(jié)構(gòu)類型，如圖9、10、11所示，可通過首先構(gòu)成圖11的矩形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的柔性結(jié)構(gòu)，再成型成如圖10所示的型體結(jié)構(gòu)，經(jīng)桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件對(duì)相應(yīng)桿件和節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行緊固和固定，便可構(gòu)成相應(yīng)型體的空間結(jié)構(gòu)類型。從而便于設(shè)計(jì)和構(gòu)建結(jié)構(gòu)更合理、更節(jié)省材料、更經(jīng)濟(jì)的型體，實(shí)現(xiàn)“最佳結(jié)構(gòu)有賴于其自身受力之型體”。其次，所有桿件由連接件和桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，經(jīng)連接和固定三角形結(jié)構(gòu)
9件的相應(yīng)邊形成。便于選擇適合的緊固材料，結(jié)合桿系的受力情況，對(duì)各條桿件進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。例如，大量理論計(jì)算和試驗(yàn)表明，對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來說，對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用的是桿件的軸向內(nèi)力的分布規(guī)律為(1)對(duì)上弦桿來說，軸力由四周的拉力向中心區(qū)域的壓力過渡，在周邊的拉力中， 中間較兩邊的拉力大；(2)對(duì)下弦桿來說，下弦桿均為拉力，中心區(qū)域最大，向四周逐漸減??；(3)對(duì)腹桿來說，網(wǎng)架四周的腹桿受力最大，拉、壓力均存在，逐漸向中心區(qū)域減??；(4)從整體結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)架的上、下弦桿受力較大，腹桿受力適中。上弦桿以受壓為主，下弦桿受拉力為主，而腹桿既受壓力，也受拉力。因此，本發(fā)明根據(jù)桿件在空間結(jié)構(gòu)中部位不同，其受力類型和受力的大小的不同特點(diǎn)，選擇不同的桿件緊固材料，作為桿系的主要構(gòu)成材料之一，對(duì)所有桿件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)“因力施材”，充分發(fā)揮各種不同建筑材料的強(qiáng)度，以及截面形狀和尺寸的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到增強(qiáng)桿件結(jié)構(gòu)剛度、降低桿件成本、節(jié)省材料用量的目的。(2)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的頂點(diǎn)，分別匯集、疊加于各桿件兩端，將位于各桿件兩端的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的頂點(diǎn)，通過連接件、節(jié)點(diǎn)緊固件，鉸接或剛接固定形成相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，改變了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)通常構(gòu)建方式桿件通過節(jié)點(diǎn)連接，須設(shè)計(jì)專門的節(jié)點(diǎn)類型， 相應(yīng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類型繁多、消耗鋼量大的缺點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，結(jié)點(diǎn)用鋼量約占整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用鋼量的20% 25%，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的好壞，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能、制造安裝成本、總耗鋼量和工程造價(jià)，都產(chǎn)生重大的影響。對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來說，由于桿件和節(jié)點(diǎn)幾何尺寸的偏差以及曲面的改變，對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、整體穩(wěn)定和施工影響更大；為減少初始缺陷，對(duì)于桿件和節(jié)點(diǎn)的加工精度要求很高；其造價(jià)通常比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更高。而根據(jù)本專利所述的新的構(gòu)建方法，節(jié)點(diǎn)是由各相鄰桿件上的三角形結(jié)構(gòu)件經(jīng)連接件，連接二個(gè)或多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)時(shí)，分散于各桿件兩端的節(jié)點(diǎn)附近的空間位置的三角形結(jié)構(gòu)件的頂角組成，各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)松散，在桿件的構(gòu)建過程中各節(jié)點(diǎn)也不需整體受力和定位，使空間結(jié)構(gòu)的安裝變得簡(jiǎn)單方便；再由連接件和節(jié)點(diǎn)緊固件，連接各固定成分散狀態(tài)，匯集、疊加在各桿件兩端的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件頂點(diǎn)，構(gòu)成相應(yīng)空間位置的節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)由的連接件、節(jié)點(diǎn)緊固件共同構(gòu)成。其強(qiáng)度決定于構(gòu)成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，分布在各桿件兩端的三角形結(jié)構(gòu)件的頂角個(gè)數(shù)、結(jié)構(gòu)類型和強(qiáng)度、連接件和節(jié)點(diǎn)緊固件的結(jié)構(gòu)類型和強(qiáng)度，施加預(yù)應(yīng)力的方式，和節(jié)點(diǎn)的固定方式(如焊接、注塑或砼澆注)等多種因素。因此，同樣可根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際的受力情況，對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。選用不同的材料和不同的連接、固定方式，構(gòu)建成不同受力大小和類型的節(jié)點(diǎn)。充分發(fā)揮節(jié)點(diǎn)的不同構(gòu)成材料強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)，從而節(jié)省材料，降低安裝成本。3)空間結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力施加方式預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅改變了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力分配，而且改變了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，從而出現(xiàn)了大量與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全不同的建筑造型、內(nèi)力分析、制造工藝、施工技術(shù)。成功的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)可使省鋼率達(dá)到40% -50%。預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)的基本思想是采用人為的方法在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件最大受力的截面部位，引入與荷載效應(yīng)相反的預(yù)應(yīng)力，以提高結(jié)構(gòu)承載能力(延伸了材料的強(qiáng)度幅度)，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(調(diào)整內(nèi)力峰值)，增大剛度(施加初始位移，擴(kuò)大結(jié)構(gòu)允許位移范圍)，達(dá)到節(jié)約材料、降低造價(jià)的目的。各桿件和節(jié)點(diǎn)在經(jīng)桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件固定前，形成空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)， 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)松散，具有一定程度的柔性和較強(qiáng)的可塑性。既便于直接應(yīng)用緊固件調(diào)整和固定上、下弦桿面上，各節(jié)點(diǎn)上的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的頂點(diǎn)間的間距，設(shè)計(jì)和構(gòu)建適合的空間結(jié)構(gòu)型體，設(shè)計(jì)施加預(yù)應(yīng)力；又便于通過相應(yīng)的桿件緊固件如鋼索，經(jīng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)桿件和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整體懸拉和調(diào)整，使整個(gè)空間結(jié)構(gòu)獲得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力。同時(shí)，還能通過選擇桿件緊固件，對(duì)桿件進(jìn)行的防屈曲處理，對(duì)桿件和節(jié)點(diǎn)施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力。