一种半球形网壳结构组装房屋的制作方法

本实用新型涉及房屋建筑技术领域，尤其涉及一种半球形网壳结构组装房屋。

背景技术：

半球形网壳结构房屋，来自于上世纪中美国建筑师实用新型家富勒（Richard Buckminster Fuller）的实用新型-----用六边形和五边形设计圆形穹顶建筑，也称为网格球顶房屋、测量圆顶房屋（geodesic dome）等，也被称为富勒球。

这种建筑形式是一种按照固定几何规律组装的房屋形式，它打破了传统房屋的梁、柱、板结构体系。其具有多个优点：其一，表面积最小、覆盖面积最大，具有明显节能优势；其二，稳定的网壳结构与一般建筑相比大大节约了结构材料的总重量；其三，由于这种结构形式主要用相同的相对体型很小的五边形（可以分解成五个标准三角形）和六边形（可以分解成六个标准三角形）的杆件或板材组装而成，因此是各种建筑形式中最具有工业化装配化前途的结构形式；其四，这种建筑形式抗风能力极好；最后，球体结构具有特殊的物理性能，如外部采光面大、内部光线漫射、声波聚焦等。

现有技术中已出现了相似的半球形网壳结构，例如公告号为CN103821227的实用新型专利，公开了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，主要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，其公开的主要是搭建半球形网壳结构的框架，搭建过程中需要用到大量杆件，而且节点接头的构造非常复杂，包含三叉接点座、活节接头挡圈、活节接头螺母及连杆等，零件造价成本高且影响建筑的外形美观，在施工过程中需要耗费大量人力，组装完成还需再另外铺设面板，工序冗长繁琐。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种半球形网壳结构组装房屋，该网壳结构组装房屋采用模块化设计，将半球形分成若干个三棱台箱体拼接构成，再利用节点安装盘等标准件组装，构件结构简单、造价成本低，方便人工快速拆装。

本实用新型采用的技术方案是，设计一种半球形网壳结构组装房屋，包括：水平底板和设于水平底板上的半球形屋体，半球形屋体由若干个三棱台箱体相邻拼接构成，半球形屋体上设有若干个节点，每个节点由多个相邻三棱台箱体的角部汇聚形成，半球形屋体中位于最底层的节点为底层节点，半球形屋体中其余节点为上层节点。

每个底层节点处设有一底座安装盘，底座安装盘连接该底层节点处的各角部，每个上层节点处设有一节点安装盘，节点安装盘连接该上层节点处的各角部。两相邻三棱台箱体的侧面通过限位螺栓连接。

其中，三棱台箱体包括：三棱台外板、三角框架及三角内板，三棱台外板的外端面朝向半球形屋体外部，三棱台外板的内端面设有凹陷安装腔，三角框架设于凹陷安装腔内，三角内板覆盖整个三棱台外板的内端面。

优选的，节点安装盘呈凹面朝向半球形屋体球心的碟形圆盘，节点安装盘上设有环绕其中心排列的节点安装孔和节点固定孔，节点安装盘夹设于三角框架与三角内板的角部之间，且节点安装孔与框架固定孔对齐用螺钉旋紧固定，节点固定孔与内板安装孔对齐用螺钉旋紧固定。

优选的，底座安装盘包括设于水平底板上的底座及固定在底座上的安装板，安装板呈凹面朝向半球形屋体球心的碟形半圆盘，安装板上设有环绕其中心排列的底座安装孔和底座固定孔，安装板夹设于三角框架与三角内板的角部之间，且底座安装孔与框架固定孔对齐用螺钉旋紧固定，底座固定孔与内板安装孔对齐用螺钉旋紧。

优选的，三角框架的侧面设有框架安装孔，三棱台外板上的凹陷安装腔侧面设有与框架安装孔对齐的外板安装孔。限位螺栓包括限位体及设于限位体两端的螺柱，螺柱穿过外板安装孔及框架安装孔并套有螺母。

