本實用新型涉及建筑工程技術領域，特別涉及一種荷花形單層網(wǎng)殼結構。

背景技術：

最早的半球形網(wǎng)殼結構為肋型網(wǎng)殼，以按輻射方向設置的若干平面肋構成推力體系；為承受球面網(wǎng)殼環(huán)向力，考慮將肋型網(wǎng)殼的環(huán)形檁條與肋連接構成剛性體系，形成肋環(huán)型網(wǎng)殼。1863年，德國工程師施威德勒（Schwedle,J.W.）對上述結構進行發(fā)展完善，并提出除連接徑向肋與水平折線環(huán)外，在每個體系網(wǎng)格內再用斜桿分成小三角形以加強結構，并改善承受非對稱荷載的能力，稱為“施威德勒型網(wǎng)殼”。其在德國柏林設計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)殼結構。1906年，德國建筑師佐林格（Zollinger）實用新型了聯(lián)方型網(wǎng)殼，該種網(wǎng)殼的網(wǎng)格由兩向斜交桿系構成，形成菱形基本網(wǎng)格單元。1925年，美國學者凱威特（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，提出凱威特型網(wǎng)殼，該形式被成功運用于美國新奧爾良超級穹頂（直徑207m）和休斯頓宇宙穹頂（直徑196m）。其后，美國建筑師富勒（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、由法國設計師夏杜（Chateau,S.D.）提出的三向格子型網(wǎng)殼、由理查德和凱瑟（Kaiser,H.）基于飛機機翼設計原理提出的應力表皮短程線網(wǎng)殼等等。進入21世紀以來，隨著人們物質生活的豐富和對美學要求的逐步提高，上述傳統(tǒng)網(wǎng)殼桿件數(shù)量密集、網(wǎng)格形式單一、結構美學欠缺等特點被放大，因此，科研工作者進而探索網(wǎng)格造型豐富、結構形體優(yōu)美的新型空間結構，力求營造結構形體美感和豐富空間結構形式?？蒲泄ぷ髡邚淖匀唤绲慕Y構形態(tài)中獲取靈感，并借鑒建筑結構仿生學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)美的新型結構形式。而在實際工程中，也不乏源于自然的結構造型，如中國國家體育場借鑒鳥類巢穴，中國國家游泳中心（水立方）從肥皂泡中獲得靈感，英國“伊甸園”項目借鑒蜂窩構形、上海光源工程鋼屋蓋仿“鸚鵡螺”結構、青島影視產(chǎn)業(yè)園“海螺屋”仿造海螺結構、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。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種受力合理、造型美觀的荷花形單層網(wǎng)殼結構。

本實用新型技術的技術方案實現(xiàn)方式：荷花形單層網(wǎng)殼結構，其特征在于：包括按荷花花瓣形狀布置的斜弧形主拱,所述斜弧形主拱形成的多個荷花花瓣結構將網(wǎng)殼曲面等分成若干對稱區(qū)域，所述斜弧形主拱形成的荷花花瓣結構底部分別與支座環(huán)桿連接形成整體結構。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其沿支座環(huán)桿內圓周布置有斜弧形次拱，所述多個荷花花瓣結構形成的相鄰扇形區(qū)域由斜弧形次拱相互連接。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其所述斜弧形次拱沿支座環(huán)桿設置有多道，多道斜弧形次拱逐漸向網(wǎng)殼結構頂部中心靠攏。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其在構成荷花花瓣的斜弧形主拱之間設置有徑向直拱，所述徑向直拱以網(wǎng)殼結構頂部中心為中點呈放射狀均勻分布。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其在所述支座環(huán)桿與網(wǎng)殼結構頂部中心之間、沿徑向布置至少一圈環(huán)向桿，所述環(huán)向桿用于約束斜弧形主拱和徑向直拱，使斜弧形主拱形成的相鄰荷花花瓣結構相互連接，所述斜弧形主拱、斜弧形次拱、環(huán)向桿、徑向直拱以及支座環(huán)桿共同構成完整的荷花形單層網(wǎng)殼結構受力體系。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其當沿徑向布置有多圈環(huán)向桿時，其中最內圈環(huán)向桿與相鄰荷花花瓣結構的斜弧形主拱邊緣交點處相交。

本實用新型所述的荷花形單層網(wǎng)殼結構，其在所述網(wǎng)殼結構中所有桿件節(jié)點交匯處設置有檁托，若干檁托構成用于承擔屋面覆蓋材料的支撐面。

本實用新型結合結構形態(tài)仿生學，具有明顯的殼體受力特點，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；結構均由弧線桿件構成，形如荷花花瓣，結構造型輕盈，新穎美觀，具有很好的美學效果，并可根據(jù)實際情況靈活增減桿件布置，結構構形靈活多變，在展覽廳、藝術館、博物館及其它對建筑結構的美學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是本實用新型的結構示意圖。

