[实用新型]一种竹结构单层球面网壳

说明书

技术领域

本实用新型明涉及的是一种竹结构单层球面网壳，属于网壳结构技术领域。

背景技术

近年来，为了满足建筑使用功能的要求，大跨度空间结构越来越多地应用于工程实践，例如要求容纳大量观众的体育场馆，用于学术、文化、商业交流的会议展览中心，大规模的候机大厅与飞机库等都毫无例外地要求一个大的活动空间。而用杆件按一定规律排列形成的，以“薄膜”作用为主要受力特征的网壳结构因其跨越能力大，刚度好，省材料，结构多变，美观性强等优点，成为应用最广泛的大跨空间结构之一，具有广阔的发展空间。目前大跨网壳结构的建造及其所采用的技术已成为衡量一个国家建筑水平的重要标志，许多宏伟而富有特色的大跨网壳结构，如日本名古屋体育馆，中国国家大剧院等已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

单层球面网壳按网格划分形式分类，主要有肋环型、施威德勒型、葵花形、三向网格型、凯威特型，其中肋环型球面网壳是由径肋和环杆组成，整体刚度较差，适用于中小跨度结构；施威德勒型球面网壳是在肋环型基础上增加斜杆，从而提高了网壳的刚度并且增强了结构抵抗非对称荷载的能力；葵花形球面网壳由人字斜杆组成菱形网格，造型美观，为了增加网壳的刚度和稳定性，可以在环向加设杆件，适用于大、中跨度结构；三向网格型球面网壳网格在水平投影面上成正三角形，受力性能好，外形美观；凯威特型球面网壳把球面分为n（n=6、8、12…）个对称扇形曲面，然后在每个扇形曲面内，再由纬向杆系和斜向杆系将此曲面划分为大小比较均匀的三角形网格，在每个扇形平面中，各左斜杆平行，各右斜杆平行，整体刚度高，稳定性好，适用于大、中跨度结构。在单层球面网壳的选型方面，应根据建筑物具体的使用目的、造型需求和结构特点确定适宜的网壳类型。虽然网壳的网格划分形式多种多样，但其主体材料的选用却很单一，绝大多数网壳选用钢材，少数是铝合金或混凝土，目前尚未有将竹材应用于单层球面网壳结构的实例。

我国竹材资源丰富，且竹子3-5年即可成材，比木材的生长周期短，并可降解，是一种不可多得的生物质速生材料。如能将竹材加工重组成力学性能优良的结构杆件，应用于网壳结构，将拓宽竹结构的应用领域并推进绿色环保建筑的发展。在力学性能方面，竹材具有较好的抗拉、抗压和抗弯强度，是一种天然的建材，像傣族的竹楼就是竹材应用于房屋建筑的典型例子。但竹材在自然生长过程中形成的生理弯曲以及横纹和顺纹的受力性能差异从一定程度上影响了其力学性能，限制了其适用范围。随着科技进步，现有加工技术与设备虽能保证加工后竹杆件的外形准确度和力学强度，但受竹结构连接方式的制约，其应用范围一直未能得到拓宽。在竹结构连接方面，常见的连接方式为绑扎或榫卯式，采用该连接方式的竹节点相对于钢结构或混凝土结构的节点，竹节点的连接可靠度低。在建筑工程应用方面，目前竹材仅被加工成如竹地板，竹工艺品等装饰装修材料，其用于结构材的案例甚少。因此，在低碳、环保、绿色建筑理念得到广泛认同的今天，如何将竹材作为结构材应用于建筑工程结构，尤其应用于网壳结构，从而进一步拓宽竹材的应用领域，其意义就显得非常重大。

而如何提高竹结构连接节点的可靠性，充分发挥竹材力学性能，采用何种合理的计算手段进行竹结构设计，成为制约竹结构应用领域拓宽的关键问题。

发明内容

本实用新型提出的是一种竹结构单层球面网壳，其目的旨在解决现有技术所存在的上述问题，具有自重轻，施工方便，结构受力合理，安全性高，连接节点简单可靠，易维修，绿色环保等特点。

本实用新型的技术解决方案：一种竹结构单层球面网壳，一种竹结构单层球面网壳，其结构包括L根竹杆件，M个竹连接件、N个固定铰支座。

本实用新型的优点：

1）自重轻：由原竹加工成的重组竹或层积材，密度约为1.2g/cm³,约为钢材7.9g/cm³密度的1/6，约为铝合金2.3g/cm³密度的1/2。

2）施工方便：由于竹材的密度小，杆件拼接由单个工人即可完成，可降低工人的劳动强度和地面工作人员密度，利于提高施工质量和施工速度。