對(duì)于空間網(wǎng)架來說，其預(yù)應(yīng)力施加方法和步驟為通過連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件先對(duì)下弦桿面的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接和固定，調(diào)整上弦桿面預(yù)應(yīng)力大小，再通過連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件對(duì)腹桿件施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，最后對(duì)上弦桿面的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接和固定，來調(diào)整結(jié)構(gòu)變形，確定桿系、各節(jié)點(diǎn)和整個(gè)空間結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力大小。從而提高了預(yù)應(yīng)力效率，減少撓度。4)多層或多形態(tài)的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于本專利所述的構(gòu)建方法，具有構(gòu)建方法簡(jiǎn)單、所用材料省，自身重量輕等特點(diǎn)，便于按照相同的方法，根據(jù)不同的應(yīng)用目的，構(gòu)建多層網(wǎng)格。也可在所構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的不同空間位置上，通過連接件連接多個(gè)、與構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的三角形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)相同或不同的三角形結(jié)構(gòu)件，再通過桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件對(duì)各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，進(jìn)行固定，構(gòu)建成多層、或部分多層、或局部由多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件組合而成的幾何結(jié)構(gòu)或幾何體所構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)類型。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)按照弦桿層數(shù)的不同可分為雙層、三層或多層網(wǎng)架，雙層網(wǎng)架包括兩個(gè)平面的網(wǎng)格狀桿件構(gòu)成相互平行的上弦與下弦，中間以豎桿和腹桿相連接。三層網(wǎng)架與雙層網(wǎng)架的不同之處是在上下弦之間增加了中弦桿，腹桿分為上腹桿和下腹桿。通過不同的構(gòu)建目的，可構(gòu)建成雙層或相互連接的多層結(jié)構(gòu)。研究表明，當(dāng)跨度大于50m時(shí)，可酌情考慮采用三層網(wǎng)架，當(dāng)跨度大于85m度大于時(shí)，可優(yōu)先考慮采用三層網(wǎng)架，達(dá)到降低用鋼量的目的。5)在草坪停車場(chǎng)和生態(tài)型擋土墻的等園林環(huán)保工程領(lǐng)域的應(yīng)用根據(jù)設(shè)計(jì)，按照上述方法構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，作為結(jié)構(gòu)支撐的支架。再通過選擇粘土或植物生長(zhǎng)基質(zhì)作填充材料，填充于該空間結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成雜交空間結(jié)構(gòu)。充分發(fā)揮空間結(jié)構(gòu)的多向抗力、傳力性能強(qiáng)；其結(jié)構(gòu)剛度大的特點(diǎn)。形成新型復(fù)合型構(gòu)建物，既能具備良好的進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐的力學(xué)性能(例如能承受汽車、行人和坡面土體應(yīng)力等類型的荷載)，又能使草本等特定植物正常生長(zhǎng)。在具備能良好滿足其相應(yīng)的工程建筑功能的同時(shí)，又能兼顧生態(tài)、環(huán)保功能。從而替代鋼筋混凝土、石質(zhì)砌體等硬質(zhì)構(gòu)建物?？蓮V泛用于構(gòu)建草坪停車場(chǎng)、用于坡面防護(hù)工程的生態(tài)擋土墻，擴(kuò)大空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。還可根據(jù)設(shè)計(jì)，選擇砼、沙石、各種粘膠劑和工程塑料對(duì)所設(shè)計(jì)的相應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)入部分或全部的填充或澆注，構(gòu)成具有特定性能的雜交空間結(jié)構(gòu)類型。也可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，不使用填充材料填充和澆注材料。因此，本專利發(fā)明，一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，針對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桿件結(jié)構(gòu)單一，安裝、構(gòu)建施工難度大、成本高等系列缺點(diǎn)，提出科學(xué)的解決方法，綜合應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)、桿件的防屈曲技術(shù)、組合網(wǎng)架和雜交空間結(jié)構(gòu)等空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建的先進(jìn)技術(shù)和方法，組合成配套的空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建技術(shù)；并對(duì)空間結(jié)構(gòu)選擇進(jìn)行緊固、澆注和填充等綜合性的技術(shù)處理，形成各種雜交空間結(jié)構(gòu)類型，可廣泛應(yīng)用于園林、環(huán)保等工程建筑領(lǐng)域。形成一種新的空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，便于設(shè)計(jì)和構(gòu)建更合理、更節(jié)省材料、更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型體。實(shí)現(xiàn)“最佳結(jié)構(gòu)有賴于其自身受力之型體”；使構(gòu)件抗力，主要依賴截面尺寸和材料的強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)中的所有節(jié)點(diǎn)和桿系，進(jìn)行分別設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的“因力施材”。同時(shí)，由于所形成的空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料來源廣、安裝都方便，容易實(shí)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)定型和模塊化生產(chǎn)，相應(yīng)結(jié)構(gòu)單元和構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；凸S化生產(chǎn)。從而節(jié)省材料和降低施工成本、減少能源消耗，整個(gè)降低工程造價(jià)，拓展空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。特別是隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，大量采用鋼筋、砼、各種石料或建筑陶瓷構(gòu)建各種建筑構(gòu)建物，如道路、停車場(chǎng)，以及大量開挖山體進(jìn)行坡面防護(hù)工程，形成的擋土墻等等。不僅消耗著大量的建筑材料和生產(chǎn)能源，而且因這類構(gòu)建物，形成的城市“石漠化”，產(chǎn)生的“熱島”效應(yīng)，已對(duì)我們?nèi)祟愘囈陨娴纳鷳B(tài)環(huán)境，構(gòu)成了重大威脅。因此，綜合研究與開發(fā)各種空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建的新方法。形成新型復(fù)合型構(gòu)建物，從而替代鋼筋混凝土、石質(zhì)砌體等硬質(zhì)構(gòu)建物。大量減少建筑材料使用與消耗，同樣具有強(qiáng)大的市場(chǎng)前景。也是最大限度地減輕和控制人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成不良影響的有效途徑之一。盡管目前不斷有混凝土預(yù)制件、各種注塑制品應(yīng)用于草坪停車場(chǎng)的構(gòu)建，但始終未解決承壓功能與保證植物生存環(huán)境的生態(tài)功能，使這對(duì)根本對(duì)立的矛盾能有效統(tǒng)一。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明有效地解決以最少的投資成本，構(gòu)建相同功能的空間結(jié)構(gòu)，提高材料和能源的使用效率，減少建筑工程中的材料和能源消耗！2.本發(fā)明全面介紹了快速構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)的新方法。形成的綜合配套技術(shù)，和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，便于標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)。能最大限度地降低生產(chǎn)成本。3.本發(fā)明有效地解決，建筑材料構(gòu)成的構(gòu)建物，很難兼顧供植物生長(zhǎng)的生態(tài)功能的矛盾。大大擴(kuò)大了空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域?？蓮V泛用于各種草坪停車場(chǎng)、擋土墻，以及生態(tài)型屋頂建設(shè)等生態(tài)、環(huán)保工程領(lǐng)域，替代砼、石料等建筑材料，可以大量減少建筑材料消耗， 減輕城市的“石漠化”效應(yīng)。


