[發明專利]一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂

在審

• 申請號: 201910042538.1
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109826356A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 郭佳民;吳炯良;周關根;崔鵬飛;李志忠;徐文超;成瑞;熊志鑫;吳恭興;劉光眾
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: E04B7/14
• 分類號: E04B7/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂。它由環向拉索、斜向上拉索、斜向下拉索、豎向壓桿以及連接節點組成；斜向上拉索組成的索網曲面為旋轉雙曲面，是一種負高斯曲率曲面；除跨中豎向壓桿外，其余壓桿的下端與斜向下拉索和環向拉索相連，豎向壓桿的上端與斜向上拉索和斜向下拉索相連，最外圈斜向下拉索與斜向上拉索固定在結構周邊的支座節點上，斜向上拉索相互連接以葵花型方式形成旋轉雙曲面；結構跨度與結構失高可根據結構造型、使用功能以及承載能力等要求確定。本發明將負高斯曲率索穹頂從現有的馬鞍面擴展到了旋轉雙曲面上，使索穹頂可以應用在更多造型的結構中，葵花型的構造加強了結構的抗扭性能。

所屬技術領域

本發明涉及一種張拉整體結構形式，具體地說是一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂，應用范圍包括建筑物結構、航空航天結構、海洋結構等方面。

背景技術

經過近幾十年的發展，各種類型的張拉整體結構在世界各國的建筑結構、航空航天結構、水下仿生魚結構、人體生物結構中都得到了廣泛應用。其中，索穹頂作為張拉整體結構的一種特殊形式，是迄今為止被認為結構效率最好的一種結構體系，現已開發的索穹頂類型有正高斯曲率的球殼類索穹頂和負高斯曲率的馬鞍面索穹頂，但是全世界在役的索穹頂，均為正高斯曲率的球殼類索穹頂。

隨著建筑物或構筑物功能的提升與外觀造型的多樣化，現有的索穹頂形式已無法滿足建筑與結構造型多樣化的發展需求，索穹頂這一種高效結構體系無法在更多造型奇特的實際工程中進行推廣應用，如當建筑物頂部設計成為雙曲面外觀時(如部分歐式建筑的塔頂)，結構的跨度較小，但失高較大，針對這類建筑結構，現主要采用砌體結構或混凝土結構等自重較大的結構體系，部分采用鋼結構體系來實現，但是結構自重較大的缺點仍沒有得到明顯改善。如能發明一種新的索穹頂類型直接構造出雙曲面造型，那么索穹頂結構質輕高強的優勢將會使該類造型結構建造用材大幅下降，下部結構的承重也會大幅下降，由于自重的下降將降低整個結構的設計難度、提高結構的經濟效能。所以，本發明提出了一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂，來豐富索穹頂的種類。當索穹頂類型豐富后，索穹頂完全可以應用在外觀造型奇特且對結構自重要求較為嚴格的結構物中(如，建筑物的屋蓋、郵輪中的部分頂棚、海上機場、海上城市、海上游樂園以及水上酒店等)，盡可能實現結構的輕型化。

發明內容

本發明的目的是提供一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂，以實現索穹頂在旋轉雙曲面造型結構中的應用。

為了達到上述目的，本發明提供了一種旋轉雙曲面葵花型索穹頂結構。本發明由環向拉索(1)、豎向壓桿(2)、斜向上拉索(3)、斜向下拉索(4)與節點(5)組成。

上述的旋轉雙曲面葵花型索穹頂結構，其中，斜向上拉索(3)相互相連構成的索網形成了旋轉雙曲面外形。

結構的旋轉雙曲面外形，由單支雙曲線繞豎向軸旋轉360度而成，其母線為曲率小于零的單支雙曲線，母線也為旋轉雙曲面的經線，其導線為曲率大于零的圓環，導線也是旋轉雙曲面的緯線，所以旋轉雙曲面葵花型索穹頂為一種負高斯曲率索穹頂。

除跨中豎向壓桿(2)外，其余豎向壓桿(2)的上端節點(5)均與4根互不共線的斜向上拉索(3)連接，同圈斜向上拉索(3)通過節點(5)首尾相連形成平面投影為折線狀的圓環；相鄰兩圈的斜向上拉索(3)，通過節點(5)相連，構造出了與支座節點(6)數目相等的空間四邊形；全部斜向上拉索(3)最終編制成類似向日葵造型的索網，這種葵花型的索網加強了旋轉雙曲面索穹頂的抗扭性能；

除跨中豎向壓桿(2)外，其余豎向壓桿(2)的下端節點(5)與2根斜向下拉索(4)連接，同圈的斜向下拉索(4)首尾相連，在平面投影上呈現為折線圓環狀，不同圈的斜向下拉索(4)互不直接相連，平面投影呈折線圓環狀的斜向下拉索(4)也加強了旋轉雙曲面索穹頂結構的抗扭性能；此外，除跨中豎向壓桿(2)外，其余豎向壓桿(2)的下端節點(5)均與2根不同的環向拉索(1)連接，各圈環向拉索(1)首尾連接形成多邊形，其邊數與結構的支座節點數相等。