專利名稱：一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種建筑物的空間結(jié)構(gòu)，特別是一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它適用于各種需要大空間的大跨度結(jié)構(gòu)的屋蓋建筑。
背景技術(shù)：
空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是建筑工程領(lǐng)域的一種結(jié)構(gòu)形式，是近半個(gè)世紀(jì)以來國內(nèi)外得到最 廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系。常用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是以多根桿件按照一定規(guī)律組合而成的網(wǎng)格狀多次 超靜定結(jié)構(gòu)。目前，常采用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式有多種，可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。 交叉桁架體系由兩向或三向互相交叉的平面桁架所組成，可分為兩向正交正放網(wǎng)架、兩向 正交斜放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架、三向交叉網(wǎng)架、單向折線形網(wǎng)架五種類型。角錐體系分 為四角錐、三角錐、六角錐三類，具體包括正放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、棋盤形四 角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、星形四角錐網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架、蜂窩形三角錐 網(wǎng)架、六角錐網(wǎng)架九種。上述十四種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式具有的共同特點(diǎn)是它們都是多次超靜定 結(jié)構(gòu)體系，該種結(jié)構(gòu)體系除受到荷載作用外，溫度變化差異大、制作產(chǎn)生的累積誤差等因素 都會(huì)使該種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系引起內(nèi)力，很難適用于溫度驟然改變的環(huán)境，以及制作和安裝誤 差難以保證的環(huán)境。其不僅應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且所用的桿件較多，易造成材料浪費(fèi)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它能夠克服已有技術(shù)的不足，可 有效地減少網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所用桿件數(shù)量，并且能在溫度驟然改變或制作和安裝誤差難以保證的 環(huán)境下使用，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力。其解決方案是在一個(gè)空間四角錐體的基礎(chǔ)上，每次連接三個(gè)增加的桿件，并將 這三個(gè)增加桿件固定連接為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，如此依次不斷地拓展形成的無多余約束空間幾何不 變體，構(gòu)成靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且每次固定連接的結(jié)點(diǎn)分別位于所構(gòu)成靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 的上弦平面和下弦平面內(nèi)，將該靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為上弦層、下弦層和腹桿層三部分，形 成由上弦層桿件、下弦層桿件和腹桿層桿件通過結(jié)點(diǎn)相連接的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的宏觀整 體。所述的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)和桿件數(shù)滿足如下的關(guān)系b = 3j_6式中，j表示靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)，b表示桿件數(shù)。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，由于其結(jié)構(gòu)體系是靜定的，所用的桿件數(shù)量少，沒 有多余桿件，按照滿應(yīng)力設(shè)計(jì)，可使材料充分發(fā)揮性能，有效地提高應(yīng)用效率；適用于溫度 驟然改變的環(huán)境。如煉鋼車間、太空結(jié)構(gòu)等特殊環(huán)境中，溫度變化差異大，在這種情況下，已 有技術(shù)超靜定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，而本實(shí)用新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以在這種環(huán)境 下工作，而不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力；適用于制作和安裝誤差難以保證的環(huán)境。如高空施工，構(gòu)件 容易產(chǎn)生累積誤差的結(jié)構(gòu)，在這種情況下，已有技術(shù)超靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的自 內(nèi)力，而本實(shí)用新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以在這種環(huán)境下工作，不會(huì)產(chǎn)生自內(nèi)力。總之，本實(shí)用新型是一種靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它不僅性能好，能有效地減少網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所用桿件數(shù)量，而且受 力合理，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，能降低生產(chǎn)成本，并且還能在溫度荷載作用下不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，對(duì)溫 度驟然改變的惡劣環(huán)境下也能適用工作。

