本實(shí)用新型涉及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體地指一種雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要以其合理的形體來(lái)抵抗外荷載的作用，特別在跨度較大時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)較于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能節(jié)省鋼材且外形美觀。網(wǎng)殼按曲面外形可分為球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)形式，按層數(shù)分包括單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼兩種。傳統(tǒng)的雙層球面網(wǎng)殼多以交叉桁架體系或角錐體系為主，其結(jié)構(gòu)形式對(duì)風(fēng)荷載有較好的抵抗作用，減小風(fēng)載對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

因此雙層球面網(wǎng)殼以其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程中，例如干煤棚結(jié)構(gòu)。干煤棚是火電廠中存儲(chǔ)煤的一種大型庫(kù)房，要求跨度大、凈空高，滿足存儲(chǔ)和作業(yè)空間，球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式的干煤棚具有占地少、儲(chǔ)煤量大、抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)等特點(diǎn)，形式多樣?，F(xiàn)今主要采用雙層等厚球面網(wǎng)殼，網(wǎng)格形式以正交正放四角錐為主。

采用不同的網(wǎng)格劃分方式從而設(shè)計(jì)出不同的雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式，將會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的受力性能、整體用鋼量及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，帶來(lái)不同的效益。例如干煤棚是對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)一種更加合理的雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式能夠改善其受力性能，同時(shí)減少用鋼量并降低節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難易程度，將能提高結(jié)構(gòu)的效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用鋼量少、防風(fēng)載荷強(qiáng)的雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式，其特殊之處在于：包括網(wǎng)格狀的球面上弦層和球面下弦層，所述上弦層的網(wǎng)格分為角錐網(wǎng)格和抽空網(wǎng)格，所述角錐網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為抽空網(wǎng)格，所述抽空網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為角錐網(wǎng)格，所述下弦層的節(jié)點(diǎn)即錐頂點(diǎn)一般為角錐網(wǎng)格在下弦層的形心投影點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行些許變動(dòng)。所述角錐網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)通過(guò)中部腹桿與下弦層對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接。

進(jìn)一步地，所述上弦層網(wǎng)格呈三角形、四邊形或三角形與四邊形的組合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格形式為矩形網(wǎng)格時(shí)為正交正放的矩形。網(wǎng)格數(shù)隨環(huán)數(shù)增加逐漸增加使桿件長(zhǎng)度相對(duì)均勻。

再進(jìn)一步地，所述上弦層網(wǎng)格數(shù)目隨環(huán)數(shù)增加逐漸增加，在網(wǎng)格數(shù)目轉(zhuǎn)換處設(shè)置有三角形網(wǎng)格或者五邊形網(wǎng)格，以保證外層網(wǎng)格桿件長(zhǎng)度均勻。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

本實(shí)用新型采用間隔抽空四角錐單元，與原來(lái)的四角錐球殼相比，桿件數(shù)量與節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少，下弦層網(wǎng)格由原來(lái)的矩形網(wǎng)格變成菱形網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)的傳力路徑更短，傳力直接。在與原結(jié)構(gòu)承受相同的荷載下，本實(shí)用新型可使用較少的用鋼量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。并且節(jié)點(diǎn)的數(shù)目減少，在一定程度上也可減少節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的難度和費(fèi)用。

附圖說(shuō)明

附圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)正視圖。

附圖2為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)俯視圖。

附圖3為本實(shí)用新型的上弦層網(wǎng)格示意圖。

附圖4為本實(shí)用新型的中部腹桿示意圖。

附圖5為本實(shí)用新型的下弦層網(wǎng)格示意圖。

附圖6為本實(shí)用新型的角錐網(wǎng)格基本單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1抽空網(wǎng)格，2角錐網(wǎng)格，3角錐頂點(diǎn)，4中部腹桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖所示的一種雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式，包括網(wǎng)格狀的球面上弦層和球面下弦層，上弦層的網(wǎng)格分為角錐網(wǎng)格和抽空網(wǎng)格，角錐網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為抽空網(wǎng)格，抽空網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為角錐網(wǎng)格，所述下弦層的節(jié)點(diǎn)即錐頂點(diǎn)一般為角錐網(wǎng)格在下弦層的形心投影點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行些許變動(dòng)。所述角錐網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)通過(guò)中部腹桿與下弦層對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接。

本實(shí)用新型中上弦層網(wǎng)格可以設(shè)計(jì)為三角形、四邊形或三角形與四邊形的組合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，且網(wǎng)格數(shù)隨環(huán)數(shù)增加逐漸增加使桿件長(zhǎng)度相對(duì)均勻。圖中所示的上弦層網(wǎng)格為正交正放的矩形，且上弦層網(wǎng)格數(shù)目隨環(huán)數(shù)增加逐漸增加，在網(wǎng)格數(shù)目轉(zhuǎn)換處設(shè)置有三角形網(wǎng)格或者五邊形網(wǎng)格，以保證外層網(wǎng)格桿件長(zhǎng)度均勻。

