[實(shí)用新型]一種新型六桿四面體樹狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721742829.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN207776104U
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華淵;許春陽;王明月;莊寒冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/342
• 分類號(hào): E04B1/342;E04B7/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一種新型六桿四面體樹狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，包括外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，所述的外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是由多個(gè)六桿四面體單元集成的內(nèi)攏形曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)底部連接基礎(chǔ)；所述的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)位于外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心，包括連接基礎(chǔ)的下部格構(gòu)柱和連接外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部的上部仿生樹狀結(jié)構(gòu)，用于傳遞外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)荷載并提供支承反力。本實(shí)用新型將新型六桿四面體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與基于分形理論的仿生樹狀結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)跨度更大、穩(wěn)定性更好、受力更合理，傳力路徑更明確，造型更優(yōu)美、耗材更少。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型六桿四面體樹狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在人類社會(huì)發(fā)展的歷程中，能夠保證穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更大跨度、更少材料以及更高效的施工的建筑結(jié)構(gòu)必然是人們不斷追求的目標(biāo)。大空間結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到建筑物的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀，結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)也關(guān)系著建筑的藝術(shù)美觀、整體強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性能等。

傳統(tǒng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種與平板網(wǎng)架類似的空間桿系結(jié)構(gòu)，以鋼桿件為構(gòu)件，按一定規(guī)律連接成網(wǎng)格，并按殼體結(jié)構(gòu)布置成的空間構(gòu)架。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系由于受力合理、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)與民用建筑。內(nèi)攏形的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但由于大空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用中往往因?yàn)楹奢d傳遞及結(jié)構(gòu)受力的不合理，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及整體強(qiáng)度劣化；提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性則需要耗費(fèi)更多的桿件并設(shè)置更多的節(jié)點(diǎn)，這極大增加了裝配施工的復(fù)雜性以及建筑成本。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型提出一種剛度大、穩(wěn)定性好、建筑成本低的新型六桿四面體樹狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種新型六桿四面體樹狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，包括外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，所述的外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是由多個(gè)六桿四面體單元集成的內(nèi)攏形曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)底部連接基礎(chǔ)；所述的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)位于外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心，包括連接基礎(chǔ)的下部格構(gòu)柱以及連接外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部和格構(gòu)柱的上部仿生樹狀結(jié)構(gòu)，用于傳遞外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)荷載并提供支承反力。

進(jìn)一步地，所述的六桿四面體單元包括一根上弦桿、一根下弦桿以及四根腹桿，上弦桿徑向/縱向設(shè)置于外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的外側(cè)，下弦桿緯向/橫向設(shè)置于外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，腹桿連接上弦桿和下弦桿。

進(jìn)一步地，所述的上弦桿、下弦桿之間連接方式為剛接，腹桿與上弦桿和下弦桿之間連接方式為鉸接。

進(jìn)一步地，所述的外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)底部通過圈梁與基礎(chǔ)相連，用于為內(nèi)攏形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)提供支承反力。

進(jìn)一步地，所述的仿生樹狀結(jié)構(gòu)底部與格構(gòu)柱連接，上部逐級(jí)分支并連接外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的上部，仿生樹狀結(jié)構(gòu)與外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)對(duì)稱的分布于外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部前兩個(gè)六桿四面體單元層，所述的仿生樹狀結(jié)構(gòu)從與格構(gòu)柱連接處開始向上逐級(jí)分支，第一分支路徑經(jīng)三次分支后分支末端連接外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)頂部的六桿四面體單元層的上弦桿頂部，第二分支路徑的二級(jí)分支末端經(jīng)三次分支后末端連接外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部第二層六桿四面體單元層的上弦桿頂部和底部。

采用逐級(jí)分支使得仿生樹狀結(jié)構(gòu)的部分與整體在形體上相類似，從而使外部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部荷載所產(chǎn)生的合力沿桿件逐級(jí)傳遞和匯聚，使得傳力路徑更加明確，結(jié)構(gòu)受力更加合理。所述的仿生樹狀結(jié)構(gòu)在合力最大處與格構(gòu)柱相連接，將合力繼續(xù)向下傳遞給格構(gòu)柱，所述格構(gòu)柱與基礎(chǔ)相連，將荷載傳至基礎(chǔ)，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)傳力明確，且更加穩(wěn)定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡單，桿件和節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，抽空率大，可延伸用于大跨度結(jié)構(gòu)；質(zhì)量輕，材料較傳統(tǒng)雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減少約20%，且具有雙層網(wǎng)殼剛度大、穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)；每層采用統(tǒng)一尺寸的六桿四面體單元體集成，利于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化施工，符合綠色建筑推廣應(yīng)用的要求；將仿生樹狀結(jié)構(gòu)與分形理論進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，采用逐級(jí)分支，使受力更加合理，傳力更加明確，造型更加優(yōu)美；仿生樹狀結(jié)構(gòu)結(jié)合格構(gòu)柱使整個(gè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。