一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构及抽空方法技术

本发明专利技术公开了一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构及抽空方法，本发明专利技术中上弦网格为常规凯威特网格，下弦网格每个三角形的各角点法线都经过上弦网格其中一个三角形的重心位置，先计算出上弦网格的三角形抽空区域，该抽空区域三角形重心对应的下弦网格三角形的角点即为抽空区域下弦角锥节点，将与各抽空区域下弦角锥节点连接的三根腹杆及六根下弦杆抽除，即形成抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，本发明专利技术减少了杆件冗余度，充分发挥了结构杆件的力学性能，从而降低了凯威特角锥体系双层球壳结构的用钢量。的用钢量。的用钢量。

【技术实现步骤摘要】
一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构及抽空方法


[0001]本专利技术属于大跨空间结构领域，尤其涉及一种用于大跨空间的抽空凯威特角锥体系双层球壳结构及抽空方法。

技术介绍

[0002]凯威特球面球壳是1925年美国工程师凯威特为了改善施威德勒型和联方型球面球壳中网格大小不均而创造的，这种球壳结构受力性能优良，特别是在地震和强风作用下的性能很好，1973年建成的美国新奥尔良超级穹顶就是采用了这种网格形式，直径213m，矢高32m，保持了多年的球壳结构最大跨度记录。
[0003]常规凯威特球壳它是由n(n＝6、8、12
……
)根通长的经向杆先把球面分为n个对称扇形曲面，然后在每个扇形曲面内再由纬向杆和斜向杆将此曲面划分为大小比较匀称的三角形网格，在每个扇形面中左右斜杆都平行，故也将这种球壳称为平行联方型球壳。这种网格划分形式使得网格大小匀称，且内力分布均匀，常用于大、中跨度的球壳结构。
[0004]由于凯威特型角锥体系双层球壳在空间上均由三角锥组成，整体刚度很大，杆件存在一定的冗余，很多杆件的力学性能无法充分利用，结构上有进一步的优化空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构及抽空方法，将凯威特角锥体系双层球壳的局部腹杆和下弦杆进行抽除，减少了杆件冗余度，充分发挥了结构杆件的力学性能，从而降低凯威特角锥体系双层球壳结构的用钢量。
[0006]为实现以上目的，本专利技术技术方案为：
[0007]一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，包括上弦球壳层、腹杆、下弦球壳层，腹杆连接上弦球壳层和下弦球壳层；每个球壳层的每个扇形曲面内由经向杆、纬向杆和斜向杆将扇形曲面划分为三角形网格，上弦球壳层的经向杆、纬向杆和斜向杆为上弦杆，下弦球壳层的经向杆、纬向杆和斜向杆为下弦杆，所述的下弦球壳层各三角形的角点法线经过上弦球壳层三角形的重心位置，上弦球壳层三角形的三个角点，连接与其重心相对应的下弦球壳层三角形的角点，形成腹杆；上弦球壳层包括三角形的抽空区域,抽空区域的重心对应的下弦球壳层的三角形角点连接的抽空区域腹杆及抽空区域下弦杆被抽除。
[0008]进一步的是，所述的上弦球壳层为一个完整的凯威特网格球壳结构。
[0009]进一步的是，所述的抽空区域为多个单独的三角形；抽空区域设有对应的抽空区域下弦角锥节点、抽空区域腹杆及抽空区域下弦杆；抽空区域下弦角锥节点为下弦球壳层三角形的一个角点，抽空区域下弦角锥节点的法线通过抽空区域的重心，抽空区域下弦角锥节点连接抽空区域的三个角点，形成抽空区域腹杆，抽空区域腹杆及抽空区域下弦杆均与抽空区域下弦角锥节点相连接。
[0010]进一步的是，所述的下弦球壳层为抽除抽空区域对应的抽空区域下弦角锥节点连
接的抽空区域腹杆及抽空区域下弦杆形成。
[0011]上述抽空凯威特角锥体系双层球壳结构的抽空方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一,确定三角形的抽空区域：
[0013]所述抽空区域根据常规凯威特角锥体系双层球壳的上弦球壳层网格来确定，设定上弦球壳层网格自圆心向外一共有n圈，抽空区域分布在每个扇区的第2m+1圈(奇数圈)间隔布置，这里m为整数且满足下列条件：1≤m≤0.5*(n
‑
1)，每个扇区在第2m+1圈的抽空区域为m个单独的三角形，m个单独的三角形间隔布置，对于整体结构来说在第2m+1圈的抽空区域数为m*K个,K为上弦球壳层扇形曲面其中K＝6,8,12
…
；
[0014]步骤二，确定抽空区域下弦角锥节点：
[0015]抽空区域确定后，与抽空区域三角形的重心相对应的下弦三角形的角点即确定，所述下弦三角形的角点法线通过抽空区域三角形的重心，所述下弦三角形的角点即为抽空区域下弦角锥节点；抽空区域下弦角锥节点有一个与其对应的上弦三角形即抽空区域，抽空区域下弦角锥节点连接抽空区域的三个角点，形成三根腹杆，所述三根腹杆即为三根抽空区域腹杆；在下弦三角形网格中，一个下弦角锥节点同时连接有六根下弦杆，所述与抽空区域下弦角锥节点连接的六根下弦杆即为六根抽空区域下弦杆；