本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式基本形式為三角錐或四角錐球面網(wǎng)殼。

當(dāng)基本形式為三角錐時(shí)，上弦層網(wǎng)格形式主要以三角形網(wǎng)格為主；當(dāng)基本形式為四角錐時(shí)，上弦層網(wǎng)格形式主要以矩形網(wǎng)格為主?？筛鶕?jù)實(shí)際工程要求更改網(wǎng)格數(shù)目以達(dá)到優(yōu)化桿件長(zhǎng)度的目的，一般隨環(huán)數(shù)的增加逐漸增加網(wǎng)格數(shù)目，因而網(wǎng)格數(shù)目轉(zhuǎn)換處可能出現(xiàn)三角形網(wǎng)格和五邊形網(wǎng)格。下弦層節(jié)點(diǎn)由上弦層的網(wǎng)格控制。下弦節(jié)點(diǎn)與上弦矩形網(wǎng)格的四個(gè)節(jié)點(diǎn)用腹桿相連即可形成一個(gè)四角錐單元，即下弦節(jié)點(diǎn)為四角錐單元的錐頂點(diǎn)。一般情況下，下弦節(jié)點(diǎn)在上弦矩形網(wǎng)格形心的法向上，也可根據(jù)實(shí)際情況在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行些許變動(dòng)。

本實(shí)用新型中的四角錐球面網(wǎng)殼每圈為偶數(shù)個(gè)矩形網(wǎng)格，每一圈矩形網(wǎng)格間隔布置四角錐單元。兩圈相鄰的矩形網(wǎng)格也間隔布置四角錐單元。即所述布置四角錐的網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為抽空的網(wǎng)格，所述抽空的網(wǎng)格相鄰網(wǎng)格均為布置四角錐的網(wǎng)格，將每個(gè)四角錐的錐頂點(diǎn)與相鄰四角錐頂點(diǎn)連接，即可形成一種全新的抽空式四角錐球面網(wǎng)殼。

以上雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式的建模方法，包括以下步驟：

S1確定所需跨度、矢高及厚度的設(shè)計(jì)參數(shù)；

S2由跨度和矢高參數(shù)建成網(wǎng)格狀的球面上弦層；

S3間隔選取外層網(wǎng)格得到其形心，根據(jù)厚度將形心投影得到下弦層各節(jié)點(diǎn)，又稱為角錐頂點(diǎn)，角錐頂點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行些許變動(dòng)；

S4將每個(gè)下弦層節(jié)點(diǎn)與該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的上弦層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)連接得到中部腹桿，并形成以下弦層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為頂點(diǎn)，上弦層對(duì)應(yīng)網(wǎng)格為底面的角錐單元；

S5連接下弦層相鄰節(jié)點(diǎn)，即得到雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型。

其中，步驟S3中間隔選取外層網(wǎng)格具體為：將上弦層網(wǎng)格分為角錐網(wǎng)格和抽空網(wǎng)格兩類，角錐網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格為抽空網(wǎng)格，抽空網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格為角錐網(wǎng)格，其中，所述下弦層的各節(jié)點(diǎn)即角錐頂點(diǎn)一般為所述角錐網(wǎng)格的形心投影點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下進(jìn)行些許變動(dòng)。上弦層網(wǎng)格可以設(shè)計(jì)為三角形、四邊形或三角形與四邊形的組合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，且網(wǎng)格數(shù)隨上弦層環(huán)數(shù)增加逐漸增加，使得上弦層各桿件長(zhǎng)度相對(duì)均勻。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)方案中，上弦層網(wǎng)格設(shè)計(jì)為正交正放的矩形。上弦層網(wǎng)格數(shù)目隨環(huán)數(shù)增加逐漸增加，在網(wǎng)格數(shù)目轉(zhuǎn)換處加入三角形網(wǎng)格或者五邊形網(wǎng)格，或者將矩形網(wǎng)格劃分為三角形網(wǎng)格、增加為五邊形網(wǎng)格，以保證上弦層網(wǎng)格各桿件長(zhǎng)度均勻。

如圖6所示的角錐單元，抽空網(wǎng)格1，角錐網(wǎng)格2，角錐頂點(diǎn)3，中部腹桿4。

本實(shí)用新型雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式相比于交叉桁架體系，具有傳力明確、空間性能好、桿件之間夾角良好等優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，交叉桁架體系由于桿件空間夾角不好，腹桿與腹桿相交位置會(huì)有大量的隱蔽焊縫，對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)很不利的，而本設(shè)計(jì)中腹桿不會(huì)相交，即使腹桿與腹桿相交也可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)的厚度和桿件截面使其不相交或相交很少，減少隱蔽焊縫對(duì)節(jié)點(diǎn)的影響。且桿件之間夾角良好，節(jié)點(diǎn)數(shù)目相對(duì)較少，且抵抗風(fēng)荷載能力更強(qiáng)。在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，風(fēng)載傳力更加直接，降低結(jié)構(gòu)的整體用鋼量。本實(shí)用新型應(yīng)用于干煤棚結(jié)構(gòu)可降低其整體用鋼量和節(jié)點(diǎn)處理難度，整體提高干煤棚的效益。