附圖1為本發(fā)明專利構(gòu)建的正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖；附圖1-1為附圖1的正放四角錐網(wǎng)架上弦桿面桿件、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)俯視圖；附圖1-2為附圖1的正放四角錐網(wǎng)架下弦桿面桿件、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖1-3為附圖1的正放四角錐網(wǎng)架腹桿結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明專利構(gòu)建的正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)透視圖；附圖3為本發(fā)明專利構(gòu)建的三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明專利構(gòu)建的三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)透視附圖4-1為本發(fā)明專利構(gòu)建的三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成示意圖；附圖5為本發(fā)明專利中三角形結(jié)構(gòu)件構(gòu)件圖(結(jié)構(gòu)不固定)；附圖6為本發(fā)明專利中三角形結(jié)構(gòu)件構(gòu)件圖(結(jié)構(gòu)固定)；附圖7為本發(fā)明專利中連接件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8為本發(fā)明專利中節(jié)點(diǎn)緊固件類型之一結(jié)構(gòu)示意圖；附圖9為本發(fā)明專利構(gòu)建的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單元示意圖；附圖10為本發(fā)明專利構(gòu)建的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)多形態(tài)扭面型體示意圖；附圖11為本發(fā)明專利構(gòu)建的由四塊矩形的網(wǎng)格構(gòu)成的矩形的柔性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖；圖例說明1-節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)；2-上弦桿件(受壓桿件類型)；3-腹桿(桿件受拉、壓力均存在類型)；4-桿件；5-預(yù)制的三角形結(jié)構(gòu)件(結(jié)構(gòu)不固定，一個(gè)頂角和二條邊部分重疊)；6-預(yù)制的三角形結(jié)構(gòu)件(結(jié)構(gòu)固定成型)；7-連接三角形結(jié)構(gòu)件的連接件；9-鋼索(經(jīng)節(jié)點(diǎn)， 貫穿多根桿件的鋼索，同時(shí)作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件使用)；11-連接連接到同一節(jié)點(diǎn)上的桿件緊固件，構(gòu)成各節(jié)點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)緊固件之一板；30-預(yù)制的桿件緊固件； 31-預(yù)制的桿件緊固件，安裝固定三角形結(jié)構(gòu)件時(shí)，能分拆的桿件緊固件的分拆縫；32-用來固定能從軸截面分開的兩塊預(yù)制的桿件緊固件的固定孔；40-各相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件組裝時(shí)，邊和頂角形成的間隙；41-對(duì)三角形結(jié)構(gòu)件間的間隙澆注和固定的粘膠劑，桿件緊固件類型之一 ；42-對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行固定時(shí)，節(jié)點(diǎn)緊固所在位置；43-三角錐結(jié)構(gòu)內(nèi)不可視桿件構(gòu)成位置(構(gòu)件省略未繪)；50-桿件與接節(jié)點(diǎn)緊固件連接截面；51-澆注砼、或各種粘膠劑固體；52-隔板；53-綴板；54-安裝固定三角形結(jié)構(gòu)件時(shí)，能分拆并固定綴板的分拆縫； 80-通過節(jié)點(diǎn)緊固件各部件的軸心線；81-節(jié)點(diǎn)緊固件固定螺絲孔；82-節(jié)點(diǎn)緊固件抗壓墊板；83-連接和固定相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件頂角的節(jié)點(diǎn)緊固件固定零件；91-由鋼絲制成，用來纏繞和固定鋼索與三角形結(jié)構(gòu)件形成受拉內(nèi)力桿件緊固件零件；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例著重描述本專利申請(qǐng)的構(gòu)建方法和主要的技術(shù)特征，對(duì)該領(lǐng)域相應(yīng)專業(yè)技術(shù)人員能考慮到，或應(yīng)該采用的相關(guān)構(gòu)建方法和常規(guī)技術(shù)將不再贅述。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明的下述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同結(jié)構(gòu)形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
具體實(shí)施方式
1 構(gòu)建正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)參見附圖1所示，在正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，AB、DB、AD三根桿件兩兩相連，通過不同的三個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、D，構(gòu)成同一平面上的三角形網(wǎng)格單元ABD。桿件AD分別與連接該桿件 AD兩端的節(jié)點(diǎn)A、D，分別交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B、G、C、N的桿件AB與DB、AG與 DG,AC與DC、AN與DN四對(duì)八根桿件，形成四個(gè)三角形網(wǎng)格單元ADB、ADG、ADC、ADN。同樣可
13以求證，在正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元。為了分析和說明方便，又可以把空間結(jié)構(gòu)看作由桿件和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的系列幾何體相互連接而形成。例如， 在該正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，兩兩相連并分別通過同一節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、G的桿件AB、AD、DB、 BG、GA、DG，組成四個(gè)三角形網(wǎng)格單元ABD、BDG、ADG、ABG，圍合而成四面體ABDG，桿件AD、DG、 GA、AC、CH、HA、HG，同樣組成四個(gè)三角形網(wǎng)格單元ADG、AGH、AHC、ACD，如附圖1所示，由于與構(gòu)成四面體ABDG的四個(gè)三角形網(wǎng)格單元相比，所述四個(gè)三角形網(wǎng)格單元ADG、AGH、AHC、A⑶ 的連接方式不同，因此，該四個(gè)三角形網(wǎng)格單元，也能完整地圍合形成五面體ACDGH的幾何體結(jié)構(gòu)。按照正放四角錐網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)規(guī)律，四面體ABDG和五面體A⑶GH經(jīng)三角形ADG面連接的形成較大的幾何結(jié)構(gòu)，在該幾何結(jié)構(gòu)上的所有桿件都至少能與另外兩根連接兩端節(jié)點(diǎn)的桿件形成一個(gè)三角形網(wǎng)格單元。而由系列結(jié)構(gòu)相同的四面體和五面體兩種幾何體類型形成的幾何結(jié)構(gòu)，相互連接就可構(gòu)成正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此，在正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中， 所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元。符合所選擇構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)類型的桿件布置規(guī)律。同樣，根據(jù)上述分析方法，可以對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的空間結(jié)構(gòu)類型，人工進(jìn)行直接窮舉分析，在該專業(yè)領(lǐng)域的人員也容易通過編寫計(jì)算機(jī)程序，對(duì)所選擇的空間結(jié)構(gòu)的桿件，所形成的三角形網(wǎng)格單元的分布規(guī)律進(jìn)行分析。綜合上述分析，構(gòu)成正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何體，只有四面體ABDG和五面體 A⑶GH兩種幾何體類型，各幾何體的相應(yīng)表面，分別由三角形ABD、BDG、ADG、ABG、AGH、AHC、 ACD等七個(gè)三角形組成，即為相應(yīng)空間位置上的桿件連接節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的三角形網(wǎng)格單元。根據(jù)該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性，容易求證上述七個(gè)三角形都是全等的等腰三角形。以這些三角形網(wǎng)格單元，作為該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單元，構(gòu)建成與三角形網(wǎng)格單元的邊長(zhǎng)與夾角大小等結(jié)構(gòu)參數(shù)相同三角形結(jié)構(gòu)件，就能通過在各三角形網(wǎng)格單元的空間位置上，布置與該三角形網(wǎng)格單元結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的三角形結(jié)構(gòu)件，再連接和固定相應(yīng)三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，構(gòu)建幾何體，再通過相互連接這些幾何體就可構(gòu)成相應(yīng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。