[0016]步骤三，抽除每个抽空区域所对应的抽空区域下弦角锥节点连接的三根抽空区域腹杆及六根抽空区域下弦杆，形成抽空凯威特角锥体系双层球壳结构。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]采用本专利技术抽空凯威特角锥体系双层球壳结构后，减少了杆件冗余度，充分发挥了结构杆件的力学性能，从而降低了凯威特角锥体系双层球壳结构的用钢量。
[0019]采用本抽空凯威特角锥体系双层球壳结构后，结构跨中挠度未出现明显增大，满足规范对跨中变形的要求，用钢量相比常规凯威特角锥体系双层球壳结构方案约降低20％，具备良好的经济效益。
附图说明
[0020]图1本专利技术抽空前凯威特角锥体系双层球壳俯视图
[0021]图2本专利技术抽空前凯威特角锥体系双层球壳结轴侧图
[0022]图3本专利技术抽空区域俯视图
[0023]图4本专利技术抽空区域轴侧图
[0024]图5本专利技术抽空区域局部放大图
[0025]图6本专利技术抽空后凯威特角锥体系双层球壳俯视图
[0026]图7本专利技术抽空后凯威特角锥体系双层球壳结构轴侧图
[0027]图8本专利技术抽空后局部放大图
[0028]图9是非抽空的凯威特网架应力比计算结果
[0029]图10是抽空后的凯威特网架应力比计算结果
[0030]图11是非抽空的凯威特网架用钢量计算结果
[0031]图12是抽空后的凯威特网架用钢量计算结果
[0032]图中1
‑
上弦杆(图中用粗实线表示)，2
‑
腹杆(图中用虚线表示)，3
‑
下弦杆(图中用细实线表示)，4
‑
抽空区域(内填充的三角形表示)，5
‑
抽空区域下弦角锥节点，6
‑
抽空区域
腹杆，7
‑
抽空区域下弦杆。
具体实施方式
[0033]为了使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。
[0034]本专利技术通过K6型(6个对称扇形曲面)凯威特角锥体系双层球壳结构示意图进行说明，其余类型K8,K12
…
(8个对称扇形曲面、12个对称扇形曲面
…
)的凯威特网格与K6型相似，在此不赘述。
[0035]在本实施例中，如图1所示，半球形凯威特角锥体系双层球壳包括外层球壳及内层球壳。
[0036]每层球壳都是由六根通长的经向杆把外层球壳及内层球壳分别分为六个对称扇形曲面，每个扇形曲面内再由纬向杆和斜向杆将此曲面划分为大小比较匀称的三角形网格，网格交点即为各三角形的角点，各层球面的经向杆、纬向杆、斜杆形成网格；斜向杆包括多根左斜向杆和右斜向杆，杆件之间相互连接形成整体结构。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，包括上弦球壳层、腹杆(2)、下弦球壳层，腹杆(2)连接上弦球壳层和下弦球壳层；每个球壳层的每个扇形曲面由经向杆、纬向杆和斜向杆将扇形曲面划分为三角形网格，上弦球壳层的经向杆、纬向杆和斜向杆为上弦杆(1)，下弦球壳层的经向杆、纬向杆和斜向杆为下弦杆(3)，其特征在于所述的下弦球壳层各三角形的角点法线经过上弦球壳层三角形的重心位置，上弦球壳层三角形的三个角点，连接与其重心相对应的下弦球壳层三角形的角点，形成腹杆(2)；上弦球壳层包括三角形的抽空区域(4),抽空区域(4)的重心对应的下弦球壳层的三角形角点连接的抽空区域腹杆(6)及抽空区域下弦杆(7)被抽除。2.如权利要求1所述抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，其特征在于所述的上弦球壳层为一个完整的凯威特网格球壳结构。3.如权利要求1所述的抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，其特征在于所述的抽空区域(4)为三角形；抽空区域(4)设有对应的抽空区域下弦角锥节点(5)、抽空区域腹杆(6)及抽空区域下弦杆(7)；抽空区域下弦角锥节点(5)为下弦球壳层三角形的一个角点，抽空区域下弦角锥节点(5)的法线通过抽空区域(4)的重心，抽空区域下弦角锥节点(5)连接抽空区域(4)的三个角点，形成抽空区域腹杆(6)，抽空区域腹杆(6)及抽空区域下弦杆(7)均与抽空区域下弦角锥节点(5)相连接。4.如权利要求1所述抽空凯威特角锥体系双层球壳结构，其特征在于所述的下弦球壳层为抽除抽空区域(4)对应的抽空区域下弦角锥节点(5)连接的抽空区域腹杆(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，林凡伟，熊亮，李林，丁伟亮，黄楠，陈伊军，熊前锦，周娟，丁勇杰，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：