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多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法

文檔序號:2008329閱讀:245來源:國知局
專利名稱:多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明為一種網(wǎng)殼的設(shè)計與施工技術(shù),更具體地說,涉及多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié) 構(gòu)及其施工方法。
背景技術(shù)
空間網(wǎng)格將來進一步發(fā)展的一個領(lǐng)域是可折疊與展開的結(jié)構(gòu)形式。目前的折疊式 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要有兩類。第一類是雙曲面折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),又稱“攀達穹頂結(jié)構(gòu)”;第二類是 柱面折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。以上兩種形式的基本原理都是通過設(shè)置三道鉸線并臨時去掉一些環(huán) 向構(gòu)件,使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)暫時變?yōu)橐粋€幾何可變體系。但是,上述兩種折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都存在 著缺點。其中,柱面折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的可動鉸軸線為一直線,結(jié)構(gòu)在垂直于水平方向具有兩 個自由度。由于空間上不具有環(huán)箍作用,其側(cè)向剛度較差,特別是在風(fēng)力作用下可能出現(xiàn)搖 晃。攀達穹頂體系通過設(shè)置三道鉸線由內(nèi)到外將結(jié)構(gòu)分為中央部、中間部和外周部三個部 分,整個過程中空間轉(zhuǎn)動軸僅為三道平行折線,結(jié)構(gòu)只通過一次頂升到位,結(jié)構(gòu)幾何與本發(fā) 明完全不同,此外,部分攀達穹頂體系在頂升過程中由于機構(gòu)形式的破壞而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力, 而且有時巨大,對結(jié)構(gòu)安全會造成影響。上述兩類形式的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地面拼裝時,拼裝完成 的結(jié)構(gòu)仍具有較大的高度,需要搭設(shè)大量的腳手架等附屬安裝設(shè)備,地面施工仍需要離地 面較高的高度進行,經(jīng)濟及安全方面的存在不足,無法充分體現(xiàn)出折疊結(jié)構(gòu)的巨大優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容
為克服目前折疊式網(wǎng)殼的不足,本發(fā)明提供了一種新型的折疊式結(jié)構(gòu),即多鉸線 頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法,與攀達穹頂結(jié)構(gòu)和柱面折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相比,其優(yōu)勢在 于,通過設(shè)置多道鉸線將結(jié)構(gòu)分解成多個相互之間通過單向鉸節(jié)點連接的結(jié)構(gòu),可完全發(fā) 揮出折疊網(wǎng)殼的優(yōu)勢,將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊到離地面很低的位置進行施工。整體頂升過程中,空 間轉(zhuǎn)動軸為多道平行折線,而在每個頂升階段,空間轉(zhuǎn)動軸都為三道平行折線的形式,確保 頂升過程中只有一個豎向自由度,側(cè)向穩(wěn)定性較好,可有效抵御風(fēng)荷載和地震荷載等外界 荷載。頂升過程中是完全的機構(gòu),對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體性破壞較小,內(nèi)力分布均勻,力流合理???在接近于地面的高度上組裝網(wǎng)殼,節(jié)省大量的腳手架,施工簡單,具有可跨越范圍大,施工 安裝便利,工業(yè)化程度高,經(jīng)濟合理等特點,可普遍適用于一般的工業(yè)與民用建筑,特別適 用于會展中心、體育場館、機場航站樓等大跨度空間結(jié)構(gòu)體系。本發(fā)明的技術(shù)方案如下多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法,包括環(huán)向鋼管a、環(huán)向鋼管b、徑向鋼管 a、徑向鋼管b、徑向鋼管C、穿心鋼球、銷軸、單孔鋼塊、單孔耳板、鑄鋼支座、剛性節(jié)點、單向 鉸節(jié)點和單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點。