[实用新型]菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构

说明书

本实用新型涉及菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构，包括正曲率双向曲面网壳结构；十二面体基本单元由四个菱形十二面体沿平面的双向斜交对接而成；正交阵列组合体由十二面体基本单元沿着三个正交方向阵列复制生成；阵列组合旋转体由正交阵列组合体绕空间旋转轴旋转一定角度生成；边界切割结构由跨度向平面边界或跨度向曲面边界切割阵列组合旋转体生成；平面边界切割结构通过正曲率双向弯曲起拱生成正曲率双向曲面网壳结构。本实用新型的有益效果是：本实用新型是一种新型空间结构形式，相比传统的空间网架结构、网壳结构，本实用新型具有重复阵列效果，节点连接杆件少、杆件规格少、抗震延性大且造型美观等优点。

技术领域

本实用新型属于结构工程技术领域，涉及一种菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构。

背景技术

堆积组合体的构想来源于物理学中的气泡理论，菱形十二面体堆积组合属于其中一种典型的堆积体，经三维扩展后可以无间隙地填充所有空间。菱形十二面体是由12个相同的菱形组成，且仅有1种棱边长度和2种交叉节点类型，节点连接杆件对应2种交叉节点分别为3根、4根，节点连接杆件少，构造简单。

菱形十二面体的基本单元在俯视图、后视图、左视图的三个坐标轴线方向上具有可重复性，可以将其沿着三个正交方向进行阵列复制生成正交阵列组合体，从而填充整个三维空间，这类多面体即为空间填充多面体。空间多面体经过建筑边界切割可获得满足建筑造型和结构刚度的平面刚架结构或曲面网壳结构。

平面刚架结构的跨度容易受到较大竖向变形挠度的限制，从而引起平面刚架的较大厚度。为提高承载性能、增大结构刚度、加大空间跨度，实际工程中往往采用曲面网壳结构以充分利用曲面结构的弧线轴压受力模式，这是一种有效的解决方案。曲面网壳的形式主要有柱面网壳、球面网壳、穹顶网壳和双曲面网壳等。

菱形十二面体在建筑切割面上切出的边线分别形成了屋盖结构的上、下弦杆，而切割面内部所保留的原有各菱形十二面体的棱边则构成了结构内部的腹杆。曲面网壳结构的形成有两种有效的解决方案：一种是对空间填充多面体直接进行曲面切割，形成曲面网壳结构；另一种是先通过平面切割生成平面刚架结构，再进行单向或双向弯曲起拱，形成曲面网壳结构。前者节点相连杆件的数量、长度和夹角均未变，但切割后可能造成网格的凌乱，对切割位置、切割曲面均有一定的限制；后者节点相连杆件的长度和夹角均产生变化，但网格相对规整；两者各有一定的适用范围。

相比传统的空间网架结构、网壳结构，菱形十二面体堆积组合的曲面网壳结构具有节点相连杆件数量少、长度规格少、节点形式简单、承载刚度较好等等优点，在大跨空间结构屋盖、墙面等建筑结构领域具有广阔的应用前景。

综上所述，研究一种菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构的形式及设计方法，以适用于要求节点构造简单、杆件规格少、抗震延性大且造型美观的大跨空间曲面建筑造型屋盖和墙面结构体系设计及承载是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构。

这种菱形十二面体堆积组合的空间球面网壳结构，包括正曲率双向曲面网壳结构；菱形十二面体是由十二个全等菱形组成的多面体；十二面体基本单元由四个菱形十二面体沿平面的双向斜交对接而成；正交阵列组合体由十二面体基本单元沿着三个正交方向阵列复制生成；阵列组合旋转体由正交阵列组合体绕空间旋转轴旋转一定角度生成；边界切割结构由跨度向平面边界或跨度向曲面边界切割阵列组合旋转体生成，包括平面边界切割结构和曲面边界切割结构(对阵列组合旋转体采用跨度向曲面边界切割生成的曲面网壳结构，属于切割曲面化，生成的曲面网壳结构即为曲面边界切割结构)；曲面网壳结构由平面边界切割结构的起拱曲面化生成，平面边界切割结构通过正曲率双向弯曲起拱生成正曲率双向曲面网壳结构。

进一步地，所述曲面网壳结构由切割表面的结构边线、原有菱形十二面体的表面棱边和原有菱形十二面体的内部棱边组成，为刚接连接的空间梁系结构。