专利名称：一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及建筑领域，特别涉及一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶。
背景技术：
随着大跨度建筑的逐渐增多和其跨度的增大，以及其在生活和生产中应用面的扩 大，至今出现了许多新型的空间结构。其中，网壳与网架结构在实际生活与生产中的应用 最为广泛，且衍生出来的形式与种类也较为繁多。就单层网壳而言，从外观形状上来分有 双曲面网壳、抛物面网壳、马鞍型网壳、球面网壳、椭球面网壳、锥状网壳和塔状网壳等；按 弦杆层数划分有单层网壳、双层网壳等；按网格的划分形式来分有葵花型网壳、肋环型网 壳、短线程型网壳、子午线型网壳、Kiewitt型网壳等。网壳的形式可依据建筑物的使用功 能和建筑效果等实际情况在应用过程中进行选定。如今，随着建筑形式与功能的增加，各种新型网壳仍不断出现。比如，富勒曾设计 出由六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构。在富勒的启发下，1985年人们用激光的方 法合成并分离得到具有封闭笼状结构的C60分子，除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有 C32、C50、C70、C84……C240、C540等，这些统称为富勒烯。在数学上，这种富勒烯的结构都 是以12个正五边形和一定数目的六边形面组成的凸多面体。但，光使用富勒烯结构的凸面 体来充当穹顶结构进行使用时，往往由于存在着力学性能较差的问题，致使结构的跨度受 到一定的限制；而目前所使用的建筑用的传统的弦支穹顶结构，又因为安装在其上侧的单 层网壳结构设置的不够理想，以及下侧弦支系统的安装过于复杂，而大大影响到整个弦支 穹顶结构的广泛使用。
实用新型内容本实用新型主要提供了一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶，以解决现有弦支穹 顶由于结构设计上的不够理想，而影响到整座建筑实用性的问题。为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶，由弦支系统组成，所述弦支穹顶还包括组 合多边形网壳，所述组合多边形网壳是一种以富勒烯凸多面体为基础，并以富勒烯凸多面 体上的一个正五边形为中心截取而成的单层球面网壳；所述弦支系统由数层弦支支架叠加 而成，所述弦支支架由上侧的撑杆、以及安装在撑杆下侧的斜索与环索组成；所述弦支系统 通过最上层的撑杆与组合多边形的网壳的节点相连，所述弦支系统还通过最外层的斜索与 组合多边形网壳的支座节点相连；所述每层弦支支架上的环索封闭形成一个正五边形。本实用新型采用的单层球面网壳，不仅造型美观，且每个节点仅与3根杆件相连， 为此，整个壳体的节点可以构造的十分简单；且由于在结构下部安装有弦支系统，不仅提高 了结构的跨度，也扩大了其应用范围。以下结合附图和具体实施方式
来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型的结构简图。图2为本实用新型中上部单层球面网壳的俯视图。图3为本实用新型中上部单层球面网壳的侧视图。图4为本实用新型中弦支系统的结构简图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面 结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。如
图1所示，本实用新型为一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶，主要由安装在 上部的组合多边形网壳1与下部的弦支系统2组成。本实用新型的出现是为了满足现有建 筑物或构筑物的功能与外观要求，特别适用于那些具有标准规格构筑物，以达到节约材料， 简化加工、简化构造、易于产品化的目的，同时也使得整座建筑物具有良好结构力学性能。如图2与图3所示，为本实用新型中组合多边形网壳1，该组合多边形网壳1作为 一种单层球面结构的网壳，是在富勒烯凸多面体结构的基础上，以富勒烯凸多面体上其中 的一个正五边形101为中心，截取而成的由12个正五边形101和一些种类确定的六边形 102组成的封闭圆球而成的单层球面网壳。