同樣可以看成或理解成用所構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)件，按照所選擇的一種空間結(jié)構(gòu)中，三角形網(wǎng)格單元的分布規(guī)律，布置在三角形網(wǎng)格單元所分布的對(duì)應(yīng)空間位置上，再用同時(shí)設(shè)計(jì)的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，連接和固定疊加、匯集在構(gòu)成三角形網(wǎng)格單元的桿件和節(jié)點(diǎn)的空間位置上的三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，形成相應(yīng)位置上的桿件和節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)。其詳細(xì)構(gòu)建方法如下1)結(jié)構(gòu)選型、三角形結(jié)構(gòu)件、連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件的材料選擇與預(yù)制。參見附圖1、2，根據(jù)上述分析，構(gòu)成正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的，各兩兩相連于三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，位于同一平面的三根桿件所構(gòu)成所有三角形網(wǎng)格單元，都是全等的等腰三角形。如三角形ABD、BDG、ADG、ABG、AGH、AHC、A⑶都是內(nèi)角大小、邊長(zhǎng)長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的三角形網(wǎng)格單元。因此，根據(jù)測(cè)定三角形網(wǎng)格單元ABD的各個(gè)內(nèi)角大小、邊長(zhǎng)長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)參數(shù)的特征指標(biāo)，選擇構(gòu)建材料構(gòu)建成與三角形網(wǎng)格單元ABD，結(jié)構(gòu)特征相同的三角形結(jié)構(gòu)件5。根據(jù)所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和約束條件，在本專利領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，很容易通過應(yīng)用空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，例如，根據(jù)上文談若明等所介紹的“空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)”方法采用拉格朗日乘子法對(duì)結(jié)構(gòu)變形、壓桿穩(wěn)定、長(zhǎng)細(xì)比等約束條件和優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行處理，解決了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化的很多設(shè)計(jì)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)高度、網(wǎng)格數(shù)、構(gòu)件截面尺寸等的量級(jí)或量綱不同，優(yōu)化比較困難的難題，得到用于分析的無約束函數(shù)，再使用MATLAB遺傳算法工具箱，提供的函數(shù)編制了包含連續(xù)、不連續(xù)實(shí)數(shù)變量和整數(shù)變量的混合變量編碼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，運(yùn)用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形狀和截面優(yōu)化。選擇出一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)最優(yōu)結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，可選擇和確定組成桿件和節(jié)點(diǎn)的三角形結(jié)構(gòu)件、以及連接與緊固三角形結(jié)構(gòu)件的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件材料和結(jié)構(gòu)類型。使所形成的桿件和節(jié)點(diǎn)，在空間結(jié)構(gòu)中的不同分布位置上，具備所必須的不同的力學(xué)性能的同時(shí)，能最大限度地發(fā)揮不同材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)和構(gòu)成合理的結(jié)構(gòu)類型，受力性能得到改善的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)施例僅說明本專利所明確的構(gòu)建方法，不作為一種實(shí)際應(yīng)用的工程結(jié)構(gòu)使用。因此，不涉及到相關(guān)荷載和具體約束條件的計(jì)算與分析。直接確定選擇構(gòu)建正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為構(gòu)建對(duì)象。網(wǎng)格層數(shù)為二層。選擇高強(qiáng)度的鋼絲，預(yù)制成三角形結(jié)構(gòu)件5的構(gòu)件類型，為增強(qiáng)所構(gòu)成的正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)的柔性，便于形成設(shè)計(jì)的型體， 對(duì)結(jié)構(gòu)施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，所設(shè)計(jì)的三角形結(jié)構(gòu)件5，用高強(qiáng)度鋼絲加工成與三角形網(wǎng)格單元ABD的各個(gè)內(nèi)角大小、邊長(zhǎng)長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)相同的三角形，其邊不焊接成整體結(jié)構(gòu)， 在一個(gè)頂角上，分別有構(gòu)成該頂角二條邊部分長(zhǎng)度的一段重疊在一起，既能使三角形結(jié)構(gòu)件5能形成整體的三角形受力結(jié)構(gòu)，又因三角形結(jié)構(gòu)件5的三條邊未連接成整體，而具有一定的可塑性，如圖5所示。選擇鐵絲構(gòu)成連接件7。根據(jù)計(jì)算和實(shí)測(cè)，在正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，不同空間位置上的桿件和節(jié)點(diǎn)的所受內(nèi)力的大小和類型各不相同，設(shè)計(jì)不同類型的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，與三角形結(jié)構(gòu)件5共同構(gòu)成各個(gè)空間位置上的桿件和節(jié)點(diǎn)類型，能發(fā)揮不同材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)和不同結(jié)構(gòu)受力性能的優(yōu)勢(shì)。節(jié)省材料和投資。具體選擇不同的構(gòu)建材料，構(gòu)成不同類型的桿件緊固件，與三角形結(jié)構(gòu)件的相應(yīng)邊，組合形成如下三種結(jié)構(gòu)類型的桿件參見附圖1-1，選擇并設(shè)計(jì)由隔板52、綴板53和用于澆注的砼組成的桿件緊固件類型，與相應(yīng)的三角形結(jié)構(gòu)件構(gòu)成防屈曲結(jié)構(gòu)，對(duì)上弦桿面桿件2的受壓力為主體的桿件進(jìn)行緊固和固定，增強(qiáng)桿件的抗壓能力。參見附圖1-2，選擇并設(shè)計(jì)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)能貫穿下弦面的、成直線排列的所有桿件的整體鋼索9，作為桿件緊固件，并同時(shí)作為節(jié)點(diǎn)緊固件，和固定鋼索9與三角形結(jié)構(gòu)件5的邊形成整體結(jié)構(gòu)的、以鋼絲作材料構(gòu)成的桿件緊固件91。對(duì)下弦桿面的受拉力為主體的桿件和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行緊固和固定。參見附圖1-3，選擇并設(shè)計(jì)桿件緊固件30，對(duì)受綜合性內(nèi)力的腹件3進(jìn)行緊固和固定。所述桿件緊固件(30)由對(duì)稱設(shè)置的兩部分構(gòu)成，所述對(duì)稱設(shè)置的兩部分的接觸面31之間設(shè)有與三角形結(jié)構(gòu)件(5)的對(duì)應(yīng)邊尺寸相匹配的凹槽，通過固定螺絲旋裝在固定孔(32) 或通過捆扎繩、捆扎帶綁固在所述桿件緊固件(30)上固定成整體結(jié)構(gòu)。在上弦桿面，選擇鐵板制成的節(jié)點(diǎn)緊固件11，如圖1-1，分別連接和固定連接到同一節(jié)點(diǎn)上的，桿件緊固件隔板52 ；以及連接和固定，連接到上弦桿面的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的腹桿3上的桿件緊固件30，使各節(jié)點(diǎn)與桿件緊固件30之間，形成可供澆注的空隙。再選擇用砼作為
