[实用新型]由四边形平面六杆四面体单元连接组合的球面网壳

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑领域，尤其涉及由四边形平面六杆四面体单元连接组合的球面网壳。

背景技术

三角锥单元、四角锥单元和六角锥单元是目前网架与网壳结构的基本组成单元。三角锥单元由6根杆件组成，是一种几何稳定的结构基本单元，要使其组成网壳结构需要在基本单元间增设部分连接杆件。三角锥网壳是以倒置的三角锥为网壳的基本组成单元，随着三角锥单元不同布设方式，上下弦网格可为三角形或六边形，从而构成形式各异的三角锥网壳。四角锥单元由8根杆件组成，是一种几何不稳定的结构基本单元，要使其组成网壳结构需要在基本单元间增设部分连接杆件。由该基本单元构成的网壳结构上下弦平面网格成四边形，根据四角锥单元不同布设方式，可获得各种形式的四角锥网壳。六角锥单元由12根杆件组成，是一种几何不稳定的结构基本单元，要使其组成网壳结构需要在基本单元间增设部分连接杆件。由该基本单元构成的网壳结构上下弦平面网格成六边形或三角形，可获得六角锥网壳。以上三种现有结构的基本单元要组成网壳结构均需要在基本单元间增设部分额外的连接杆件，节点汇交杆件数量较多，其中四角锥单元和六角锥单元本身是几何不稳定结构，这为结构的安装和施工带来一定困难。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种由四边形平面六杆四面体单元连接组合的球面网壳。

四边形平面六杆四面体单元是由一根上弦杆、一根下弦杆和四根腹杆组成，这种基本单元的上弦杆与下弦杆在杆件中心位置为空间正交布置，四根腹杆分别连接上下弦节点，构成经向上弦环向下弦四边形平面六杆四面体基本单元或环向上弦经向下弦四边形平面六杆四面体基本单元。

根据单元布设位置的不同可形成上弦环向下弦经向双向折线形球面网壳结构和上弦经向下弦环向双向折线形球面网壳结构。

     上弦环向下弦经向双向折线形球面网壳结构由经向上弦环向下弦四边形平面六杆四面体基本单元沿开口球壳向经向和环向拓展构成，其中每个基本单元之间上弦节点与上弦节点相连接，下弦节点与下弦节点相连接，经向上弦环向下弦四边形平面六杆四面体基本单元向经向拓展时从开口边到壳体底边，各单元经向杆件保持等长，环向杆件长度线性变化，在结构内圈上弦节点增加一圈环向杆件。

上弦经向下弦环向双向折线形球面网壳结构由环向上弦经向下弦四边形平面六杆四面体基本单元沿开口球壳向经向和环向拓展构成，其中每个基本单元之间上弦节点与上弦节点相连接，下弦节点与下弦节点相连接，环向上弦经向下弦四边形平面六杆四面体基本单元向经向拓展时从开口边到壳体底边，各单元经向杆件保持等长，环向杆件长度线性变化，在结构内圈下弦节点增加一圈环向杆件。

对二种折线形球面网壳结构根据不同上、下弦节点构造和不同梁、杆单元布设能分别得到四种结构。经向弦杆、环向弦杆和腹杆均采用梁单元，所有节点均采用刚接节点；经向弦杆和环向弦杆采用梁单元，腹杆采用杆单元，所有节点均采用半刚接半铰接节点，即弦杆间连接采用刚接连接，腹杆与弦杆间连接采用铰接连接；经向弦杆采用梁单元，环向弦杆和腹杆采用杆单元，经向弦杆间节点采用半刚接半铰接节点，即经向弦杆间连接采用刚接连接，腹杆与经向弦杆间连接采用铰接连接，其余节点均采用铰接连接；经向弦杆、环向弦杆和腹杆均采用杆单元，所有节点均采用铰接节点。

二种折线形球面网壳结构所分别对应的四种具体结构形式周边均可设置为不动铰支座。

本实用新型具有的有益效果：

1.四边形平面六杆四面体单元几何稳定，节点汇交杆件少

平面四边形六杆四面体单元类似于三角锥单元，其本身就是一稳定的几何不变体。在由此基本单元所组成的球面网壳结构中，交于上弦节点的杆件有六根，交于下弦节点的杆件也有六根。在常用的具有上下弦杆各类网壳结构中，这种结构体系的杆件数和节点数相对是最少的。

2.能连接成有双层作用的、构造简单的球面网壳

四边形平面六杆四面体单元，在无需另行增设杆系情况下便可连接组合而成球面网壳结构，因此相对于目前常用的三角锥等基本单元具有独特的优点。由于四边形平面六杆四面体单元具有上、下弦杆，所以由这种单元连接组合的结构在一定程度上还可起到两层网格结构的作用，有利于结构整体受力。

3.建筑造型简洁、美观、空间效果强