[发明专利]一种竹制空间双层穹顶结构

说明书

 

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种适用于大跨度屋盖结构的新型竹制空间双层穹顶的结构形式、节点连接及其安装方法。

 

背景技术

目前，我国建筑业的主要材料以钢材和混凝土为主，无论是钢构件的工厂预制还是混凝土构件的现场浇筑，均属高耗能、高污染的产业，不符合国家和社会可持续发展的目标。近年来，随着低碳环保建筑概念的提出，生态建筑结构日益受到社会的广泛关注。木结构虽然符合生态环保建筑的要求，但我国森林资源日益匮乏，且林木成材周期长，导致建筑用原木材料来源极为有限，因此难以大力推广。而同样作为天然建筑材料，我国的竹材资源却十分丰富，且竹子繁殖能力强、成材周期短、材质优良，可为竹结构的大量建造提供充足的原竹材料来源。因此，开发和利用竹材资源，将竹材广泛应用于建筑结构领域是实现建筑环保、保障经济社会可持续发展的重要举措。

与现有的混凝土结构、砌体结构和钢结构相比，竹结构具有以下优点：（1） 原材料来源广泛，结构造价低廉；（2） 由于竹材质量轻、韧性好、强度高，因此竹结构具有非常良好的抗震性能；（3） 竹结构设计简洁美观、施工方便快捷，有利于缩短工期、降低施工费用，能够满足一些特殊场合（如灾后救援）快速建造的需要；（4） 竹材是绿色材料，生产过程环保无污染，因此竹结构也是绿色建筑。上述优点使得竹结构的研究和应用在近年来得到了较大的发展。

然而，目前在工程中应用的竹结构主要以跨度较小的单层或多层住宅为主，且多采用对毛竹纤维进行胶水浸泡和高压成型的竹胶板作为原材料。这类竹胶板虽以毛竹为原材料，但在加工过程中加入了大量含甲醛和苯酚等成分的化学胶，因此生产过程及建成后都易于产生一定程度的环境污染，降低了竹结构的绿色环保性能。且竹胶板虽易制作成墙体或楼板等构件应用于房屋住宅结构，但难以在一些特殊形式的空间结构（如穹顶）中使用。而在一些公共建筑中（如影剧院、大型会场、展览中心等），大跨度的空间结构形式具有较大的需求。

本发明针对上述问题，提出一种主要利用毛竹筒制成的空间双层穹顶结构形式、节点连接技术及其安装方法。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可增强整体结构刚度、维护和修复简便的竹制空间双层穹顶结构。       

技术方案：本发明的竹制空间双层穹顶结构，包括上层网状竹结构、位于上层网状竹结构下方的下层竹拉杆体系和连接上层网状竹结构与下层竹拉杆体系的竖向撑杆；上层网状竹结构包括中心节点、至少两圈由环向杆件首尾连接而成的环形构件，中心节点通过径向杆件与最内层环形构件的节点连接，相邻两圈环形构件之间通过径向杆件连接。下层竹拉杆体系包括至少一个由环向拉杆首尾连接而成的环形拉杆体系，环形拉杆体系对应设置在上层网状竹结构的环形构件下方，每个环形拉杆体系的节点与所对应环形构件的节点通过竖向撑杆连接，每个环形拉杆体系的节点与向外一圈的环形构件的节点通过径向拉杆连接。

本发明所有受力杆件均采用毛竹筒制成，分为上下两层：上层为由多根环向竹杆和径向竹杆通过预制节点连接而成的网状结构，为穹顶结构的主体受力部分；下层则为竹拉杆体系，通过节点处的竖向撑杆为上层网状结构提供支撑。节点连接件采用预制钢构件，所有竹杆通过螺栓与节点钢构件可靠连接，从而形成稳固的空间竹结构受力体系。

本发明中，上层网状竹结构是空间结构的主要受力部分。在竖向荷载的作用下，径向杆件承受较大压力，将大部分荷载传递至支座节点；环向杆件则对径向杆件构成了稳定的侧向支撑，其拉力形成的闭合拉力环，为上层网状结构的整体性提供了良好的环向套箍作用。当承受风吸力荷载时，径向竹杆受拉，而环向杆件所受的压力则形成稳定的闭合压力环，有利于防止结构被风吸力掀起而导致破坏。

本发明中，在竖向荷载作用下，环形构件的节点向下变形，推动环形拉杆体系的节点亦随之变形，从而带动径向拉杆和环向拉杆产生较大拉力。下层拉杆体系的存在丰富了结构的荷载传递路径，除原有在上层网状结构内部通过径向杆件和环向杆件传递荷载的方式外，增加了如下途径：荷载→上层网状结构→下层内圈拉杆→上层网状结构→下层外圈拉杆→支座。荷载传递途径的增加，减小了上部网状结构的受力，提高了整体结构的刚度。