15另一種節(jié)點(diǎn)緊固件類型，澆注在各節(jié)點(diǎn)上空隙中，使各桿件通過相應(yīng)節(jié)點(diǎn)形成整體結(jié)構(gòu)。2)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)建參見附圖1、附圖2，首先選擇上述一個(gè)預(yù)制好三角形結(jié)構(gòu)件5，布置于桿件AB、AD、 DB，分別兩兩連接于節(jié)點(diǎn)A、B、D所構(gòu)成的三角形網(wǎng)格單元ABD所對(duì)應(yīng)空間的位置上。對(duì)于同一桿件AD，通過該桿件兩端節(jié)點(diǎn)A、D并相交于不同空間位置上的第三個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)構(gòu)成四個(gè)三角形網(wǎng)格單元分別為相交于節(jié)點(diǎn)B上的兩根桿件AB、DB形成的三角形網(wǎng)格單元ABD、相交于節(jié)點(diǎn)G的兩根桿件AD、DG形成的三角形網(wǎng)格單元ADG、相交于節(jié)點(diǎn)N的兩根桿件AN、DN形成的三角形網(wǎng)格單元ADN、相交于節(jié)點(diǎn)C的兩根桿件AC、DC形成的三角形網(wǎng)格單元ADC，因此在桿件AD的空間位置上，分別有布置在ABD、ADG、ADN、ADC四個(gè)三角形網(wǎng)格單元位置上的，四個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件5的對(duì)應(yīng)邊，疊加在該桿件AD所在的空間位置上。用鐵絲作為連接件7，將四個(gè)處于桿件AD所在的空間位置上三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊連接在一起。即用所述的連接件 分別連接在ABD、ADG、ADN、ADC四個(gè)三角形網(wǎng)格單元的空間位置上布置的、四個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件，重疊于同一桿件AD所在的空間位置上的四條邊。再按照上述方法，根據(jù)正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，所有三角形網(wǎng)格單元的分布規(guī)律，在所有三角形網(wǎng)格單元所對(duì)應(yīng)的空間位置上，分別布置預(yù)制形成的三角形結(jié)構(gòu)件5，再用連接件7，分別連接各桿件與連接該桿件兩端的節(jié)點(diǎn)，并相交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)根桿件，所形成的二個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元的空間位置上布置的二個(gè)或多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件 5，重疊于該桿件所在的空間位置上的二條或多條的邊連接在一起，使所有桿件分別通過相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件5和連接件7相互連接構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)、形成具有柔性的空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件5的各個(gè)頂角，分別成分散狀況，匯集、疊加各桿件兩端節(jié)點(diǎn)附近的空間位置上。如上述桿件AD，在兩端的節(jié)點(diǎn)A附近的空間位置上，分別有三角形網(wǎng)格單元NAD、BAD、GAD、CAD所對(duì)應(yīng)的空間位置上，布置的四個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件5的四個(gè)頂角，節(jié)點(diǎn)D附近的空間位置上，分別有三角形網(wǎng)格單元ADB、EDB、KDN、⑶B、⑶A、CDA、NDA、AA-DG, AA-DC所對(duì)應(yīng)的空間位置上，布置的九個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件5的九個(gè)頂角，成分散狀況，匯集、疊加在A、D兩個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍的空間位置上。由于節(jié)點(diǎn)上的三角形結(jié)構(gòu)件5的頂角未連接，成分別狀態(tài)，使構(gòu)成的正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)，具有柔性，便于根據(jù)設(shè)計(jì)，分別調(diào)整上、 下兩弦桿面上各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件5的之間的相對(duì)位置，調(diào)整分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的三角形結(jié)構(gòu)件5的各頂點(diǎn)間的距離，形成特定的型體結(jié)構(gòu)，或施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力。同時(shí)，也正由于節(jié)點(diǎn)在構(gòu)建過程不需整體受力和嚴(yán)格定位，使結(jié)構(gòu)的構(gòu)建施工過程變得簡(jiǎn)單、容易。3)正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)的防腐蝕處理選擇鋼索9作為下弦面桿件的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，通過節(jié)點(diǎn)對(duì)下弦桿面的桿件和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行懸拉和加固。參見附圖1-2，選擇鋼索9作桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，分別通過節(jié)點(diǎn)A、B、M、N布置在下弦桿面通過桿件AB、BM、MN、AN和節(jié)點(diǎn)A、B、M、N的、整個(gè)在一條直線上的所有桿件上，然后，選擇鐵絲制作成的連接件7，將鋼索9制成的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件與相應(yīng)位置上的三角形結(jié)構(gòu)件的一條邊和頂角分別連接在一起。按照同樣方法對(duì)下弦桿面的所有桿件和節(jié)點(diǎn)，布置鋼索9制成的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，再通過懸拉， 調(diào)整下弦桿面的變形，使整個(gè)結(jié)構(gòu)獲得結(jié)構(gòu)所需施加的預(yù)應(yīng)力，再用鋼絲制作成的桿件緊固件91，捆扎固定鋼索9制成的桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件與三角形結(jié)構(gòu)件5的相應(yīng)邊，構(gòu)成下弦桿系和節(jié)點(diǎn)。參見附圖1-2、1_3，采用砼預(yù)制成型的桿件緊固件30作為腹桿3的桿件緊固件，所述桿件緊固件30包括對(duì)稱設(shè)置的兩部分的接觸面31之間，設(shè)有與三角形結(jié)構(gòu)件5的對(duì)應(yīng)邊尺寸相匹配的凹槽，通過固定螺絲旋裝在固定孔32上進(jìn)行固定，將所述經(jīng)連接件7連接的各腹桿3位置上三角形結(jié)構(gòu)件5對(duì)應(yīng)邊，固定成整體結(jié)構(gòu)。構(gòu)成相應(yīng)位置的腹桿3。參見附圖1-1，采用防屈曲設(shè)計(jì)的桿件緊固件，對(duì)上弦桿面桿件2如HG、GF、GD等相應(yīng)位置上的三角形結(jié)構(gòu)件5的相應(yīng)邊進(jìn)行緊固和固定，所述桿件緊固件是由隔板52、綴板53、和由砼構(gòu)成的澆注材料51組成，所述隔板52由底板與兩側(cè)板構(gòu)成凹槽狀，所述綴板 53固定在所述凹槽中，所述綴板53上設(shè)有供嵌卡所述三角形結(jié)構(gòu)件5的對(duì)應(yīng)邊的槽，所述的隔板52與綴板53分別選用鋼板制成。先用綴板53固定來自于不同空間位置的三角形網(wǎng)格單元上、布置的三角形結(jié)構(gòu)件5的對(duì)應(yīng)邊，通過鋼鉸線制作成的連接件7，對(duì)上弦桿面的各個(gè)節(jié)點(diǎn)1上的三角形結(jié)構(gòu)件5的頂角，進(jìn)行調(diào)整和緊固，使整個(gè)結(jié)構(gòu)獲得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力后，再將經(jīng)綴板53、連接件7連接和固定的各三角形結(jié)構(gòu)件5的對(duì)應(yīng)邊，安裝到由所述隔板 52構(gòu)成凹槽中，然后用鋼板制件成的節(jié)點(diǎn)緊固件11，連接與同一節(jié)點(diǎn)相連的各上弦桿面桿件的隔板52，使不同桿件上的隔板52焊接成一體，再用節(jié)點(diǎn)緊固件11，連接和固定腹桿3 上的桿件緊固件30，使腹桿3經(jīng)節(jié)點(diǎn)緊固件11固定后，一端包裹著桿件緊固件30，另一端在節(jié)點(diǎn)1上與隔板52相連，在節(jié)點(diǎn)1和桿件與接點(diǎn)連接截面50之間，形成可供澆注的空間。 然后再向隔板52的槽中、已經(jīng)各節(jié)點(diǎn)緊固件11連接和固定好的上弦桿2、腹桿3在各桿件與接點(diǎn)連接截面50之間、形成的節(jié)點(diǎn)內(nèi)的空間澆注砼，使各節(jié)點(diǎn)經(jīng)砼澆注固定與桿件形成整體結(jié)構(gòu)。在澆注砼前用薄膜將三角形結(jié)構(gòu)件5包裹，使其與澆注的砼隔離，避免應(yīng)力傳遞影響結(jié)構(gòu)性能。最后用隔板52的蓋板，固定到兩側(cè)的側(cè)板上，同樣用鋼板制成的節(jié)點(diǎn)緊固件11，在上弦桿面的各節(jié)點(diǎn)位置，將上弦桿的隔板52的蓋板或側(cè)板焊接成整體，構(gòu)成上弦桿面上的相應(yīng)的桿件2和節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)如圖1、1_1所示，在上弦桿面通過C、D、G、H四個(gè)節(jié)點(diǎn)的⑶、DG、GH、
HC四根桿件上，再連接四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的三角形結(jié)構(gòu)件5，同樣按照上述方法，將這四個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的一條邊，連接到上述四根桿件的綴板53上，并同樣按照上弦桿面上桿件2的構(gòu)建方法，構(gòu)成AA-C、AA-D, AA-G、AA-H四根附加桿件4，組成幾何結(jié)構(gòu)或幾何體AA-⑶GH，相交于同一節(jié)點(diǎn)AA上，構(gòu)成所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)。最后對(duì)易銹蝕的結(jié)構(gòu)和部件，刷上防銹油漆，進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理，主要包括制作階段對(duì)桿件及節(jié)點(diǎn)的防腐處理和拼裝后最終的防腐處理。
具體實(shí)施方式