圖1是一個(gè)空間四角錐示意圖。圖2是在圖1基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是在圖2基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖4是在圖3基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是在圖4基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)形成基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是在圖5基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是在圖6基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是在圖7基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是在圖8基礎(chǔ)上連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)形成第二個(gè)單元的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖10是按照每次連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的同樣規(guī)律向外拓展10個(gè)單元的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是按照?qǐng)D10所述的同樣規(guī)律向垂直方向拓展10個(gè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是按照每次連接三個(gè)桿件并固定一個(gè)結(jié)點(diǎn)的同樣規(guī)律向中間區(qū)域拓展，形 成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的示意圖。圖13為空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的軸側(cè)圖。圖14為圖13中空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上弦層平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖15為圖13中空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的下弦層平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖16為圖13中空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的腹桿層平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
圖1至圖5中，先建立如圖1所示的空間四角錐結(jié)構(gòu)1，它屬于無多余約束的空間 幾何不變體，該結(jié)構(gòu)中四個(gè)構(gòu)件的尺寸可根據(jù)所要建設(shè)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺寸確定，材料可根據(jù) 工程實(shí)際來選擇，可以是鋼管、型鋼、鋁合金型材、木材等各種材料，構(gòu)件的截面尺寸根據(jù)受 力狀態(tài)計(jì)算確定。然后，在圖1所示的空間四角錐結(jié)構(gòu)1的基礎(chǔ)上伸出三根桿件2、4、5，將 這三根桿件2、4、5用螺栓球結(jié)點(diǎn)3固定連接，形成如圖2所示新的無多余約束的空間幾何 不變體。再后，在圖2所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繼續(xù)伸出三根桿件6、7、9，將這三根桿件6、7、9用 螺栓球結(jié)點(diǎn)8固定連接，形成如圖3所示的新的無多余約束的空間幾何不變體。再后，在圖 3所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件10、12、13，將這三根桿件10、12、13用螺栓球結(jié)點(diǎn) 11固定連接，形成如圖4所示的新無多余約束的空間幾何不變體。再后，在圖4所示結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件14、16、17，將這三根桿件14、16、17用螺栓球結(jié)點(diǎn)15固定連 接，形成如圖5所示新的無多余約束的空間幾何不變體，構(gòu)成一個(gè)基本立面體單元，且所述 的結(jié)點(diǎn)3、結(jié)點(diǎn)8及結(jié)點(diǎn)11分別位于圖5所示基本立面體單元的各個(gè)頂點(diǎn)處。[0026]圖6至圖16中，在圖5所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件18、19、21，將這三 根桿件18、19、21用螺栓球結(jié)點(diǎn)20固定連接，形成如圖6所示新的無多余約束的空間幾何 不變體。而后，在圖6所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件22、23、25，將這三根桿件22、 23,25用螺栓球結(jié)點(diǎn)24固定連接，形成如圖7所示新的無多余約束的空間幾何不變體。再 在圖7所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件26、28、29，將這三根桿件26、28、29用螺栓球 結(jié)點(diǎn)27固定連接，形成如圖8所示新的無多余約束的空間幾何不變體。在圖8所示結(jié)構(gòu)的 基礎(chǔ)上，繼續(xù)伸出三根桿件30、31、33，將這三根桿件30、31、33用螺栓球結(jié)點(diǎn)32固定連接， 形成如圖9所示新的無多余約束的空間幾何不變體，構(gòu)成第二個(gè)立面體單元。如此，以圖5 所示基本立面體單元為基礎(chǔ)連續(xù)不斷的向外伸出三根桿件并用螺栓球結(jié)點(diǎn)固定連接，拓展 形成如圖10所示的有多個(gè)網(wǎng)格的無多余約束的空間幾何不變體結(jié)構(gòu)34。之后，再按照相同 的所述規(guī)律，向相垂直的方向拓展，形成如圖11所示的有多個(gè)網(wǎng)格的無多余約束的空間幾 何不變體結(jié)構(gòu)35。而后，再利用所述的同樣規(guī)律向中間區(qū)域拓展，形成如圖12所示的無多 余約束的空間幾何不變體空間結(jié)構(gòu)36。最后得到的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)37如圖13所示的軸側(cè) 圖。在形成整個(gè)靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的過程中，所增加的所有結(jié)點(diǎn)分別位于所構(gòu)成的該空間 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上弦平面和下弦平面內(nèi)，將該空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為如圖14所示的上弦層38，如圖 15所示的下弦層39和如圖16所示的腹桿層40三部分，形成由上弦層38桿件、下弦層39 桿件和腹桿層40桿件通過螺栓球結(jié)點(diǎn)相連接的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的宏觀整體。在形成的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)和桿件數(shù)滿足如下的關(guān)系式b = 3j_6， 式中，j表示靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)，b表示桿件數(shù)。