优选的，三角框架的侧面设有供线缆穿过的框架通孔，三棱台外板上的凹陷安装腔侧面设有与框架通孔对齐的外板通孔。

优选的，三棱台外板上的凹陷安装腔内设有向三角内板凸出的环形围边。环形围边的侧面设有供线缆穿过的圆通孔。

优选的，三棱台外板的侧面设有至少一圈用于放置密封条的密封凹槽。

优选的，三棱台外板内端面的三个角部均设有凹陷部，凹陷部的深度与节点安装盘的厚度相同。

优选的，三棱台外板为平板型，半球形屋体的外表面呈多面体；或者三棱台外板为球面型，半球形屋体的外表面呈球体。

优选的，半球形屋体的一侧设有门洞，该门洞处铰接有门体，门体由多个相邻三棱台箱体拼接构成。

优选的，半球形屋体上设有通风孔。

本实用新型将半球形网壳结构组装房屋设计成三棱台箱体两两相邻紧靠设置，其角部和侧面用节点安装盘等标准件连接成半球形结构，并放置于水平底板上形成半球形房屋，一次性搭建完成且房屋造型平整美观。由于采用统一的标准件组装，非常适于移动和人工组装及拆卸，由于采用了板材紧密装配，具有更好的御寒、隔热及防潮等功能，极大的提高居住舒适性。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1为本实用新型中半球形屋体呈多面体的立体示意图；

图2为本实用新型中半球形屋体呈球体的立体示意图；

图3为本实用新型中节点安装盘与三角框架安装组合后的内侧立体示意图；

图4为本实用新型中底座安装盘与水平底板安装组合的外侧立体示意图；

图5为本实用新型中三棱台箱体的立体示意图；

图6为本实用新型中三棱台外板的立体示意图；

图7为本实用新型中三角框架的立体示意图；

图8为本实用新型中三棱台外板与三角框架安装组合的立体示意图；

图9为本实用新型中三角内板的立体示意图；

图10为本实用新型中六瓣型节点安装盘的立体示意图；

图11为本实用新型中五瓣型节点安装盘的立体示意图；

图12为本实用新型中三棱台外板与三角框架安装于节点安装盘上的立体示意图；

图13为本实用新型中低位底座安装盘的立体示意图；

图14为本实用新型中高位底座安装盘的立体示意图；

图15为本实用新型中限位螺栓的立体示意图。

具体实施方式

如图1至4所示，本实用新型提出的半球形网壳结构组装房屋，包括：水平底板2和设于水平底板2上的半球形屋体，半球形屋体由若干个三棱台箱体1相邻拼接构成，半球形屋体上设有若干个节点，每个节点由多个相邻三棱台箱体1的角部汇聚形成，半球形屋体中位于最底层的节点为底层节点，半球形屋体中其余节点为上层节点。每个底层节点处设有一底座安装盘4，底座安装盘4连接该底层节点处的各角部，每个上层节点处设有一节点安装盘3，节点安装盘3连接该上层节点处的各角部，两相邻三棱台箱体1的侧面通过限位螺栓5连接。

其中，如图5至9所示，三棱台箱体1包括：三棱台外板11、三角框架12及三角内板13。三棱台外板11的外端面朝向半球形屋体外部，由阻燃性发泡体材料制成，为增强发泡体的强度和韧性并美化外观，在发泡体外表喷涂一层弹性体材料形成表面。

三棱台外板11的内端面设有凹陷安装腔113，该凹陷安装113有三棱台侧面的凸起边112合围构成，三角框架12设于凹陷安装腔113内，三角框架12由三个金属框架边121围合构成，其内端面的三个角部均设有框架固定孔124，三角框架12的侧面设有框架安装孔122，凸起边112的侧面设有与框架安装孔122对齐的外板安装孔116。

三角内板13为平板，其覆盖整个三棱台外板11的内端面，三角内板13的三个角部均设有内板安装孔131。三角内板13是装饰性封板，由阻燃性材料、难燃材料或不可燃材料制成，其表面也可喷涂装饰性和保护性面层。

三棱台箱体1可根据组装房屋外形要求制作成平板型，此时半球形屋体的外表面呈多面体，三棱台外板11、三角框架12及三棱台内板13均呈平板型。或者三棱台箱体1也可以制作成球面型，此时半球形屋体的外表面呈球体，三棱台外板11、三角框架12及三棱台内板13均呈球面型。

