一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构制造技术

一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，由主体网壳，基底节点座和棚板组成。其主体网壳是以32面体为基础，经过拓扑映射变换得到，由节点座和活节连杆两类零部件构成，采用螺纹连接方法，可以快速便捷实现安装。主体网壳与基底节点座通过垂直连杆相连，在直杆接地节点接头外法线方向上，设置有锚孔板，定位锚杆通过锚孔将半球网壳牢固地固定在基梁与地面基础上，提高了半球形网壳抗强风暴雪的性能。该半球形棚板网壳结构的跨度可以分级调节变化，现场结构安装架设可以从垂直于地面杆件开始，顺次的向上连接，施工十分便捷快速，可作为需快速构建的大跨度展览会馆、装备设备储存库、救灾医疗中心与物资中心使用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，由主体网壳，基底节点座和棚板组成。其主体网壳是以32面体为基础，经过拓扑映射变换得到，由节点座和活节连杆两类零部件构成，采用螺纹连接方法，可以快速便捷实现安装。主体网壳与基底节点座通过垂直连杆相连，在直杆接地节点接头外法线方向上，设置有锚孔板，定位锚杆通过锚孔将半球网壳牢固地固定在基梁与地面基础上，提高了半球形网壳抗强风暴雪的性能。该半球形棚板网壳结构的跨度可以分级调节变化，现场结构安装架设可以从垂直于地面杆件开始，顺次的向上连接，施工十分便捷快速，可作为需快速构建的大跨度展览会馆、装备设备储存库、救灾医疗中心与物资中心使用。【专利说明】一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构
本专利技术涉及一种基于拓扑学、空间几何学和杆件系统结构力学的球形多面体单层网壳特殊设计方法，尤其是涉及一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，属于结构工程
。
技术介绍
目前已经获得广泛应用的球形网壳结构构建方法由以色列学者Hanaor提出，其构建方法共有两种:一种是具有四边形构型的经纬线法(图1);另一种是具有三角形构型的、以20面体为理论基础的测地投影法(图2)。其中，Hanaor测地投影法仅限于在三角形构型的焊接或铆接网壳结构中使用(图3)，难以满足大跨度单层球面网壳快速装配的要求。采用上述两种方法建成的结构已大量应用，但设计计算繁复，构件种类多，没有垂直于地面的直立杆件，导致在施工过程中难以便捷安装，使得结构网壳装配过程繁杂，且Hanaor的单层球形网壳结构中的构件均采用焊接工艺连接，施工周期很长，现场焊接质量也难于保证。为解决上述问题，本专利技术提出一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构(图4)。这种半球形棚板网壳结构的构建方法是从拓扑学和空间几何基础理论出发，以32面体为基础建立平面基元，并进行正六边形网格细分，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换，获得具有赤道面上垂直杆件特征的单层半球形网壳。
技术实现思路
本专利技术提出的一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，旨在提供一种具有一定跨度且安装方便快捷的半球形棚板网壳结构，可作为快速构建大跨度展览会馆、装备设备储存库、救灾医疗中心与物资中心使用。本专利技术提出的一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，其特征在于，该半球形棚板网壳结构含有:半球形主体网壳，基底节点座，活节连接杆件，棚板；所述半球形主体网壳由基底节点座和活节连接杆件两类零部件构成，采用螺纹连接；所述半球形主体网壳是以32面体为基础建立平面基元，并进行正六边形网格细分，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换得到；所述活节连接杆件采用冷轧铝或铝合金管进行加工；所述各种基底节点座采用高碳钢材料熔模精密铸造进行加工，并进行镀锌防锈。在上述半球形棚板网壳结构中，所述每个节点座与三根杆件相连，网壳基底节点座，一个杆接头垂直向上，另外两个接头指向网壳水平面上底梁多边形弦线方向；在直杆接地节点接头外法线方向上，设置有锚孔板，定位锚杆通过锚孔将半球网壳牢固地固定在基梁与地面基础上，提高了半球形网壳抗强风暴雪的性能。在上述半球形棚板网壳结构中，所述半球形网壳节点的上部设计结构中有支撑棚板的环形承台面，棚板角表面通过上面压盖锁紧到环形承台面上，在承受复杂荷载作用下整体结构仍保持稳定。