其特征在于,所述的環(huán)向鋼管b與徑向鋼管b通過剛性節(jié) 點連接,組裝成內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機機構(gòu),環(huán)向鋼管a與徑向鋼管a通過單向鉸節(jié)點連接內(nèi)圈 小型網(wǎng)殼和機構(gòu),徑向鋼管c與支座通過單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點連接;所述的剛性節(jié)點由穿 心鋼球和鋼管組成,鋼管一端與穿心鋼球焊接連接或螺栓連接,另一端與另外的穿心鋼球焊接連接或螺栓連接;所述的單向鉸接點將多個需相互拼接的機構(gòu)、最內(nèi)側(cè)機構(gòu)與內(nèi)圈小 型網(wǎng)殼分別相互連接;所述的單向鉸接點由穿心鋼球、單孔耳板、銷軸組成,鋼管焊接或者 螺栓連接在穿心鋼球的上端,單孔耳板的上端焊接連接在穿心鋼球的下端,單孔耳板的下 端與另外的單孔耳板下端通過銷軸相互連接;所述的單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點與最外側(cè)機構(gòu)相 連接;所述的單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點由鋼管、穿心鋼球、單孔鋼塊、鑄鋼支座、銷軸、單孔耳板 組成,穿心鋼球的上端與最外側(cè)機構(gòu)的鋼管焊接連接,下端與單孔鋼塊焊接連接,單孔鋼塊 通過銷軸與單孔耳板連接,單孔耳板焊接連接在鑄鋼支座的兩側(cè)。所述的單孔耳板的截面為前端帶圓角的梯形截面,近圓角處開孔。所述的單孔鋼塊為實心鋼塊,由長方體鋼塊和四棱臺鋼塊或者圓臺型鋼塊組成, 長方體鋼塊沿長軸方向中心開孔。所述的穿心鋼球在剛性節(jié)點處為球形,在單向鉸節(jié)點處為半球形,穿心鋼球的上 部開孔。所述的環(huán)向鋼管a、環(huán)向鋼管b、徑向鋼管a、徑向鋼管b、徑向鋼管c均為無縫鋼管。所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工方法,其特征是首先安裝不具有自由度的 內(nèi)圈小型網(wǎng)殼,處于該部分的徑向鋼管b和環(huán)向鋼管b通過剛性節(jié)點相互連接,小型網(wǎng)殼周 圈鉸線上暫時不安裝環(huán)向鋼管a ;其次安裝具有自由度的機構(gòu),處于該部分的徑向鋼管b和 環(huán)向鋼管b通過剛性節(jié)點相互連接,在機構(gòu)周圈鉸線上暫時不安裝環(huán)向鋼管a ;接著將最內(nèi) 側(cè)的機構(gòu)通過單向鉸節(jié)點與內(nèi)圈小型網(wǎng)殼拼接;然后沿網(wǎng)殼徑向方向?qū)⒍鄠€需相耳拼接的 機構(gòu)通過單向鉸節(jié)點分別相互連接;再將最外側(cè)的機構(gòu)通過單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點與支座處 連接;最后在內(nèi)圈小型網(wǎng)殼底部部署頂升設(shè)備進行頂升。第一次頂升過程中,將包含前三道 鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼、機構(gòu)頂升到設(shè)計高度時,取消兩道鉸線,即在前兩道鉸線位置安裝環(huán) 向鋼管a,使得包含前三道鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);第二次頂升過程中, 將包含前五道鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)頂升到設(shè)計高度時,然后在前四道鉸線上安裝環(huán) 向鋼管a,使得包含前五道鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);依照這種頂升-安裝
環(huán)向鋼管_再頂升_再安裝環(huán)向鋼管a-再次頂升......的施工辦法重復(fù)進行,直到形成
整個多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)圖(地面拼裝完成時的側(cè)視圖)
圖2為本發(fā)明地面拼裝完成時的俯視圖3為本發(fā)明頂升過程中的側(cè)視圖4為本發(fā)明頂升過程中的俯視圖5為本發(fā)明最終成型時的側(cè)視圖6為本發(fā)明最終成型時的俯視圖7為本發(fā)明地面拼裝時帶有假想鉸線的俯視圖8為剛性節(jié)點構(gòu)造圖9為單向鉸接點構(gòu)造圖10為單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點構(gòu)造圖中1.剛性節(jié)點,2.徑向鋼管a,3.單向鉸節(jié)點,4.單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點,5.穿 心鋼球,6.銷軸,7.單孔耳板,8.鑄鋼支座,9.單孔鋼塊,10.鉸線,11.環(huán)向鋼管a,12.環(huán) 向鋼管b,13.徑向鋼管b,14.徑向鋼管c。
