[發明專利]構建球形網架結構的方法

有效

• 申請號: 201310209838.7
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103243929A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 周豐峻;王復明;周廣恩;周麗
• 申請（專利權）人: 周豐峻;王復明;周廣恩;周麗
• 主分類號: E04G21/14
• 分類號: E04G21/14
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 趙磊

技術領域

本發明屬于土木工程結構設計范疇，是基于拓撲學弦面角和理論建立的新型球形多面體網架設計方法。

背景技術

球形網架一般采用四邊形或三角形構型的經緯線法構建，其缺點是構件繁多，且四邊形結構穩定性差。目前，獲得廣泛應用的是以色列學者Hanaor采用測地投影法建立的球形網架結構和網板結構方法，該方法是按球面上細分拓撲展開進行網架結構設計的。如圖1-1所示為按Hanaor方法構建的肋環型球形穹頂網架示意圖，圖1-2為按Hanaor方法構建的鉸接網殼示意圖，圖1-3為按Hanaor方法構建的鏤空板殼示意圖，圖1-4為按Hanaor方法構建的肋環斜桿型穹頂示意圖。

球形網架一般采用四邊形或三角形構型的經緯線法構建，其缺點是構件繁多，且四邊形結構穩定性差。目前，獲得廣泛應用的是以色列學者Hanaor采用測地投影法建立的球形網架結構和網板結構方法，該方法是按球面上細分拓撲展開進行網架結構設計的。如圖1-1所示為按Hanaor方法構建的肋環型球形穹頂網架示意圖，圖1-2為按Hanaor方法構建的鉸接網殼示意圖，圖1-3為按Hanaor方法構建的鏤空板殼示意圖，圖1-4為按Hanaor方法構建的肋環斜桿型穹頂示意圖。

發明內容

本發明的目的在于克服現有Hanaor方法在構建球形網架結構中的不足，針對快速組配大跨度的網架結構設計的要求，提供一種構建球形網架結構的方法，其網架部件節點與桿件類型少，工程結構施工安裝便捷。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種構建球形網架結構的方法，包括以下步驟：（一）構建組合32面體及32面體變體，建立新的六邊形平面基元：

A：由球半徑相同的正12面體和正20面體相互貫穿形成，貫穿時，正12面體和正20面體的球心重合，正20面體的12個頂點處的球半徑分別與正12面體的12個面垂直，保留正12面體和正20面體兩者之間的重合體，截去非重合部分，即可得到組合32面體；

?B：以步驟A所得的組合32面體為基礎，正五邊形與正六邊形面的相對位置關系不變，僅改變正五邊形與正六邊形的邊長，將正六邊形中連接兩兩五邊形的3條邊的邊長增大，而正五邊形邊長縮小，得到組合32面體變體；

C：在組合32面體中，任意三個相鄰的正五邊形間對應的那個正六邊形構成正六邊形基元平面；在組合32面體變體中，任意三個相鄰的正五邊形間對應的那個不等邊六邊形則為新的六邊形平面基元，不等邊六邊形中，位于三個正五邊形之間的那三條邊被定義為基元邊長，模數比M=正五邊形邊長：基元邊長；

（二）在新的平面基元上，進行正多邊形構型細分，形成平面拓撲展開基元；

（三）以平面基元拓撲展開和節點“弦面角和”映射變換方法，向球形映射變換，完成球形多面體結構構建；

（四）基于球形多面體構建球形網架結構：

將步驟（3）所得到的球形多面體結構，構建符合球形多面體弦面角、六邊形和節點特征結構的網架結構。?

所述步驟（二）中所述的細分方式采用相對于正五邊形沿角展開，其平面基元邊界細分間距滿足等差級數關系，等差級數關系為1、4、7、10、13、16……這樣的級差為3的數列關系，點-劃線所勾勒出的六邊形區域即為進行正多邊形構型細分的平面基元。

所述步驟（二）中所述的細分方式采用相對于正五邊形座邊展開，其平面基元邊界細分間距滿足無理等差級數關系，無理等差級數關系為????????????????????????????????????????????????……這樣的級差為的數列關系，點-劃線所勾勒出的六邊形區域即為進行正多邊形構型細分的平面基元。

?本發明的構建球形網架結構的方法以組合32面體為基礎建立平面基元，用弦面角和方法，通過節點向球面進行拓撲映射變換，給出網架結構設計數據，本發明的方法構建出來的球形多面體在六邊形構型種類、節點類型數和桿長種類數方面，均得到了較好的優化，構建出來的球形多面體在結構上明顯有所簡化，便于實現網架構件的制式化、集成化、標準化，適合于批量生產，降低了部件的加工成本，全部多邊形滿足平面無扭曲條件，更便于安裝和實施。

附圖說明

圖1-1：按Hanaor方法構建的肋環型球形穹頂（Spherical?dome）；

圖1-2：按Hanaor方法構建的鉸接網殼（Pin-jointed?braced?shell）；