本专利技术的优点主要有:(I)以节点接头和直杆杆件两类部件作为构成网壳单元的零部件，采用方便灵活的螺纹连接取代焊接工艺，精度高，安装迅速便捷，可显著提高施工作业速度；(2)采用提供的网壳基底特殊接地节点构造和锚栓接地方法牢固稳定，提高了半球形网壳抗强风暴雪性能；(3)现场结构安装架设可以从垂直于地面杆件开始，顺次的向上连接，使网壳施工十分便捷快速；(4)根据本专利技术的方法选取多边形构型42面体、162面体、362面体结构等，可以构建出大跨度单层半球形棚板网壳系列；(5)跨度可以分级调节变化，节点座和连接杆种类少，便于安装。【专利附图】【附图说明】图1为经纬线法生成半球形网壳，I—肋，2—环；图2为20面体三角形构型测地投影法生成球形网壳；图3为三角形构型测地投影法球形网壳多伦多会展中心(加拿大)；图4为本专利技术的三维模型图；图5为本专利技术建立的42面体平面拓扑基元；图6为本专利技术中42面体球形网壳节点与构型；图7为本专利技术中42面体三维投影实体图下切平面位置，3—赤道面；图8为本专利技术建立的162面体拓扑细分平面基元；图9为本专利技术中162面体节点类型；图10为本专利技术中162面体六边形构型；图11为本专利技术中162面体三位投影实体图下切平面位置，4——赤道面；图12为本专利技术中362面体细分平面单元；图13为本专利技术中362面体的7个节点类型；图14为本专利技术中362面体的6个6边形构型；图15-1和15-2为本专利技术中42面体、162面体半球形棚板网壳的主体节点座构造，5—紧固棚板螺孔，6—棚板承台面，7—外螺纹连杆接头，8—承吊底盘；图16-1和16-2为本专利技术中42面体、162面体半球形棚板网壳的基底节点座构造；图17-1和17-2为本专利技术中42面体、162面体半球形棚板网壳节点座直杆连接三维投影；图18、图19为本专利技术中42面体、162面体半球形棚板网壳节点杆件连接构造与工艺安装，9——三叉节点座，10——活节接头挡圈，11——活节接头螺母，12——连杆。【具体实施方式】下面结合附图5?18，详细说明本专利技术的结构及其安装方法。一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，其特征在于，该半球形棚板网壳结构含有:半球形主体网壳，基底节点座，棚板。所述半球形主体网壳以32面体变体平面基元拓扑展开为基础，用建立“节点弦面角和”及其球面映射变换方法取代Hanaor以20面体球面基元直接展开的测地投影法，同时选取具有特定的基元边长比和细分参数，构成具有直立杆件特性的特定多面体系列，以实现垂直于地面杆件单层半球网壳拓扑设计。所述半球形主体网壳，是由节点座和活节连杆两类零部件构成，采用螺纹连接方法，可以快速便捷实现安装。零部件设计的节点座为高碳钢，连接杆为合金铝，使42面体和162面体半球网壳单件重量控制在3kg以内，构件重量轻，不需要特殊运输与起重设备，特别适用于野外安装作业，可以满足总体网壳一天之内完成施工安装的特殊要求。本专利技术的【具体实施方式】分为网壳设计和安装两个方面。(一 )构建垂直于地面杆件的多面体I)建立组合32面体变体，在拓扑展开平面基元上，建立边长比M为yfl，涵’ 5VJ的长边；2)对拓扑平面基元进行相等正六边形细分，细分为半个或整个正六边形；3)为向5边形外接圆邻域进行拓扑映射变换，采用节点“弦面角和”方法进行逼近计算，获得相应的弦面角和边长值；4)根据特定垂直杆多面体精确计算值，给出42面体、162面体以及362面体等球面拓扑关系映射变换后的实体视图；5)以各计算值作为向球面拓扑变换结果，提供相应的主体节点座类型数、杆件种类数和基底多边形参数，给出半球形网壳节点构造。`(二)构建42面体直立杆件半球网壳I)建立拓扑基元选取32面体变体平面基元边长比为M=力，边长比定义为5边形边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有垂直杆件支撑可快速装配的半球形棚板网壳结构，其特征在于，该半球形棚板网壳结构含有：半球形主体网壳，基底节点座，活节连接杆件，棚板；所述半球形主体网壳由基底节点座和活节连接杆件两类零部件构成，采用螺纹连接；所述半球形主体网壳是以32面体为基础建立平面基元，并进行正六边形网格细分，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换得到；所述活节连接杆件采用冷轧铝或铝合金管进行加工；所述各种基底节点座采用高碳钢材料熔模精密铸造进行加工，并进行镀锌防锈。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周广恩，周丰峻，周丽，朱宗平，纪相普，彭真明，杨俊飞，杨华，饶劲松，何淑贤，魏巍，
申请(专利权)人：周广恩，周丰峻，周丽，
类型：发明
国别省市：