大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、建筑技術(shù)的進(jìn)步，大跨度空間結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代建筑的重要組成部分，采用空間結(jié)構(gòu)是解決大跨度的重要技術(shù)手段。相對(duì)于平面結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是受力合理、剛度大、自重輕、造價(jià)低，結(jié)構(gòu)形式新穎豐富，更能夠?qū)崿F(xiàn)建筑與美的結(jié)合。而雜交索拱結(jié)構(gòu)不僅充分發(fā)揮了拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并且充分利用了鋼索的高抗拉強(qiáng)度，是實(shí)現(xiàn)了內(nèi)力自平衡的合理受力體系?，F(xiàn)有技術(shù)中，索拱結(jié)構(gòu)以單榀的形式出現(xiàn)，整體剛度及支撐強(qiáng)度低，承載力不穩(wěn)定而且結(jié)構(gòu)單一，無法展現(xiàn)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)造型的美觀性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，在受力合理的基礎(chǔ)上，通過采用最輕質(zhì)的材料來實(shí)現(xiàn)建筑更大的跨度，同時(shí)達(dá)到降低建筑物造價(jià)的目的。
[0004]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，包括下部索拱結(jié)構(gòu)和上部屋蓋，所述索拱結(jié)構(gòu)包括三榀索拱結(jié)構(gòu)，三榀索拱結(jié)構(gòu)相互支撐形成了建筑的主體空間結(jié)構(gòu)；所述屋蓋為仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中骨架為剛性四邊形與剛性六邊形框架通過剛性連接組成的起拱結(jié)構(gòu)。
[0005]進(jìn)一步地，所述三榀索拱結(jié)構(gòu)為三個(gè)單個(gè)索拱的組合結(jié)構(gòu)，單個(gè)索拱由主索、斜拉索、斜立柱、斜撐桿和主拱組成受力體系，其中斜撐桿、主拱為承重鋼結(jié)構(gòu)，斜立柱為鋼桁架，主索、斜拉索為鋼索。
[0006]進(jìn)一步地，所述輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括仿照蜻蜓翅膀周邊翅脈圍成的圈梁、仿蜻蜓翅膀主脈搭建而成的主梁、仿蜻蜓翅膀次脈搭建而成的四邊形框架次梁及設(shè)置在次梁之間的六邊形框架，圈梁用以加強(qiáng)屋蓋的穩(wěn)固性，主梁為屋蓋主要的承力結(jié)構(gòu)，次梁為上部屋蓋次要的承力結(jié)構(gòu)；整個(gè)建筑的傳力，由六邊形網(wǎng)格傳至四邊形框架次梁，再通過主梁傳遞到下部的三棉!索拱中，最終傳至下部基礎(chǔ)。
[0007]進(jìn)一步地，所述剛性四邊形與剛性六邊形框架為輕鋼骨架，所述圈梁為壓型鋼板。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、蜻蜓仿生伸臂空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。骨架和膜共同作用的輕型懸臂空間仿生結(jié)構(gòu)，即骨架和膜共同參與受力和變形，從而借鑒了蜻蜓翅膀既輕又強(qiáng)、跨厚比大的優(yōu)點(diǎn)，在輕質(zhì)的基礎(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了大跨度的懸挑，是一種性能優(yōu)越、高度優(yōu)化的受力結(jié)構(gòu)。
[0010]2、四邊形和六邊形網(wǎng)格的組合應(yīng)用。四邊形網(wǎng)格更剛更硬，起傳遞荷載、承受荷載的作用；六邊形網(wǎng)格相對(duì)柔軟，節(jié)省材料。二者的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)剛度和材料用料的最優(yōu)組合。
[0011]3、張拉體系實(shí)現(xiàn)內(nèi)力自平衡。柔性索與剛性拱實(shí)現(xiàn)內(nèi)力自平衡，同時(shí)下部的三榀索拱又互為支撐，合理的受力體系使得結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更大的跨度。
[0012]4、索拱結(jié)構(gòu)在建筑中的組合應(yīng)用。目前的索拱結(jié)構(gòu)以單榀的形式出現(xiàn)，在本結(jié)構(gòu)中將三榀索拱通過互為支撐的組合形式，形成了穩(wěn)定的三角形來作為建筑的下部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。鑒于其合理的受力特性，將其應(yīng)用到本建筑中，實(shí)現(xiàn)了建筑與美的結(jié)合。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型主視圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型俯視圖；
[0015]圖3為索拱結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明:如圖1所示的一種大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，包括下部索拱結(jié)構(gòu)2和上部屋蓋1，所述索拱結(jié)構(gòu)2為三榀索拱結(jié)構(gòu)，三榀索拱結(jié)構(gòu)相互支撐形成了建筑的主體空間結(jié)構(gòu)，為主要的承重結(jié)構(gòu)；所述屋蓋I為仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中骨架為剛性四邊形與剛性六邊形框架通過剛性連接組成的起拱結(jié)構(gòu)。