具體實施例方式如圖1所示,一種多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)包括剛性節(jié)點1,徑向鋼管a2,單向鉸 節(jié)點3,單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點4,穿心鋼球5,銷軸6,單孔耳板7,鑄鋼支座8,單孔鋼塊9,鉸 線10,環(huán)向鋼管all,環(huán)向鋼管bl2,徑向鋼管bl3,和徑向鋼管cl4。首先分別組裝成內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)將環(huán)向鋼管bl2和徑向鋼管bl3與穿心鋼 球5焊接連接或螺栓連接,形成剛性節(jié)點1的連接形式,如圖8所示。其次將內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)相連將環(huán)向鋼管all和徑向鋼管a2焊接或者螺栓連 接于穿心鋼球5,單孔耳板7的上端焊接連接在穿心鋼球5的下端,單孔耳板7的下端與另 外的單孔耳板7下端通過銷軸6相互連接,形成單向鉸接點3的連接形式,如圖9所示。再將周邊機構(gòu)通過單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點與支座相連徑向鋼管cl4焊接或者螺栓 連接于穿心鋼球5,單孔鋼塊9與穿心鋼球5的下端焊接連接,單孔鋼塊9通過銷軸6與單 孔耳板7連接,單孔耳板7焊接連接在鑄鋼支座8的兩側(cè),如圖10所示。最后在內(nèi)圈小型網(wǎng)殼部署頂升設(shè)備進行頂升。第一次頂升過程中,將包含前三道 鉸線10的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼、機構(gòu)頂升到設(shè)計高度時,在前兩道鉸線10位置安裝環(huán)向鋼管all, 使得包含前三道鉸線10的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);第二次頂升過程中,將包 含前五道鉸線10的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)頂升到設(shè)計高度時,然后在前四道鉸線10上安裝 環(huán)向鋼管all,使得包含前五道鉸線10的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);依照這種頂 升-安裝環(huán)向鋼管all-再頂升-再安裝環(huán)向鋼管all-再次頂升……的施工辦法重復(fù)進行, 直到形成整個網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼網(wǎng)格尺寸大小可根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度確定,網(wǎng)格的形式可采用單向斜桿正交正方網(wǎng) 格,交叉斜桿正交正方網(wǎng)格、聯(lián)方網(wǎng)格、三向網(wǎng)格或其他網(wǎng)格布置方式,本實施例采用為凱 威特-聯(lián)方型網(wǎng)格,如圖1-7所示。鉸線10的設(shè)置可根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度確定,可沿網(wǎng)殼徑向間隔布置也可連續(xù)布置。本實 施例采用連續(xù)布置,共有7道鉸線,如圖7所示。
權(quán)利要求
多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法,包括環(huán)向鋼管a、環(huán)向鋼管b、徑向鋼管a、徑向鋼管b、徑向鋼管c、穿心鋼球、銷軸、單孔鋼塊、單孔耳板、鑄鋼支座、剛性節(jié)點、單向鉸節(jié)點和單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點。其特征在于,所述的環(huán)向鋼管b與徑向鋼管b通過剛性節(jié)點連接,組裝成內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu),環(huán)向鋼管a與徑向鋼管a通過單向鉸節(jié)點連接內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu),徑向鋼管c與支座通過單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點連接;所述的剛性節(jié)點由穿心鋼球和鋼管組成,鋼管一端與穿心鋼球焊接連接或螺栓連接,另一端與另外的穿心鋼球焊接連接或螺栓連接;所述的單向鉸接點將多個需相互拼接的機構(gòu)、最內(nèi)側(cè)機構(gòu)與內(nèi)圈小型網(wǎng)殼分別相互連接;所述的單向鉸接點由穿心鋼球、單孔耳板、銷軸組成,鋼管焊接或者螺栓連接在穿心鋼球的上端,單孔耳板的上端焊接連接在穿心鋼球的下端,單孔耳板的下端與另外的單孔耳板下端通過銷軸相互連接;所述的單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點與最外側(cè)機構(gòu)相連接;所述的單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點由鋼管、穿心鋼球、單孔鋼塊、鑄鋼支座、銷軸、單孔耳板組成,穿心鋼球的上端與最外側(cè)機構(gòu)的鋼管焊接連接,下端與單孔鋼塊焊接連接,單孔鋼塊通過銷軸與單孔耳板連接,單孔耳板焊接連接在鑄鋼支座的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其特征是,所述的單孔耳板的截 