圖2和圖3是本實用新型無徑向直拱、無環(huán)向桿的結構示意圖。

圖4至圖10是本實用新型在無徑向直拱的情況下環(huán)向桿在不同位置布置的結構示意圖。

圖11和圖12是本實用新型含徑向直拱的結構示意圖。

圖13至圖19是本實用新型在含徑向直拱的情況下環(huán)向桿在不同位置布置的結構示意圖。

圖20是本實用新型中沿結構環(huán)向的荷花花瓣頻數(shù)為八頻的結構示意圖。

圖21是本實用新型中沿結構環(huán)向的荷花花瓣頻數(shù)為十二頻的結構示意圖。

圖22是本實用新型中沿結構環(huán)向的荷花花瓣頻數(shù)為六頻且斜弧形次拱沿外圈設置有兩道的結構示意圖。

圖中標記：1為斜弧形主拱，2為斜弧形次拱，3為環(huán)向桿，4為徑向直拱，5為支座環(huán)桿。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定實用新型。

如圖1所示， 一種荷花形單層網(wǎng)殼結構，所述網(wǎng)殼結構的曲面可為球面、懸鏈面等曲面形式，其包括按荷花花瓣形狀布置的斜弧形主拱1、沿支座環(huán)桿5布置的斜弧形次拱2以及沿徑向布置至少一圈環(huán)向桿3，所述斜弧形主拱1形成的多個荷花花瓣結構將網(wǎng)殼曲面等分成若干對稱區(qū)域，所述斜弧形主拱1形成的荷花花瓣結構底部分別與支座環(huán)桿5連接，相鄰扇形區(qū)域由斜弧形次拱2相互連接，在構成荷花花瓣的斜弧形主拱1之間設置有徑向直拱4，所述徑向直拱4以網(wǎng)殼結構頂部中心為中點呈放射狀均勻分布，所述若干圈環(huán)向桿3用于約束斜弧形主拱1和徑向直拱4，使斜弧形主拱1形成的相鄰荷花花瓣結構相互連接，當沿徑向布置有多圈環(huán)向桿3時，其中最內圈環(huán)向桿與相鄰荷花花瓣結構的斜弧形主拱1邊緣交點處相交，所述斜弧形主拱1、斜弧形次拱2、環(huán)向桿3、徑向直拱4以及支座環(huán)桿5共同構成完整的荷花形單層網(wǎng)殼結構受力體系。

如圖2和3所示，對于荷花形單層網(wǎng)殼，就建筑效果而言，依據(jù)建筑實際需求，可取消設置徑向直拱；如圖11和12所示，就結構受力而言，為減小結構內力峰值，也可保留徑向直拱。

如圖4-10和圖13-19所示，為約束斜弧形主拱與徑向直拱的變形和承擔結構環(huán)向力，沿徑向設置若干圈環(huán)向桿加強結構共同工作，并且亦可根據(jù)建筑實際與結構受力需求，選擇設置一圈或兩圈或者更多圈環(huán)向桿，設置位置也可靈活變換。

如圖1、20或21所示，沿結構環(huán)向的荷花花瓣頻數(shù)也可根據(jù)建筑需求選擇六頻、八頻、十二頻等頻數(shù)。

如圖22所示，所述斜弧形次拱2根據(jù)需要選擇沿外圈設置有兩道，兩道斜弧形次拱2逐漸向網(wǎng)殼結構頂部中心靠攏。

其中，在所述網(wǎng)殼結構中所有桿件節(jié)點交匯處設置有檁托，若干檁托構成用于承擔屋面覆蓋材料的支撐面。

本實用新型所提出的荷花形單層網(wǎng)殼結構，可基于上述一種或多種構造同時變化，構造出多種形式相似、造型新穎的荷花形單層網(wǎng)殼結構體系。

本實用新型的受力原理及結構特點：

結構受力方面，該結構體系具有明顯的殼體受力特點。從整體受力上看，結構桿件與網(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，荷花形結構中由徑向直拱、斜弧形主拱作為結構主要受力體系，從單個荷花花瓣上看具有明顯的拱式受力特點，但因整體結構為荷花花瓣多向重疊，且布置的多道環(huán)向連系桿件及扇區(qū)內的斜弧形次拱，顯著加強荷花花瓣內部及各花瓣間的整體聯(lián)系，結構整體協(xié)調變形，共同工作，呈現(xiàn)明顯的空間工作性能。

力流傳遞方面，該結構力流傳遞明確、直接。徑向軸力除主要沿徑向直拱、斜弧形主拱軸線向支座傳遞外，亦可通過斜弧形次拱往荷花花瓣兩側的扇形區(qū)域分擔傳遞，減少底部支座反力。環(huán)向力則通過多圈環(huán)向連系桿件承擔。

結構特點方面，該結構體系具有明顯的殼體受力特點，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；結構均由弧線桿件構成，形如荷花花瓣，結構造型輕盈，新穎美觀，具有很好的美學效果，并可根據(jù)實際情況靈活增減桿件布置，結構構形靈活多變，在展覽廳、藝術館、博物館及其它對建筑結構的美學功能有較高要求的大型公共建筑中具有廣泛的適用性。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。