一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构制造技术

一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其包括有多个六边形框架单元组成的三层网壳，所述六边形框架单元上、中、下三层六边形框架层之间通过弹性短柱相连接，单个所述六边形框架单元上层六边形框架层对顶角之间用杆件相连，将上层整体六边形框架层六等分成等边三角形，中间层六边形框架层利用弹性碳纤维在六个弹性中空短柱的中心位置进行牵拉连接形成碳纤维牵拉层，下层六边形框架层保持原有六边形框架形态，整体构成硅藻藻壳的分级多孔蜂窝状立体结构。本实用新型专利技术单元结构在平面以及竖直方向上有一定的变形能力，使该结构在风、地震等荷载及温度、不均匀沉降等作用下可产生一定的变形效果，实现单元结构的自由呼吸。

A large-span three-layer spatial latticed shell structure based on diatom shell

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构
本技术属于建筑结构
，具体涉及一种能够释放温度应力，耗能减震的基于硅藻藻壳仿生结构的大跨三层空间网壳结构。
技术介绍
大跨度结构是国家建筑科学技术发展水平的重要标志之一，世界各国对空间结构的研究和发展都极为重视。大跨结构不仅可以满足建筑大空间的使用要求，也能使空间水平分隔的灵活性和垂直方向的自由调整可能性增大。大跨结构的优点是结构受力合理，造型美观轻巧，经济实用，缺点是需要耗费大量钢材。大跨度结构主要是在自重荷载下工作，因此大跨结构设计时要解决的主要矛盾是减轻结构自重、运营和使用中的荷载传递以及结构局部受力不合理或整体受力不对称问题。网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，以杆件为基础，按一定规律组成的网格。按照壳体结构布置的空间构件，它兼具杆系和壳体的性质，传力特点主要是通过壳体内两个方向上的拉力，压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注，有广泛发展前景的空间结构。网壳结构又包括单层网壳结构，预应力网壳结构，板锥网壳结构，肋力环形索承网壳结构，单层叉筒网壳结构等。该结构既可以用于中、小跨度和民用、工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑，在建筑平面上可适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形以及各种不规则的平面。由于在建筑外形上可以形成多种曲面，网壳结构在收到风荷载，温度应力等外力影响时，需要一定的变形余量来保持其结构的稳定性。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种适应于大跨度、消纳附加荷载、确保结构稳定的仿硅藻藻壳的“可呼吸”大跨三层空间网壳结构。本技术为实现上述目的，采用的技术方案为：一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其包括有多个六边形框架单元组成的三层网壳，所述六边形框架单元上、中、下三层六边形框架层之间通过弹性短柱相连接，单个所述六边形框架单元上层六边形框架层对顶角之间用杆件相连，将上层整体六边形框架层六等分成等边三角形，中间层六边形框架层利用弹性碳纤维在六个弹性中空短柱的中心位置进行牵拉连接形成碳纤维牵拉层，下层六边形框架层保持原有六边形框架形态，以上所述的六边形均为正六边形。进一步地，所述弹性短柱为中空圆短柱，设置在上、中、下三层六边形框架层顶角之间，所述中空圆短柱的上半部分及下半部分的中间设置有高强度弹簧，中间层六边形框架层弹性碳纤维穿过连接在上、中、下三层六边形框架层的弹性中空圆短柱中心，牵拉形成碳纤维牵拉层。作为优选，所述六边形框架单元为型钢焊接而成，且上层六边形框架层型钢规格大于中间层与末层六边形框架层型钢规格，所述杆件为与上层六边形框架层相同规格的型钢。作为优选，所述弹性短柱通过拉铆铆接方式与上、中、下三层六边形框架层连接，连接弹性短柱和六边形框架层的铆钉截面积之和不少于弹性短柱和六边形框架层连接面积的15%。本技术可实现大跨房屋屋盖的建造，或利用该三层网壳结构建造触地式大型场馆，突破了传统的柱加屋盖形成的大跨结构。本技术结构是三层的，在整体上仿造硅藻藻壳的分级多孔蜂窝状立体结构形态，确保三层空间网壳结构实现水平与垂直方向上的可呼吸功能。相对于传统单层或者双层网壳结构来说具有实现跨度更大的优点。