各構(gòu)件的最后尺寸應(yīng)對(duì)形成的最后空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能分析，根據(jù)具體計(jì) 算結(jié)果確定。算例如下利用本實(shí)用新型的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，用于建設(shè)一結(jié)構(gòu)為20m跨度的方形平屋蓋，其 網(wǎng)格尺寸為2mX2m，網(wǎng)架高度為2m。在外邊緣三點(diǎn)由鉸支座支承。根據(jù)該結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境， 考慮均布靜荷載為0. 8KN/m2及計(jì)算機(jī)自動(dòng)形成的結(jié)構(gòu)自重。結(jié)構(gòu)受到的最高溫度為60°C， 最低溫度作用為-30°C，起控制作用的工況組合為1. 2靜+1.4活+1.0溫。構(gòu)件材料選用 Q235鋼材，彈性模量為2. 06X IOllMpa,密度為7. 9 X 103Kg/m3，設(shè)計(jì)控制應(yīng)力為215Mpa。采 用滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和計(jì)算，其結(jié)點(diǎn)數(shù)為242個(gè)，單元數(shù)720個(gè)，用鋼量為15. 42T。本實(shí)用新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)性能，與目前工程中最常用的正放四角錐和三角錐網(wǎng)架結(jié) 構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，常用的這兩種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所采用材料、荷載情況、網(wǎng)格大小等條件均相同，其中 四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)數(shù)是265個(gè)，單元數(shù)是968個(gè)，用鋼量是16. 82T ；三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的 結(jié)點(diǎn)數(shù)是265個(gè)，單元數(shù)是1065個(gè)，用鋼量是21. 08TT。由對(duì)比結(jié)果可見，本實(shí)用新型的網(wǎng) 架結(jié)構(gòu)的單元數(shù)比正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的單元數(shù)少26%，，比三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的單元數(shù)少 32%，用鋼量也略小于正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，考慮到加工，運(yùn)輸和安裝費(fèi) 用，本實(shí)用新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的總費(fèi)用將低于正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和三角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。由此 可見，本實(shí)用新型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，不僅受力合理，而且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，且切實(shí)可行。
權(quán)利要求一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于在一個(gè)空間四角錐體的基礎(chǔ)上，每次連接三個(gè)增加的桿件(2)、(4)、(5)，并將該三個(gè)增加的桿件(2)、(4)、(5)固定連接為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，如此依次不斷地拓展形成的無多余約束的空間幾何不變體，構(gòu)成靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且每次固定連接的結(jié)點(diǎn)分別位于所構(gòu)成靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上弦平面和下弦平面內(nèi)，將該靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為上弦層、下弦層和腹桿層三部分，形成由上弦層桿件、下弦層桿件和腹桿層桿件通過結(jié)點(diǎn)相連接的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的宏觀整體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn) 數(shù)和桿件數(shù)滿足如下的關(guān)系b = 3j-6 式中，j表示空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)，b表示桿件數(shù)。
專利摘要一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要是在一個(gè)空間四角錐體的基礎(chǔ)上，每次連接三個(gè)增加的桿件，并將這三個(gè)增加的桿件固定連接一個(gè)結(jié)點(diǎn)，如此依次不斷地拓展形成的無多余約束的空間幾何不變體，構(gòu)成靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且每次固定連接的結(jié)點(diǎn)分別位于所構(gòu)成的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上弦平面和下弦平面內(nèi)，將該空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為上弦層、下弦層和腹桿層三部分，形成由上弦層桿件、下弦層桿件和腹桿層桿件通過結(jié)點(diǎn)相連接的靜定空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的宏觀整體。它不僅性能好，能有效地減少網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所用桿件的數(shù)量，而且受力合理，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，能降低生產(chǎn)成本，并且能在溫度驟然改變或制作和安裝誤差難以保證的環(huán)境下工作，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力。
文檔編號(hào)E04B1/342GK201593240SQ200920298229
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉文眾, 徐光勝, 杜文風(fēng), 郭桂君 申請(qǐng)人:河南亞東中弘建筑工程有限公司