一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構的製作方法
2023-08-02 04:43:51 1
一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構的製作方法
【專利摘要】一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，由主體網殼，基底節點座和棚板組成。其主體網殼是以32面體為基礎，經過拓撲映射變換得到，由節點座和活節連杆兩類零部件構成，採用螺紋連接方法，可以快速便捷實現安裝。主體網殼與基底節點座通過垂直連杆相連，在直杆接地節點接頭外法線方向上，設置有錨孔板，定位錨杆通過錨孔將半球網殼牢固地固定在基梁與地面基礎上，提高了半球形網殼抗強風暴雪的性能。該半球形棚板網殼結構的跨度可以分級調節變化，現場結構安裝架設可以從垂直於地面杆件開始，順次的向上連接，施工十分便捷快速，可作為需快速構建的大跨度展覽會館、裝備設備儲存庫、救災醫療中心與物資中心使用。
【專利說明】一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於拓撲學、空間幾何學和杆件系統結構力學的球形多面體單層網殼特殊設計方法，尤其是涉及一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，屬於結構工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前已經獲得廣泛應用的球形網殼結構構建方法由以色列學者Hanaor提出，其構建方法共有兩種:一種是具有四邊形構型的經緯線法(圖1);另一種是具有三角形構型的、以20面體為理論基礎的測地投影法(圖2)。其中，Hanaor測地投影法僅限於在三角形構型的焊接或鉚接網殼結構中使用(圖3)，難以滿足大跨度單層球面網殼快速裝配的要求。
[0003]採用上述兩種方法建成的結構已大量應用，但設計計算繁複，構件種類多，沒有垂直於地面的直立杆件，導致在施工過程中難以便捷安裝，使得結構網殼裝配過程繁雜，且Hanaor的單層球形網殼結構中的構件均採用焊接工藝連接，施工周期很長，現場焊接質量也難於保證。
[0004]為解決上述問題，本發明提出一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構(圖4)。這種半球形棚板網殼結構的構建方法是從拓撲學和空間幾何基礎理論出發，以32面體為基礎建立平面基元，並進行正六邊形網格細分，選擇特定網格細分參數，經過網格節點向球面進行拓撲映射變換，獲得具有赤道面上垂直杆件特徵的單層半球形網殼。
【發明內容】
[0005]本發明提出的一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，旨在提供一種具有一定跨度且安裝方便快捷的半球形棚板網殼結構，可作為快速構建大跨度展覽會館、裝備設備儲存庫、救災醫療中心與物資中心使用。
[0006]本發明提出的一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，其特徵在於，該半球形棚板網殼結構含有:半球形主體網殼，基底節點座，活節連接杆件，棚板；所述半球形主體網殼由基底節點座和活節連接杆件兩類零部件構成，採用螺紋連接；所述半球形主體網殼是以32面體為基礎建立平面基元，並進行正六邊形網格細分，選擇特定網格細分參數，經過網格節點向球面進行拓撲映射變換得到；所述活節連接杆件採用冷軋鋁或鋁合金管進行加工；所述各種基底節點座採用高碳鋼材料熔模精密鑄造進行加工，並進行鍍鋅防鏽。
[0007]在上述半球形棚板網殼結構中，所述每個節點座與三根杆件相連，網殼基底節點座，一個杆接頭垂直向上，另外兩個接頭指向網殼水平面上底梁多邊形弦線方向；在直杆接地節點接頭外法線方向上，設置有錨孔板，定位錨杆通過錨孔將半球網殼牢固地固定在基梁與地面基礎上，提高了半球形網殼抗強風暴雪的性能。[0008]在上述半球形棚板網殼結構中，所述半球形網殼節點的上部設計結構中有支撐棚板的環形承臺面，棚板角表面通過上面壓蓋鎖緊到環形承檯面上，在承受複雜荷載作用下整體結構仍保持穩定。
[0009]本發明的優點主要有:(I)以節點接頭和直杆杆件兩類部件作為構成網殼單元的零部件，採用方便靈活的螺紋連接取代焊接工藝，精度高，安裝迅速便捷，可顯著提高施工作業速度；(2)採用提供的網殼基底特殊接地節點構造和錨栓接地方法牢固穩定，提高了半球形網殼抗強風暴雪性能；(3)現場結構安裝架設可以從垂直於地面杆件開始，順次的向上連接，使網殼施工十分便捷快速；(4)根據本發明的方法選取多邊形構型42面體、162面體、362面體結構等，可以構建出大跨度單層半球形棚板網殼系列；(5)跨度可以分級調節變化，節點座和連接杆種類少，便於安裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為經緯線法生成半球形網殼，I—肋，2—環；
[0011]圖2為20面體三角形構型測地投影法生成球形網殼；
[0012]圖3為三角形構型測地投影法球形網殼多倫多會展中心(加拿大)；
[0013]圖4為本發明的三維模型圖；
[0014]圖5為本發明建立的42面體平面拓撲基元；