面為前端帶圓角的梯形截面,近圓角處開孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其特征是,所述的單孔鋼塊為實 心鋼塊,由長方體鋼塊和四棱臺鋼塊或者圓臺型鋼塊組成,長方體鋼塊沿長軸方向中心開 孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其特征是,所述的穿心鋼球在剛 性節(jié)點處為球形,在單向鉸節(jié)點處為半球形,穿心鋼球的上部開孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其特征是,所述的環(huán)向鋼管a、環(huán) 向鋼管b、徑向鋼管a、徑向鋼管b和徑向鋼管c均為無縫鋼管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法,其特征是首先安 裝不具有自由度的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼,處于該部分的徑向鋼管b和環(huán)向鋼管b通過剛性節(jié)點相 互連接,小型網(wǎng)殼周圈鉸線上暫時不安裝環(huán)向鋼管a ;其次安裝具有自由度的機構(gòu),處于該 部分的徑向鋼管b和環(huán)向鋼管b通過剛性節(jié)點相互連接,在機構(gòu)周圈鉸線上暫時不安裝環(huán) 向鋼管a;接著將最內(nèi)側(cè)的機構(gòu)通過單向鉸節(jié)點與內(nèi)圈小型網(wǎng)殼拼接;然后沿網(wǎng)殼徑向方 向?qū)⒍鄠€需相互拼接的機構(gòu)上的徑向鋼管a通過單向鉸節(jié)點分別相互連接;再將最外側(cè)的 機構(gòu)上的徑向鋼管c與單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點相連接;最后在內(nèi)圈小型網(wǎng)殼底部部署頂升設(shè) 備進行頂升。第一次頂升過程中,將包含前三道鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼、機構(gòu)頂升到設(shè)計高度 時,取消兩道鉸線,即在前兩道鉸線位置安裝環(huán)向鋼管a,使得包含前三道鉸線的內(nèi)圈小型 網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);第二次頂升過程中,將包含前五道鉸線的內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu) 頂升到設(shè)計高度時,然后在前四道鉸線上安裝環(huán)向鋼管a,使得包含前五道鉸線的內(nèi)圈小型 網(wǎng)殼和機構(gòu)成為一個結(jié)構(gòu);依照這種頂升_安裝環(huán)向鋼管_再頂升_再安裝環(huán)向鋼管再 次頂升......的施工辦法重復(fù)進行,直到形成整個多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。
全文摘要
多鉸線頂升球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其施工方法,包括環(huán)向鋼管a、環(huán)向鋼管b、徑向鋼管a、徑向鋼管b、徑向鋼管c、穿心鋼球、銷軸、單孔鋼塊、單孔耳板、鑄鋼支座、剛性節(jié)點、單向鉸節(jié)點和單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點。通過剛性節(jié)點連接,組裝成內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu),通過單向鉸節(jié)點連接內(nèi)圈小型網(wǎng)殼和機構(gòu),并形成鉸線,通過單向轉(zhuǎn)動鉸支座節(jié)點與支座處連接,將內(nèi)圈小型網(wǎng)殼頂升,使其帶動相鄰的機構(gòu)上升,當(dāng)有三道鉸線升到設(shè)計高度時,取消兩道絞線,使已頂升部分成為結(jié)構(gòu),重復(fù)以此過程,直到形成整個結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是,施工方便、工期短、力流清晰合理,適用于一般的工業(yè)與民用建筑,特別適用于會展中心、體育場館和機場航站樓等大跨度空間結(jié)構(gòu)。
文檔編號E04B1/58GK101956426SQ201010145419
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者任曉菲, 劉占省, 孫國軍, 王小盾, 陳坤, 陳志華 申請人:天津大學(xué)
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