本實(shí)用新型涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

最早的半球形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為肋型網(wǎng)殼，以按輻射方向設(shè)置的若干平面肋構(gòu)成推力體系；為承受球面網(wǎng)殼環(huán)向力，考慮將肋型網(wǎng)殼的環(huán)形檁條與肋連接構(gòu)成剛性體系，形成肋環(huán)型網(wǎng)殼。1863年，德國(guó)工程師施威德勒（Schwedle,J.W.）對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行發(fā)展完善，并提出除連接徑向肋與水平折線環(huán)外，在每個(gè)體系網(wǎng)格內(nèi)再用斜桿分成小三角形以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并改善承受非對(duì)稱荷載的能力，稱為“施威德勒型網(wǎng)殼”。其在德國(guó)柏林設(shè)計(jì)并建造的用于煤氣罐的直徑30m頂蓋，被視為世界上首例真正意義的鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。1906年，德國(guó)建筑師佐林格（Zollinger）實(shí)用新型了聯(lián)方型網(wǎng)殼，該種網(wǎng)殼的網(wǎng)格由兩向斜交桿系構(gòu)成，形成菱形基本網(wǎng)格單元。1925年，美國(guó)學(xué)者凱威特（Kiewitt,G.R.）綜合施威德勒型、聯(lián)方型和三角形格子網(wǎng)殼分割的優(yōu)點(diǎn)，提出凱威特型網(wǎng)殼，該形式被成功運(yùn)用于美國(guó)新奧爾良超級(jí)穹頂（直徑207m）和休斯頓宇宙穹頂（直徑196m）。其后，美國(guó)建筑師富勒（Fuller,R.B.）深入探討了球面殼的規(guī)則劃分，提出著名的短程線型球面網(wǎng)殼。除上述形式外，還有由英國(guó)工程師Hamilton,W.和Manning,G.R.聯(lián)合提出的海曼（Hamman）兩向格子型網(wǎng)殼、由法國(guó)設(shè)計(jì)師夏杜（Chateau,S.D.）提出的三向格子型網(wǎng)殼、由理查德和凱瑟（Kaiser,H.）基于飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)原理提出的應(yīng)力表皮短程線網(wǎng)殼等等。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著人們物質(zhì)生活的豐富和對(duì)美學(xué)要求的逐步提高，上述傳統(tǒng)網(wǎng)殼桿件數(shù)量密集、網(wǎng)格形式單一、結(jié)構(gòu)美學(xué)欠缺等特點(diǎn)被放大，因此，科研工作者進(jìn)而探索網(wǎng)格造型豐富、結(jié)構(gòu)形體優(yōu)美的新型空間結(jié)構(gòu)，力求營(yíng)造結(jié)構(gòu)形體美感和豐富空間結(jié)構(gòu)形式?？蒲泄ぷ髡邚淖匀唤绲慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)中獲取靈感，并借鑒建筑結(jié)構(gòu)仿生學(xué)和組合多面體理論等研究理論，已先后提出蜂窩型網(wǎng)殼、組合272面體半球面網(wǎng)殼、單層折面網(wǎng)殼、環(huán)向折線形單層球面網(wǎng)殼、海洋貝類仿生網(wǎng)殼等造型優(yōu)美的新型結(jié)構(gòu)形式。而在實(shí)際工程中，也不乏源于自然的結(jié)構(gòu)造型，如中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)借鑒鳥類巢穴，中國(guó)國(guó)家游泳中心（水立方）從肥皂泡中獲得靈感，英國(guó)“伊甸園”項(xiàng)目借鑒蜂窩構(gòu)形、上海光源工程鋼屋蓋仿“鸚鵡螺”結(jié)構(gòu)、青島影視產(chǎn)業(yè)園“海螺屋”仿造海螺結(jié)構(gòu)、天津于家堡綜合交通樞紐站房采用螺旋線編織成的貝殼形曲線網(wǎng)殼等等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種受力合理、造型美觀的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型技術(shù)的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方式：竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括按竹葉葉片主脈布置的徑向直拱、沿葉片兩側(cè)葉緣布置的斜拱以及按葉片側(cè)脈布置的連系桿件，所述徑向直拱、斜拱及連系桿件共同形成的多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)將網(wǎng)殼曲面等分成若干對(duì)稱區(qū)域，所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)底部分別與支座環(huán)向桿連接構(gòu)成完整的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力體系。

本實(shí)用新型所述的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)形成的相鄰扇形區(qū)域由葉片內(nèi)的連系桿件在曲面延伸且交叉，使相鄰竹葉葉片結(jié)構(gòu)相互連接形成整體結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型所述的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其所述斜拱的中部為連續(xù)結(jié)構(gòu)或間斷結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型所述的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其在所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)形成的扇形區(qū)域內(nèi)、連系桿件的延伸段形成的網(wǎng)格中設(shè)置有環(huán)向加強(qiáng)桿件。

本實(shí)用新型所述的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其在所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中所有桿件節(jié)點(diǎn)交匯處設(shè)置有檁托，若干檁托構(gòu)成用于承擔(dān)屋面覆蓋材料的支撐面。