[0015]圖6為本發明中42面體球形網殼節點與構型；
[0016]圖7為本發明中42面體三維投影實體圖下切平面位置，3—赤道面；
[0017]圖8為本發明建立的162面體拓撲細分平面基元；
[0018]圖9為本發明中162面體節點類型；
[0019]圖10為本發明中162面體六邊形構型；
[0020]圖11為本發明中162面體三位投影實體圖下切平面位置，4——赤道面；
[0021]圖12為本發明中362面體細分平面單元；
[0022]圖13為本發明中362面體的7個節點類型；
[0023]圖14為本發明中362面體的6個6邊形構型；
[0024]圖15-1和15-2為本發明中42面體、162面體半球形棚板網殼的主體節點座構造，5—緊固棚板螺孔，6—棚板承臺面，7—外螺紋連杆接頭，8—承吊底盤；
[0025]圖16-1和16-2為本發明中42面體、162面體半球形棚板網殼的基底節點座構造；
[0026]圖17-1和17-2為本發明中42面體、162面體半球形棚板網殼節點座直杆連接三維投影；
[0027]圖18、圖19為本發明中42面體、162面體半球形棚板網殼節點杆件連接構造與工藝安裝，9——三叉節點座，10——活節接頭擋圈，11——活節接頭螺母，12——連杆。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖5?18，詳細說明本發明的結構及其安裝方法。
[0029]一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，其特徵在於，該半球形棚板網殼結構含有:半球形主體網殼，基底節點座，棚板。
[0030]所述半球形主體網殼以32面體變體平面基元拓撲展開為基礎，用建立「節點弦面角和」及其球面映射變換方法取代Hanaor以20面體球面基元直接展開的測地投影法，同時選取具有特定的基元邊長比和細分參數，構成具有直立杆件特性的特定多面體系列，以實現垂直於地面杆件單層半球網殼拓撲設計。
[0031]所述半球形主體網殼，是由節點座和活節連杆兩類零部件構成，採用螺紋連接方法，可以快速便捷實現安裝。零部件設計的節點座為高碳鋼，連接杆為合金鋁，使42面體和162面體半球網殼單件重量控制在3kg以內，構件重量輕，不需要特殊運輸與起重設備，特別適用於野外安裝作業，可以滿足總體網殼一天之內完成施工安裝的特殊要求。
[0032]本發明的【具體實施方式】分為網殼設計和安裝兩個方面。
[0033](一 )構建垂直於地面杆件的多面體
[0034]I)建立組合32面體變體，在拓撲展開平面基元上，建立邊長比M為yfl，涵』 5VJ的長邊；
[0035]2)對拓撲平面基元進行相等正六邊形細分，細分為半個或整個正六邊形；
[0036]3)為向5邊形外接圓鄰域進行拓撲映射變換，採用節點「弦面角和」方法進行逼近計算，獲得相應的弦面角和邊長值；
[0037]4)根據特定垂直杆多面體精確計算值，給出42面體、162面體以及362面體等球面拓撲關係映射變換後的實體視圖；
[0038]5)以各計算值作為向球面拓撲變換結果，提供相應的主體節點座類型數、杆件種類數和基底多邊形參數，給出半球形網殼節點構造。
`[0039](二)構建42面體直立杆件半球網殼
[0040]I)建立拓撲基元
[0041]選取32面體變體平面基元邊長比為M=力，邊長比定義為5邊形邊長與基元邊長之比。在拓撲平面基元上有三個半面的六邊形，即平面基元已細分為1.5個正六邊形，如圖5所示。
[0042]2)計算球弦面角
[0043]3)為建立基元平面特徵點向球面鄰域拓撲變換計算方法，採用平面6邊形幾何條件和弦面角和相等條件，建立方程並求解得，α=121.5°，ω=117°
[0044]三個弦面角之和為Σ =351°
[0045]
【權利要求】
1.一種具有垂直杆件支撐可快速裝配的半球形棚板網殼結構，其特徵在於，該半球形棚板網殼結構含有:半球形主體網殼，基底節點座，活節連接杆件，棚板；所述半球形主體網殼由基底節點座和活節連接杆件兩類零部件構成，採用螺紋連接；所述半球形主體網殼是以32面體為基礎建立平面基元，並進行正六邊形網格細分，選擇特定網格細分參數，經過網格節點向球面進行拓撲映射變換得到；所述活節連接杆件採用冷軋鋁或鋁合金管進行加工；所述各種基底節點座採用高碳鋼材料熔模精密鑄造進行加工，並進行鍍鋅防鏽。
2.根據權利要求1所述的半球形棚板網殼結構，其特徵在於，所述每個節點座與三根杆件相連，網殼基底節點座，一個杆接頭垂直向上，另外兩個接頭指向網殼水平面上底梁多邊形弦線方向；在直杆接地節點接頭外法線方向上，設置有錨孔板，定位錨杆通過錨孔將半球網殼牢固地固定在基梁與地面基礎上，以提高半球形網殼抗強風暴雪的性能。
3.根據權利要求1所述的半球形棚板網殼結構，其特徵在於，所述半球形網殼節點的上部設計結構中有支撐棚板的環形承臺面，棚板角表面通過上面壓蓋鎖緊到環形承檯面上，在承受複雜荷載作用下整體結構仍保持穩定。
【文檔編號】E04B1/32GK103821227SQ201410073441
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】周廣恩, 周豐峻, 周麗, 朱宗平, 紀相普, 彭真明, 楊俊飛, 楊華, 饒勁松, 何淑賢, 魏巍 申請人:周廣恩, 周豐峻, 周麗