[0017]如圖3所示，所述三榀索拱結(jié)構(gòu)為三個(gè)單個(gè)索拱的組合結(jié)構(gòu)，單個(gè)索拱由主索7、斜拉索8、斜立柱9、斜撐桿10和主拱11組成受力體系，其中斜撐桿10、主拱11為承重鋼結(jié)構(gòu)，斜立柱9為鋼桁架，主索7、斜拉索8為鋼索。在結(jié)構(gòu)體系中，斜拉索8主要用于提高結(jié)構(gòu)的剛度，減少重力荷載作用下拱的跨中撓度，斜撐桿10的作用也尤為重要，它與斜立柱9形成一個(gè)十分穩(wěn)定的三角形構(gòu)架，在重力荷載作用下，它能有效地承受拱傳來的推力。正是這種柔性索與剛性拱的張拉組合實(shí)現(xiàn)了內(nèi)力自平衡的合理受力體系。
[0018]上部屋蓋結(jié)構(gòu)為仿蜻蜓懸臂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，圖2中的所示6為仿照蜻蜓的周邊翅脈圍成的圈梁；3為仿蜻蜓的主脈搭建而成的主梁，是上部屋蓋主要的承力結(jié)構(gòu)；4為仿蜻蜓的次脈搭建而成的次梁，是上部屋蓋次要的承力結(jié)構(gòu)；所述四邊形框架4與六邊形框架5剛性連接，形成了輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。整個(gè)建筑的傳力，由六邊形網(wǎng)格5傳至四邊形框架次梁4，再通過主梁3傳遞到下部的三榀索拱中，最終傳至下部基礎(chǔ)。另外，圈梁6也對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固起到了很大的作用。上述剛性四邊形框架4與剛性六邊形框架5材料為輕鋼骨架，所述圈梁6材料為壓型鋼板。
[0019]蜻蜓翅膀主要的受力構(gòu)件是翅脈，相當(dāng)對(duì)于結(jié)構(gòu)中的梁?jiǎn)卧?；翅膜是次要的受力?gòu)件，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)中的薄殼單元。通過借鑒蜻蜓翅膀的工作原理，該仿生結(jié)構(gòu)的上部屋蓋采用了四邊形與六邊形框架的組合應(yīng)用，因?yàn)樗倪呅尉W(wǎng)格更剛更硬，匹配主脈應(yīng)用，起到傳遞荷載、承受荷載的作用；六邊形網(wǎng)格相對(duì)柔軟，匹配細(xì)脈應(yīng)用，能夠節(jié)省翅脈的材料，是對(duì)材料的最大化利用。因此，二者的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)剛度和材料用料的最優(yōu)組合。
[0020]本實(shí)用新型是仿照蜻蜓翅膀的懸臂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與索拱內(nèi)力自平衡體系雜交而成的一種特殊結(jié)構(gòu)，可以廣泛應(yīng)用到實(shí)際的大跨度輕質(zhì)建筑中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，包括下部索拱結(jié)構(gòu)和上部屋蓋，其特征在于，所述索拱結(jié)構(gòu)為建筑的主體空間結(jié)構(gòu)；所述屋蓋為仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中骨架為剛性四邊形與剛性六邊形框架通過剛性連接組成的起拱結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述索拱結(jié)構(gòu)包括三榀相互支撐的索拱結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三榀索拱結(jié)構(gòu)為三個(gè)單個(gè)索拱的組合結(jié)構(gòu)，單個(gè)索拱由主索、斜拉索、斜立柱、斜撐桿和主拱組成受力體系，其中斜撐桿、主拱為承重鋼結(jié)構(gòu)，斜立柱為鋼桁架，主索、斜拉索為鋼索。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括仿照蜻蜓翅膀周邊翅脈圍成的圈梁、仿蜻蜓翅膀主脈搭建而成的主梁、仿蜻蜓翅膀次脈搭建而成的四邊形框架次梁及設(shè)置在次梁之間的六邊形框架，圈梁用以加強(qiáng)屋蓋的穩(wěn)固性，主梁為屋蓋主要的承力結(jié)構(gòu)，次梁為上部屋蓋次要的承力結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述剛性四邊形與剛性六邊形框架為輕鋼骨架。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圈梁為壓型鋼板。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種大空間輕型懸臂網(wǎng)格與索拱自平衡體系的雜交結(jié)構(gòu)，包括下部索拱結(jié)構(gòu)和上部屋蓋，所述索拱結(jié)構(gòu)為建筑的主體空間結(jié)構(gòu)；所述屋蓋為仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的輕質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中骨架為剛性四邊形與剛性六邊形框架通過剛性連接組成的起拱結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是仿照蜻蜓翅膀的懸臂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與索拱內(nèi)力自平衡體系雜交而成的一種特殊結(jié)構(gòu)，在受力合理的基礎(chǔ)上，通過采用輕質(zhì)材料來實(shí)現(xiàn)建筑更大的跨度，可以廣泛應(yīng)用到實(shí)際的大跨度輕質(zhì)建筑中。
【IPC分類】E04B1/342
【公開號(hào)】CN204703297
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520179859
【發(fā)明人】連俊英, 張璇, 游博生, 呂夢(mèng)圓, 畢團(tuán)衛(wèi)
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日