2:一種新型草坪停車場(chǎng)的構(gòu)建方法本發(fā)明，一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，是在綜合應(yīng)用現(xiàn)有的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)的前提下，選擇空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)受力的主體，在形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)建的簡(jiǎn)單、快捷， 并能節(jié)省材料和降低施工造價(jià)的新的構(gòu)建技術(shù)和方法的同時(shí)，在本實(shí)施例中，構(gòu)建一種新型草坪停車場(chǎng)，一種新型的雜交空間結(jié)構(gòu)類型，既能具備良好的進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐的力學(xué)性能 (例如能承受汽車、行人等類型的重荷載)，又能使草本等特定植物能正常生長(zhǎng)?？蓮V泛應(yīng)用于園林、環(huán)保等工程建筑領(lǐng)域?？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是在上世紀(jì)中葉，特別是近三十多年來蓬勃發(fā)展起來的新結(jié)構(gòu)。隨著電子計(jì)算技術(shù)在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使得這種高次超靜定的、計(jì)算難度較大的空間結(jié)構(gòu)可以比較精確地進(jìn)行分析計(jì)算，不僅解決了過去無法進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題，而且還縮短了工程的設(shè)計(jì)周期。形成成熟的技術(shù)體系和相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，很容易根據(jù)所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用目的和相關(guān)約束條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如根據(jù)上文所述的遺傳算法，將其應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中， 可對(duì)包括形狀和截面尺寸的優(yōu)化在內(nèi)的，多個(gè)量級(jí)或量綱不同的相關(guān)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)的高度、 網(wǎng)架層數(shù)、網(wǎng)格數(shù)、構(gòu)件截面尺寸(包括由不同材料構(gòu)建的三角形結(jié)構(gòu)件和相配套的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，按本專利所述構(gòu)建方法，構(gòu)建形成的不同結(jié)構(gòu)類型的桿件和節(jié)點(diǎn)類型)等參數(shù)。通過確立多個(gè)約束條件，j = 1,2, '",m,(包括撓度、桿件結(jié)構(gòu)類型、各受力構(gòu)件強(qiáng)度、壓桿的穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定系數(shù))，以工程造價(jià)作為目標(biāo)函數(shù)f(x)(其中χ為設(shè)計(jì)變量)。建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)出一套優(yōu)化方案。從而確定所設(shè)計(jì)的空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架層數(shù)，設(shè)計(jì)桿件、節(jié)點(diǎn)組成和結(jié)構(gòu)，構(gòu)成所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)類型。對(duì)于本實(shí)施例來說，該領(lǐng)域的技術(shù)人員，完全能應(yīng)用上述方法，選擇和確定三角形結(jié)構(gòu)件、以及連接與緊固三角形結(jié)構(gòu)件的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件的構(gòu)件材料和結(jié)構(gòu)類型。因此，下文著重描述本發(fā)明的構(gòu)建方法和主要的技術(shù)特征，對(duì)該領(lǐng)域相應(yīng)專業(yè)技術(shù)人員能考慮到，或應(yīng)該采用的相關(guān)構(gòu)建方法和常規(guī)技術(shù)將不再贅述。同時(shí)，本實(shí)施例旨在綜合描述本專利所述的空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，而不必對(duì)某一實(shí)際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行描述。因此，直接選擇受力均勻、整體結(jié)構(gòu)剛度較好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定強(qiáng)的正三角錐系網(wǎng)架，參見附圖 3、附圖4，作為空間結(jié)構(gòu)受力和進(jìn)行結(jié)構(gòu)性支撐的主體結(jié)構(gòu)類型；并可抽象地選擇相應(yīng)的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，來描述構(gòu)建三角錐網(wǎng)架，以及形成的相應(yīng)雜交空間結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)建方法。1)、三角形的結(jié)構(gòu)件、連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件的材料選擇、預(yù)制在正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，由各兩兩相連于三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，位于同一平面的三根桿件所形成的三角形網(wǎng)格單元，再通過多個(gè)三角形網(wǎng)格單元圍合，所組成的幾何體分別為系列相互相連的正四面體和正八面體兩種幾何體類型。參見附圖3、附圖4、附圖4-1，而這些構(gòu)成幾何體的三角形網(wǎng)格單元，都是由邊長(zhǎng)相等的正三角形組成。如圖3，例如，各兩兩相連的桿件UW、UQ、UT、WT組成四個(gè)三角形網(wǎng)格單元UWT、UWQ、UTQ、WTQ均為正三角形，構(gòu)成正四面體UWTQ。根據(jù)正三角錐網(wǎng)架的桿系布置規(guī)律和上述分析，符合所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元的構(gòu)建規(guī)律。根據(jù)三角形網(wǎng)格單元UWT的邊長(zhǎng)，就能構(gòu)建與該三角錐中各三角形網(wǎng)格單元，結(jié)構(gòu)特征相同的三角形結(jié)構(gòu)件，布置到各三角形網(wǎng)格單元所對(duì)應(yīng)的空間分布位置上，再通過相應(yīng)的連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，連接和固定在各桿件和節(jié)點(diǎn)的空間位置重疊的、三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，構(gòu)成相應(yīng)位置的桿件和節(jié)點(diǎn)，就可構(gòu)建該正三角錐網(wǎng)架。參見附圖4-1、附圖6、附圖7、附圖8，選擇高強(qiáng)度工程塑料，預(yù)制正三角形結(jié)構(gòu)件 6。分別選擇塑料帶作為連接件7，選擇工程塑料預(yù)制的節(jié)點(diǎn)緊固件82和83通過常用緊固螺絲經(jīng)緊固孔81固定，用鋼鉸線作為節(jié)點(diǎn)連接和預(yù)應(yīng)力施加連接件7。在各相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件6連接和固定后，對(duì)各相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件6安裝后，在邊和頂角間形成的間隙40位置澆注環(huán)氧樹脂，作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件之一，進(jìn)行粘合，形成整體的正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。2)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)建參見附圖4-1，根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖，由于正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由正四面體與正八面體相互連接組成，兩個(gè)幾何體的表面均為桿件連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的正三角形網(wǎng)格單元。首先選擇一個(gè)預(yù)制好的正三角形結(jié)構(gòu)件6，布置于所需構(gòu)建的正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的三角形網(wǎng)格單元UWT的空間位置上，再用連接件7，分別連接桿件WU，與連接該桿件兩端的節(jié)點(diǎn)W、U，并相交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)Q、X的另兩對(duì)桿件QW與QU、Xff與XU，所形成的另二個(gè)三角形網(wǎng)格單元QWU、XffU的空間位置上布置的、二個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件6，重疊于該桿件WU所在的空間位置上的三條邊連接在一起。即用所述的連接件7分別連接在UWT、QWU、XWU三個(gè)三角形網(wǎng)格單元的空間位置上布置的、三個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件，重疊于同一桿件WU所在的空間位置上的三條邊。同樣按照上述方法，在正三角錐空間結(jié)構(gòu)中的各個(gè)三角形網(wǎng)格單元對(duì)應(yīng)的空間位置上布置正三角形結(jié)構(gòu)件6，再分別連接件7連接各桿件上，在不同空間位置的三角形網(wǎng)格單元上布置的正三角形結(jié)構(gòu)件6的對(duì)應(yīng)邊，構(gòu)成經(jīng)三角形結(jié)構(gòu)件6和連接件7相互連接構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，形成具有柔性的正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。3)正三角錐預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和相關(guān)構(gòu)件的防腐蝕處理對(duì)已構(gòu)成的具有柔性的空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)；通過鋼鉸線制成的連接件7，分別連接和固定下弦桿面的所有節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)0、P、Q，使上弦桿面各節(jié)點(diǎn)相對(duì)擴(kuò)張， 使整個(gè)正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)向上形成一定的弧度。