单元结构为在平面内具有一定变形能力的六边形，达到了使该结构在风、地震荷载以及温度、不均匀沉降作用下产生二维平面变形的效果，实现单元结构的自由呼吸。同时，基于硅藻藻壳的六边形框架单元结构构造形成分级多孔蜂窝形态碳纤维牵拉层，使得单元结构在竖直方向上同时实现可呼吸，整体结构轻盈、牢固。六边形框架层之间的中空短柱有类似加强筋的作用，既能支撑和加固三层空间网壳结构，还能有效减轻整体网壳结构的自重，实现结构垂直方向上的可呼吸。当风荷载、温度应力等作用主结构时，通过自主产生一定量的伸缩变形，消纳附加荷载，确保结构的稳定。本技术通过结合仿生结构特性，研究硅藻藻壳的分级多孔形态，实现了三层空间网壳结构的可呼吸能力。附图说明图1为本技术结构示意图；图2为弹性短柱结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的说明。如图1所示的一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其包括有多个六边形框架单元1组成的三层网壳，所述六边形框架单元1上、中、下三层六边形框架层之间通过如图2所示的弹性短柱2相连接，单个所述六边形框架单元1上层六边形框架层对顶角之间用杆件相连，将上层整体六边形框架层41六等分成等边三角形，中间层六边形框架层42利用弹性碳纤维3在六个弹性中空短柱的中心位置进行牵拉连接形成碳纤维牵拉层，下层六边形框架层43保持原有六边形框架形态，以上所述的六边形均为正六边形。进一步地，所述弹性短柱2为中空圆短柱，设置在上、中、下三层六边形框架层顶角之间，所述中空圆短柱的上半部分及下半部分的中间设置有高强度弹簧21，以形成弹性力，中间层六边形框架层42弹性碳纤维3穿过连接在上、中、下三层六边形框架层的弹性中空圆短柱中心，牵拉形成碳纤维牵拉层。作为优选，所述六边形框架单元1为型钢焊接而成，且上层六边形框架层41型钢规格大于中间层与末层六边形框架层型钢规格，所述杆件为与上层六边形框架层41相同规格的型钢。作为优选，所述弹性短柱2通过拉铆铆接方式与上、中、下三层六边形框架层连接，连接弹性短柱2和六边形框架层的铆钉截面积之和不少于弹性短柱2和六边形框架层连接面积的15%。本技术网壳结构是三层空间网壳，仿造硅藻藻壳的分级多孔形态，确保三层空间网壳结构实现水平与垂直方向上的可呼吸功能。相对于传统单层或者双层网壳结构来说具有实现跨度更大的优点。单元结构为在平面内具有一定变形能力的六边形，达到了使该结构在风，地震荷载以及温度，不均匀沉降作用下产生二维平面变形的效果，实现单元结构的自由呼吸。同时，基于硅藻藻壳的仿生六边形框架单元1结构构造形呈分级多孔蜂窝形态碳纤维牵拉层，使得单元结构在竖直方向上同时实现可呼吸，整体结构轻盈、牢固。单元与单元之间的中空短柱有类似加强筋的作用，既能支撑和加固三层空间网壳结构，还能有效减轻整体网壳结构的自重，实现结构垂直方向上的可呼吸。当风荷载、温度应力等作用主结构时，通过自主产生一定量的伸缩变形，消纳附加荷载，确保结构的稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其特征在于：包括有多个六边形框架单元组成的三层网壳，所述六边形框架单元上、中、下三层六边形框架层之间通过弹性短柱相连接，单个所述六边形框架单元上层六边形框架层对顶角之间用杆件相连，将上层整体六边形框架层六等分成等边三角形，中间层六边形框架层利用弹性碳纤维在六个弹性中空短柱的中心位置进行牵拉连接形成碳纤维牵拉层，下层六边形框架层保持原有六边形框架形态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其特征在于：包括有多个六边形框架单元组成的三层网壳，所述六边形框架单元上、中、下三层六边形框架层之间通过弹性短柱相连接，单个所述六边形框架单元上层六边形框架层对顶角之间用杆件相连，将上层整体六边形框架层六等分成等边三角形，中间层六边形框架层利用弹性碳纤维在六个弹性中空短柱的中心位置进行牵拉连接形成碳纤维牵拉层，下层六边形框架层保持原有六边形框架形态。


2.根据权利要求1所述的一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其特征在于：所述的六边形框架单元、六边形框架层中的六边形均为正六边形。


3.根据权利要求1所述的一种基于硅藻藻壳的大跨三层空间网壳结构，其特征在于：所述弹性短柱为中空圆短柱，设置在上、中、...

【专利技术属性】
技术研发人员：华渊，王丽，王渝，张磊，刘悦，刘美婧，连俊英，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32