本實(shí)用新型結(jié)合結(jié)構(gòu)形態(tài)仿生學(xué)，具有明顯的殼體受力特點(diǎn)，徑向、環(huán)向傳力明確、直接，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量；結(jié)構(gòu)均由弧線桿件構(gòu)成，形如竹葉葉片，結(jié)構(gòu)造型輕盈，新穎美觀，具有很好的美學(xué)效果，并可根據(jù)實(shí)際情況靈活增減桿件布置，結(jié)構(gòu)構(gòu)形靈活多變，在展覽廳、藝術(shù)館、博物館及其它對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的美學(xué)功能有較高要求的大型公共建筑中具有廣泛的適用性。

附圖說明

圖1和圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中斜拱的中部為間斷結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4至圖7是本實(shí)用新型中在不同位置設(shè)置環(huán)向加強(qiáng)桿件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實(shí)用新型中徑向直拱被徑向五等分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本實(shí)用新型中徑向直拱被徑向六等分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本實(shí)用新型中竹葉葉片環(huán)向八頻的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實(shí)用新型中竹葉葉片環(huán)向十二頻的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1為徑向直拱，2為斜拱，3為連系桿件，4為支座環(huán)向桿，5為環(huán)向加強(qiáng)桿件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定實(shí)用新型。

如圖1和2所示， 一種竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的曲面可為球面、懸鏈面等曲面形式，其包括按竹葉葉片主脈布置的徑向直拱1、沿葉片兩側(cè)葉緣布置的斜拱2以及按葉片側(cè)脈布置的連系桿件3，所述徑向直拱1、斜拱2及連系桿件3共同形成的多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)將網(wǎng)殼曲面等分成若干對(duì)稱區(qū)域，所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)形成的相鄰扇形區(qū)域由葉片內(nèi)的連系桿件3在曲面延伸且交叉，使相鄰竹葉葉片結(jié)構(gòu)相互連接形成整體結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)底部分別與支座環(huán)向桿4連接構(gòu)成完整的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力體系。

如圖3所示，所述斜拱2的中部可依據(jù)需求選擇是否連接，形成連續(xù)結(jié)構(gòu)或間斷結(jié)構(gòu)的斜拱。

如圖4-7所示，根據(jù)建筑實(shí)際與結(jié)構(gòu)受力需求，在所述多個(gè)竹葉葉片結(jié)構(gòu)形成的扇形區(qū)域內(nèi)、連系桿件3的延伸段形成的網(wǎng)格中設(shè)置有環(huán)向加強(qiáng)桿件5，所述環(huán)向加強(qiáng)桿件的位置可靈活變換，通過環(huán)向加強(qiáng)桿件的設(shè)置，達(dá)到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)共同工作并承擔(dān)環(huán)向力的作用。

如圖1、8和9所示，沿竹葉葉片主脈布置的徑向直拱可根據(jù)建筑實(shí)際需求增減等分分割數(shù)量，沿竹葉葉片側(cè)脈布置的連系桿件數(shù)量也隨之增減，從而形成疏密網(wǎng)格。

如圖1、10和11所示，沿結(jié)構(gòu)環(huán)向的竹葉葉片頻數(shù)可根據(jù)建筑實(shí)際需求選擇六頻、八頻或十二頻等頻數(shù)。

其中，在所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中所有桿件節(jié)點(diǎn)交匯處設(shè)置有檁托，若干檁托構(gòu)成用于承擔(dān)屋面覆蓋材料的支撐面。

本實(shí)用新型所提出的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，可基于上述一種或多種構(gòu)造同時(shí)變化，構(gòu)造出多種形式相似、造型新穎的竹葉形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系。

本實(shí)用新型的受力原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)受力方面，該結(jié)構(gòu)體系具有明顯的殼體受力特點(diǎn)。從整體受力上看，結(jié)構(gòu)桿件與網(wǎng)格沿曲面規(guī)律布置，大部分荷載由網(wǎng)殼桿件的軸向力承受，以“薄膜”作用為主要受力特征；從局部受力上看，竹葉形結(jié)構(gòu)中由徑向直拱、斜拱作為結(jié)構(gòu)主要受力體系，從單個(gè)竹葉葉片上看具有明顯的拱式受力特點(diǎn)，但因整體結(jié)構(gòu)為竹葉葉片多向重疊，且布置的多道徑向直拱、斜拱間的連系桿件及扇區(qū)內(nèi)的連系桿件，顯著加強(qiáng)竹葉葉片內(nèi)部及各竹葉葉片的整體聯(lián)系，結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)變形，共同工作，呈現(xiàn)明顯的空間工作性能。

力流傳遞方面，該結(jié)構(gòu)力流傳遞明確、直接。徑向軸力除主要沿徑向、斜向拱軸線向支座傳遞外，亦可通過連系桿件往竹葉葉片兩側(cè)的扇形區(qū)域分擔(dān)傳遞，減少底部支座反力。環(huán)向力通過徑向直拱與斜拱間的連系桿件、扇形區(qū)域中的連系桿件及扇形區(qū)域四邊形網(wǎng)格中增設(shè)的水平環(huán)向加強(qiáng)桿件承擔(dān)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面，該結(jié)構(gòu)體系具有明顯的殼體受力特點(diǎn)，徑向、環(huán)向傳力明確、直接，受力效率高，剛度大，有利于減小材料用量；結(jié)構(gòu)均由弧線桿件構(gòu)成，形如竹葉葉片，結(jié)構(gòu)造型輕盈，新穎美觀，具有很好的美學(xué)效果，并可根據(jù)實(shí)際情況靈活增減桿件布置，在展覽廳、藝術(shù)館、博物館及其它對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的美學(xué)功能有較高要求的大型公共建筑中具有廣泛的適用性。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。