其中，对于六边形102数量的选择上，可以选择 由30个六边形组成的42面体、由260个六边形组成的272面体，或者由其他数量六边形组 成的其他一系列富勒烯凸多面体。由于整个多面体球壳中仅有同一类型的正五边形和类型 为数不多的几类六边形组成(比如在32面体中仅存在着一类六边形)，且每个节点部位仅 有3根杆件进行安装连接，所以整个单层球面网壳1中杆件数量较少、杆件的规格种类也较 少，非常便于结构构件与节点的加工制作，从而也大大节约了本实用新型的材料用量，降低 了制造成本。为了加强组合多边形网壳1的刚度与稳定性，进一步扩大其应用范围，为此，在本 实用新型中的组合多边形网壳1的下侧还需安装上一组弦支系统2，从而组成一种完整的 组合多边形弦支穹顶。由图4所示，为本实用新型中安装在下部的弦支系统2的结构简图，由于该弦支系 统2在设计时，其设计的目的在于，通过简单的结构，在提高组合多边形网壳1稳定性的同 时，简化本实用新型整体安装的复杂度。整个弦支系统2可以由数层弦支支架组成，且弦支 支架的层数，可根据组合多边形网壳1的实际使用情况来确定，每组弦支支架都只需由安 装在上侧的撑杆201与连接在撑杆201下侧的环索203与斜索202简单连接而成，其中，撑 杆201竖向安装设置，在结构受力过程中对于上部单层网壳来说，相当于一个弹性支座，而 环索203与斜索202则起到连接件与固定件的作用。在整个弦支系统2安装过程中，最上 层的弦支支架的撑杆201上端与安装在上部的组合多边形网壳1的节点相连，而斜索202 的一端与撑杆201下部相连，另一端可以与下一层弦支支架的撑杆201的上端连接；对于安 装在最外圈的斜索来说，其上端与组合多边形网壳1的支座节点相连。由于环索203安装 在撑杆201与斜索202下端，且每一层弦支支架上的环索203都可以封闭形成一个正五边 形。
4[0018]由于在本实用新型中下部的弦支系统2的使用，使得整体结构的传力路径也比较 明确，在正常使用荷载作用下，内力通过上端的组合多边形网壳1传到下端的撑杆201上， 再通过撑杆201传给斜索202，斜索202受力后，产生对支座的反向拉力，使整个穹顶结构对 下端约束环梁的径向推力明显减小；与此同时，由于撑杆201的作用，大大减小了上部组合 多边形网壳1各环节点的竖向位移和变形。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本 行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描 述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新 型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶，由弦支系统组成，其特征在于，所述弦支穹顶还包括一组组合多边形网壳；所述组合多边形网壳为一种以富勒烯凸多面体为基础，并以富勒烯凸多面体上的一个正五边形为中心截取而成的单层球面网壳；所述弦支系统由数层弦支支架叠加而成，所述弦支支架由上侧的撑杆、以及安装在撑杆下侧的斜索与环索组成；所述弦支系统通过最上层的撑杆与组合多边形的网壳的节点相连，所述弦支系统还通过最外层的斜索与组合多边形网壳的支座节点相连；所述每层弦支支架上的环索封闭形成一个正五边形。
专利摘要本实用新型公开了一种采用组合多边形网壳的弦支穹顶，包括组合多边形网壳与安装在下部的弦支系统，其中，组合多边形网壳是以富勒烯凸多面体为基础，并以富勒烯凸多面体上的一个正五边形为中心截取而成的单层球面网壳；弦支系统由数层弦支支架叠加而成，弦支支架由上侧的撑杆与安装在撑杆下侧的环索以及斜索组成；且每层弦支支架上的环索封闭形成一个正五边形。本实用新型所述单层球面壳造型美观，节点仅有3根杆件连接，节点构造简单；且由于安装有弦支系统，不仅提高了结构的跨度，也扩大了其应用范围。
文档编号E04B7/10GK201649288SQ201020172099
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者刘文白, 张宝吉, 郭佳民 申请人:上海海事大学