再同樣通過鋼鉸線作為連接件 7，對(duì)下弦桿面的所有節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)U、V、X、W、T、R、S，進(jìn)行緊固和調(diào)整，來調(diào)整結(jié)構(gòu)變形，確定桿系、各接點(diǎn)和整個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力大小。再用預(yù)制好的節(jié)點(diǎn)緊固件83，每?jī)善瑸橐唤M，固定同一節(jié)點(diǎn)上的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件6的頂角。如附圖4-1、附圖8所示，在已經(jīng)連接件7連接的，處于三角形網(wǎng)格單元UXW 和UXV上布置的三角形結(jié)構(gòu)件6，相互匯集在節(jié)點(diǎn)X位置的上下兩個(gè)面，分別放置兩組四片節(jié)點(diǎn)緊固件83，一端同時(shí)安裝在節(jié)點(diǎn)X的上各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件6匯集、形成的間隔40的中心位置上，使上下兩個(gè)面上的所有節(jié)點(diǎn)緊固件83的固定孔81，和放置在三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外表上的節(jié)點(diǎn)緊固件82的螺絲固定孔81在同一軸心線80上，能通過間隙40，使用固定螺絲 (包括輔助性用機(jī)械鉆孔)固定。同一組、分成上下兩片的節(jié)點(diǎn)緊固件83的另一端分別安裝到三角形結(jié)構(gòu)件6的內(nèi)角WXU和UXV位置，使螺絲固定孔81能通過固定螺絲，并固定兩三角形結(jié)構(gòu)件6的在節(jié)點(diǎn)X上的頂角。根據(jù)上述方法，將所有三角形結(jié)構(gòu)件6通過節(jié)點(diǎn)緊固件82和83固定成一整體結(jié)構(gòu)。并在三角形結(jié)構(gòu)件6的邊和頂角的相應(yīng)的位置上，再使用環(huán)氧樹脂作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，對(duì)各桿件和節(jié)點(diǎn)的間隙40進(jìn)行澆注，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架構(gòu)成后，須對(duì)易銹蝕的結(jié)構(gòu)和部件涂刷防銹漆進(jìn)行防腐處理。4)對(duì)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充、構(gòu)成用作草坪停車場(chǎng)的雜交空間結(jié)構(gòu)選擇可供植物生長(zhǎng)的粘土，向所構(gòu)成預(yù)應(yīng)力正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架中填充，并播種狗牙根等草種。草種生長(zhǎng)成坪后，由于所設(shè)計(jì)的正三角錐預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能確保支撐汽車等重荷載，而預(yù)應(yīng)力正三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的空隙能保證一定長(zhǎng)度的植物莖段，碾壓不到， 且網(wǎng)架中的粘土完全能保證植物正常生長(zhǎng)。構(gòu)成能使植物生長(zhǎng)良好的草坪停車場(chǎng)，一種新型雜交空間結(jié)構(gòu)類型?？蓮V泛應(yīng)用于城市建設(shè)，替代混凝土、或石質(zhì)構(gòu)建物所構(gòu)成的停車場(chǎng)。產(chǎn)生良好的生態(tài)、環(huán)保效益。作為硬質(zhì)的擋土墻，雖然受力大小與方向和草坪停車場(chǎng)不相同，但通過在該領(lǐng)域的技術(shù)人員，進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照草坪停車場(chǎng)的構(gòu)建方法，選擇并構(gòu)建一種空間結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)支撐的支架，再填充種植土，種植耐旱性植物，容易實(shí)現(xiàn)生態(tài)擋土墻的構(gòu)建。
具體實(shí)施方式
3:一種非線性曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法一種非線性曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，對(duì)該領(lǐng)域相應(yīng)專業(yè)技術(shù)人員能考慮到， 或應(yīng)該采用的相關(guān)構(gòu)建方法和常規(guī)技術(shù)將不再贅述。同樣，本實(shí)施例旨在綜合描述本專利所述的空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)特征，而不作為實(shí)際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)類型。因此，抽象地選擇相應(yīng)的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，來描述該空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法和所構(gòu)成的非線性曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。首先，根據(jù)所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用目的和相關(guān)約束條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。設(shè)計(jì)如附圖10的非線性曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)類型，再確定由如附圖11所示的四塊矩形的網(wǎng)格，來構(gòu)建該空間結(jié)構(gòu)。而四塊矩形的網(wǎng)格，都由一塊結(jié)構(gòu)相同的、由等腰直角三角形網(wǎng)格單元相互連接構(gòu)成。如附圖9所示，為組成該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的矩形網(wǎng)格的部分結(jié)構(gòu)單元。按照三角形網(wǎng)格單元A1-B1-A2的邊長(zhǎng)和夾角大小的結(jié)構(gòu)參數(shù)，選擇鋼制材料預(yù)制好與該三角形網(wǎng)格單元A1-B1-A2結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的系列三角形結(jié)構(gòu)件6，在三角形網(wǎng)格單元 A1-B1-A2的空間位置上布置三角形結(jié)構(gòu)件6，再通過如圖7所示的用鐵絲制作的連接件7， 在三角形網(wǎng)格單元A1-B1-A2的A2-B1邊所在的三角形結(jié)構(gòu)件6的對(duì)應(yīng)邊上，再連接上另一個(gè)上述三角形結(jié)構(gòu)件6，布置在三角形網(wǎng)格單元B1-A2-B2的空間位置上。再分別在該三角形結(jié)構(gòu)件6所在的B1-B2和A2-B2的空間位置的邊上，分別連接上另外兩個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件 6，布置在三角形網(wǎng)格單元B1-B2-C1和三角形網(wǎng)格單元A2-B2-A3的空間位置上。按照上述方法，先構(gòu)成Al至E4的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后采用同樣的方法，參見附圖11，構(gòu)建成由四塊矩形的網(wǎng)格構(gòu)成的矩形的柔性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。再根據(jù)附圖10所示的空間形狀，用模板制作成結(jié)構(gòu)相同的型體后固定成型，將如附圖11所示的上述柔性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)放置到成型的模板上，通過調(diào)整經(jīng)連接件7連接的各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件6之間的相對(duì)位置，使柔性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)按成型模板的形狀調(diào)整成形，形成設(shè)計(jì)所需的型體。選擇鋼制材料作為桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，在間隙40的位置上，將所有相鄰的三角形結(jié)構(gòu)件6的頂角焊接成整體，形成剛性接點(diǎn)！焊接各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件6經(jīng)連接件7 連接的相鄰的邊，形成整體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成相應(yīng)位置上的桿件。再拆除所搭建的模板和連接件7。 經(jīng)節(jié)點(diǎn)和桿件進(jìn)行油漆防銹漆防腐后，構(gòu)成一種由網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的非線性曲面型體的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)類型。
權(quán)利要求
