[实用新型]一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系

说明书

本实用新型公开了一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系，包括由高屋面网壳和低屋面网壳相对叠合组成的中心支撑构架、高低屋面网壳连接腹杆、缺口封闭桁架；高、低屋面网壳均为由径向落地弧形管桁架经旋转复制排布、环向管桁架连接后外三切边而成的三角网壳，中心设有圆形开口；高低屋面网壳连接腹杆位于高、低屋面网壳的平面重合区域，用于连接高屋面网壳和低屋面网壳；缺口封闭桁架用于封闭连接中心支撑构架中高屋面网壳和低屋面网壳外三切边交汇的缺口。本实用新型基于高、低屋面网壳的叠合整体受力模式，并通过缺口封闭桁架的围合连接，构件组成模块明确，构造合理，传力清晰，具有高整体刚度、高承载力特点，应用范围较广。

技术领域

本实用新型属于结构工程技术领域，尤其涉及一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系。大跨度指跨度不小于60米。

背景技术

空间管桁架体系是由较大截面贯通主管和多根与其相贯焊接并规则性布置的较小截面支管所构成的新型空间大跨度桁架结构，由于其体系轻盈、受力合理、刚度较大、外观优美，主要应用于体育场馆、机场候机楼、展览馆等大跨度空间建筑的屋盖结构体系中。

落地弧形空间管桁架体系是其中一类重要的空间大跨度结构形式。由于建筑外观造型的需要，建筑屋盖和侧墙往往会涉及较多的曲线边界。该类体系通过将屋盖管桁架进行曲线延伸至地面并进行支座固定，构成屋盖和侧墙的统一管桁架结构形式，基于整体体系受力性能模式，使其能在较小自重的前提下跨越极大的空间跨度，同时给建筑内部空间的设置带来更好的发挥余地。

当空间跨度较大时，由管桁架组成的单层网壳体系将会出现很大的层高和很大尺寸的构件，不仅结构体系刚度、变形挠度难以满足规范要求，同时也为施工吊装和焊接操作带来巨大的困难。而多层网壳体系由于构件密集、重量大，导致网壳结构占用空间大、节点复杂、建筑透光性差等问题，因而其应用也受到很大的限制。因而合理有效的网壳体系设计方案是保证其承载性能和实施可行性的一个重要因素。

在落地弧形管桁架体系中，双层叠合网壳体系设计方案可较好解决上述管桁架单层网壳体系、多层网壳体系所存在的诸多缺陷。该体系通过两个单层网壳体系的重合区域的局部腹杆连接而形成整体受力体系，非重合区域仍各自为单层网壳体系，具有重量轻、跨度大、刚度大的优点。

此外，当双层叠合网壳体系同时涉及大跨度、大悬挑、大开洞等复杂建筑功能时，结构体系将存在汇交构件较多、部件拼装复杂、体系受力性能复杂以及节点强化处理等问题，合理有效的叠合网壳体系的形式设计及拼装方案也是保证其承载性能的一个重要因素。

综上所述，研究一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系的形式及设计方法，以适用于内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系及承载是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系，可以实现内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系设计及承载。

该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合整体受力及承载模式的设计原则，在充分发挥整体结构体系较大刚度和较轻自重的同时，基于由落地弧形管桁架旋转生成并进行外切边、内圆开口处理的高低屋面双层网壳叠合构成方案实现大跨度(跨度不小于60米)、大悬挑(悬挑不小于20米)、大开洞(开洞不小于20米)的大跨空间建筑造型及功能。

本实用新型的设计思路基于内圆开口、外三切边的高低屋面双层叠合网壳的有效结合和整体受力模式：

首先，以径向布置的落地弧形空间管桁架为基本单元，通过中心旋转复制并相互连接组成多榀管桁架，构成满足建筑外观造型需要的高、低屋面单层网壳体系；其次，通过内圆开口、外三切边方式对高、低屋面单层网壳体系进行边界处理，并按一定规则进行叠合拼装，有效结合为整体受力模式的双层叠合网壳体系；最后，通过非线性稳定极限性能分析，并控制体系变形、构件应力等，保障结构体系的整体受力承载性能，避免出现失稳破坏。