[发明专利]空间桁架拱顶

说明书

本发明涉及空间桁架拱顶，具体地说，涉及这样的结构桁架装置，它包括一批稳定的模件，这些模件可以有效地互连，以确定一个可作多种应用的桁架系统。

尽管现有的空间桁架已然用于多种结构，但这里主要在大跨度拱顶的范围内叙述，因为这类大跨度拱顶是最早设想到并已有发展的。下面将在这一范围内描述本发明，并讨论它对其它各种结构的应用。

本发明的所有者（即Temcor of Carson，加州，美国）已开发了三种轻型的、结实的、结构上有效的拱顶。

按照实际上跨度范围提高的秩序排列，它们是网格球式（相应的美国专利号为3026651、3058550、3063519与3194360）、多框架拱顶式（相应的美国专利号为3909994）以及Richter拱顶式（有关的专利是美国专利4611442号、加拿大专利1268917号与英国专利2194735号）。现有的空间桁架已实际应用于采用了多框架拱顶设计原理的拱顶。

按照美国专利3909994号所述，球形弯曲拱顶或具备其它所需曲率拱顶的主表面，经三角剖分成面积基本相等的一些三角形区，这些区主要是等边三角形区。拱顶表面完全为这些三角形区覆盖。在实际拱顶邻区间的边缘是由横剖面最好与工字梁的类似的结构支柱件所确定。在这些三角区的毗邻角处，将一批支柱相互连接成毂式的结节;在拱顶的周边内，通常是五或六根支柱连在一个结节上。互连的支柱间的孔口是由金属片盖板封盖，这些盖板最好是在它们所连接的支柱之间张紧。上述支柱、结节毂盘与盖板最好用相似的金属通常是铝来确定。

与用来确定拱顶的结构系统无关，拱顶本身会受到某种程度的所谓“突塌”的麻烦现象的影响。当拱顶上的载荷大到使拱顶反向弯曲而成为凹向上不是凸向上，至少是在它的一部分区域上是如此时，上述突塌现象就会发生。当风、雪或冰等自然负荷加到拱顶上时;当由于有照明装置、记分板、音响设备、气候控制设备、狭窄的梯道等从拱顶内部悬挂下来而加重负荷达到临界水平时，就会形成上述导致突塌的载荷。对于大直径的浅的（高度较低的）拱顶，突塌现象会是一个较小直径组有较高拱顶更为严重的问题。随着从拱顶的顶端到它的周边，拱顶对突陷的稳定性是越来越大的，因为在周边处的拱顶结构件要比在拱顶顶部邻近处的结构件更为直立。

在一个拱顶中来防止突塌的一个显而易见的方法是，使拱顶的构件足够结实来防止突塌。这种方法需要在整个拱顶上或在拱顶上最易受突塌影响的区域上，采用有较大剖面模数（即深度）之支柱的拱顶结构。要是整个拱顶都采用较强的支柱，则绝大部分拱顶都将是超裕度设计的，拱顶将会比为有效地处理突塌问题实际所需的重量较重，费用也较高。若将较强的（也即较深的）支柱限用于拱顶上最易发生突塌的部分，则业已发现，这要求在拱顶上需要连接起不同深度之支柱的地方采用复杂和价昂的毂结构。据此可以看到，用来防止拱顶突塌的传统方法是有着种种不足之处与缺点的。

这样，显然需要为具有当前所用的这种结构框架系统的拱顶，找到一些能克服已知防突塌法的缺点的结构布置与方法。

本发明的意义即在于解决上面指出的这种需要。为此，本发明提出一种空间桁架系统，它对于有关主表面为弧形的结构特别有用。这种桁架系统由于它的高效性据认为是具有很广的用途的，但是，特别适用于这样一种拱顶框架系统;其中由结构件所确定的拱顶支柱具有类似于工字梁的横剖面构型。

一般地说，在本发明的一种结构形式中，此种桁架式结构的一个主表面具有由主构件确定的所需曲率。由这些在会合点相互连接而将此主表面细剖分成一批嵌套式主三角区的主构件则构成了一个主结构格栅。上述桁架是存在于主表面中央部分邻近，而这一中央部分则是朝着向内方向与主表面的周边相分开的。上述桁架包括一由副构件组成的副结构格栅。这些副构件配置在一副表面上，此副表面与主表面相分开，而其曲率中心则可与主表面的基本相同。这些副构件在它们于副表面上的连接部处形成了一批相互连接的和非嵌套的副三角区，它们在数量上与主三角区相当。每个副三角区有一个角基本上同它所对应的主三角区的相对边的中部相关联。这种桁架还可以包括一批使主与副格栅相互连接的构件。这些构件是成对相关的，并将副格栅中的每个连接部结合到主构件上与此连接部在空间上最紧密相关的端点上。