1.一種空間結(jié)構(gòu)，其特征在于包括三角形結(jié)構(gòu)件及連接、緊固和固定各三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角、組合成各桿件和節(jié)點(diǎn)的連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件；所述的三角形結(jié)構(gòu)件布置在空間結(jié)構(gòu)中的不同空間位置上，作為相應(yīng)空間位置上的桿件和節(jié)點(diǎn)的組成構(gòu)件之一；所述的連接件，分別連接在不同空間位置上布置的、在同一桿件的空間位置上疊加的三角形結(jié)構(gòu)件的二條或多條對(duì)應(yīng)邊；所述的桿件緊固件對(duì)經(jīng)連接件連接的各三角形結(jié)構(gòu)件的對(duì)應(yīng)邊，進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的桿件；所述的節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件分別對(duì)匯集并疊加在各桿件兩端空間位置附近的、所有三角形結(jié)構(gòu)件的頂角進(jìn)行連接、緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間結(jié)構(gòu)，其特征在于選用空間結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，對(duì)所述的桿件和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過選擇構(gòu)建材料，構(gòu)建三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，由所述三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件組合構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)。
3.一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于步驟為①、結(jié)構(gòu)選型根據(jù)所需構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用目的和約束條件，選擇桿件通過節(jié)點(diǎn)連接，其布置規(guī)律符合所有桿件都能分別與連接該桿件兩端節(jié)點(diǎn)、交于不同空間位置上的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)或多對(duì)桿件，形成一個(gè)或多個(gè)三角形網(wǎng)格單元的空間結(jié)構(gòu)類型，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算、設(shè)計(jì)優(yōu)化，選定一種空間結(jié)構(gòu)類型，確立該空間結(jié)構(gòu)中各桿件、節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)組成，使其具備所必需的力學(xué)性能；②、三角形結(jié)構(gòu)件、連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件的預(yù)制所述三角形網(wǎng)格單元，由兩兩相連于三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，位于同一平面的三根桿件構(gòu)成；根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案所確定的各桿件和節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)組成，以空間結(jié)構(gòu)中不同空間位置上的三角形網(wǎng)格單元的邊長(zhǎng)和夾角大小作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，選擇構(gòu)建材料，預(yù)制形成與各三角形網(wǎng)格單元結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的三角形結(jié)構(gòu)件和連接、固定三角形的結(jié)構(gòu)件的連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件；③、三角形結(jié)構(gòu)件的連接根據(jù)各個(gè)三角形網(wǎng)格單元，在所選定的空間結(jié)構(gòu)類型中的分布規(guī)律，用預(yù)制形成的三角形結(jié)構(gòu)件，布置在各三角形網(wǎng)格單元分布的對(duì)應(yīng)空間位置上，用所述的連接件分別連接在不同空間位置上布置的、二個(gè)或多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件，重疊于各相同桿件所在的空間位置上的二條或多條邊，使所有桿件分別通過三角形結(jié)構(gòu)件和連接件相互連接，形成具有柔性的空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)；④、三角形結(jié)構(gòu)件的固定選擇所述的桿件緊固件對(duì)空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)中各三角形結(jié)構(gòu)件的邊進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)成相應(yīng)位置上的桿件，通過所述的節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件分別對(duì)匯集并疊加在各桿件兩端空間位置附近的所有三角形結(jié)構(gòu)件的頂點(diǎn)進(jìn)行連接、緊固和固定，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)；所述桿件由三角形結(jié)構(gòu)件的邊、桿件緊固件或連接件構(gòu)成，所述節(jié)點(diǎn)由三角形結(jié)構(gòu)件的頂角、節(jié)點(diǎn)緊固件或連接件構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于選擇材料，構(gòu)建三角形結(jié)構(gòu)件、連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件，再由三角形結(jié)構(gòu)件與連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件組合形成桿件和節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于所述連接件、桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件采用捆扎、懸拉、焊接、鉚固、粘接、澆注砼固化技術(shù)措施中的至少一種， 實(shí)現(xiàn)對(duì)所述空間結(jié)構(gòu)的各桿件和節(jié)點(diǎn)的連接、緊固、定位和固定；所述的緊固包括拉緊、加固和固定成所設(shè)計(jì)的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于所述桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件調(diào)整空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)中位于同一節(jié)點(diǎn)上的各三角形結(jié)構(gòu)件頂點(diǎn)間的距離和各三角形結(jié)構(gòu)件間的相對(duì)位置，形成空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的型體，調(diào)整結(jié)構(gòu)變形，對(duì)空間結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成滿足設(shè)計(jì)的剛度、強(qiáng)度要求的空間結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于在所構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)的不同空間位置上，通過連接件，連接多個(gè)結(jié)構(gòu)三角形結(jié)構(gòu)件，再通過桿件緊固件和節(jié)點(diǎn)緊固件對(duì)各個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，進(jìn)行緊固和固定，構(gòu)建成多層、或部分多層、或局部由多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)件組合而成的幾何結(jié)構(gòu)或幾何體，構(gòu)成設(shè)計(jì)所需要的空間結(jié)構(gòu)類型。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于在所述空間結(jié)構(gòu)中填充沙石、粘土、植物生長(zhǎng)基質(zhì)、植物秸桿中的至少一種，對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或全部填充； 或在所述空間結(jié)構(gòu)中澆注砼、粘膠劑、工程塑料中的至少一種，對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或全部澆注，與空間結(jié)構(gòu)中的桿件或節(jié)點(diǎn)粘結(jié)成為一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于在園林、環(huán)保工程領(lǐng)域的草坪停車場(chǎng)、生態(tài)型擋土墻中作為結(jié)構(gòu)支撐支架的應(yīng)用。
全文摘要
一種空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法包括由不同力學(xué)性能的材料，構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)件及連接和固定三角形結(jié)構(gòu)件的連接件和桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件組成；通過連接件、桿件緊固件、節(jié)點(diǎn)緊固件，連接和固定三角形結(jié)構(gòu)件的邊和頂角，組合構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)，形成施工簡(jiǎn)單、快捷，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)、整體工作性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)性能良好的空間結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，能廣泛應(yīng)用于土木、水利工程和園林、環(huán)保等多種工程建筑領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E04B1/19GK102433931SQ201110246488
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者李軒 申請(qǐng)人:李軒