如图10至12所示，节点安装盘3呈凹面朝向半球形屋体球心的碟形圆盘，节点安装盘3上设有环绕其中心排列的节点安装孔31和节点固定孔32，三棱台箱体1在拼接成半球形屋体时，360°环绕在上层节点周围，从图1、2中可看出，上层节点处的角部数量为五个或六个，节点安装盘3因此对应被分为六瓣型和五瓣型，其具体形状在图10、11示出。当半球形屋体的外表面呈多面体时，节点安装盘3为与屋体半径相配合的凹形折板型，半球形屋体的外表面呈球体，节点安装盘3为与屋体半径相配合的球面型。

节点安装盘夹3设于三角框架12与三角内板13的角部之间，节点安装盘3上的节点安装孔31与相应三棱台箱体1上的框架固定孔124对齐，用螺丝旋转锁紧固定三角框架12与节点安装盘3，节点安装盘3上的节点固定孔32与相应三棱台箱体1上的内板安装孔131对齐,用螺钉旋转锁紧固定三角内板13与节点安装盘3，当节点安装盘3与该上层节点处的所有三棱台箱体1角部均完成固定后，该上层节点拼接完成。为了使屋体结构更紧凑，三棱台外板11内端面的三个角部均设有凹陷部118，凹陷部118的深度与节点安装盘3的厚度相同，三角框架12与凹陷部118齐平，节点安装盘3位于凹陷部118时，两面分别恰好与三角框架12和三角内板13贴合。

如图13、14所示，底座安装盘4包括设于水平底板2上的底座41及固定在底座41上的安装板42，底座安装盘4与节点安装盘3的原理一致，区别在底座安装盘4用于将半圆形屋体的底层连接在水平底板2上，因此安装板42呈凹面朝向半球形屋体球心的碟形半圆盘，如图13、14所示，底座安装盘4可根据半圆形屋体底层距离水平底板的高度设置成低位底座安装盘或高位底座安装盘。当半球形屋体的外表面呈多面体时，底座安装盘4的安装板42为与屋体半径相配合的凹形折板型，半球形屋体的外表面呈球体，底座安装盘4上的安装板42为与屋体半径相配合的球面型。

安装板42上设有环绕其中心排列的底座安装孔421和底座固定孔422，底层节点拼接时，安装板42夹设于三角框架12与三角内板13的角部之间，安装板42上的底座安装孔421与相应三棱台箱体1上的框架固定孔124对齐,用螺丝旋转锁紧固定三角框架12与底座安装盘4，安装板42上的底座固定孔422与相应三棱台箱体1的内板安装孔131对齐，用螺丝旋转锁紧固定三角内板13与底座安装盘4。当安装板42与该底层节点处的所有三棱台箱体1角部均完成固定后，该底层节点拼接完成。

底座41主要用于将网壳结构组装房屋的全部荷重传递到水平底板2进而传递到地面，同时起到固定整个房屋水平位置的作用。底座安装盘4的底座41直接放置于水平底板2上并用粘合剂或螺栓固定，由此形成完整的半球形房屋。底座安装盘4为金属材料制造时，底座与房屋的水平底板2之间用粘合剂粘接可避免金属冷桥现象。为进一步增强防潮保温效果，在水平底板2的上面再铺设一层相应厚度的硬发泡板材，然后铺装地面装饰板材如木地板、瓷砖等，形成完整的室内地面效果。在本实施例中，水平底板2由硬发泡板材拼接粘合而成，底座安装盘4直接用粘合剂粘接于其上。

如图15所示，限位螺栓5包括限位体51及设于限位体51两端的螺柱52，螺柱52穿过外板安装孔116及框架安装孔122并套有螺母，不仅将相邻三棱台箱体1的侧面锁定在一起，且能起到固定相邻三棱台箱体1的相对位置的作用。限位体51具有与半球形房屋相应的弧度，限位螺栓5由金属材料制成。较优的，三棱台外板11的侧面设有至少一圈用于放置密封条的密封凹槽115，相邻的三棱台箱体1拼接后，侧面的密封条被限位螺栓5锁紧贴合在一起，具有更好的御寒、隔热、防潮等功能。

进一步的，如图5至8所示，三角框架12的侧面设有供线缆穿过的框架通孔123，凹陷安装腔113的侧面设有与框架通孔123对齐的外板通孔117，方便在半球形屋体内排布线缆以供应电力等。凹陷安装腔113内设有向三角内板13凸出的环形围边114，环形围边114主要用于支撑三角内板13防止其变形，其围合空间作为安装灯具、音响等设备的空间，在需要开窗的时候圆环形凸起作为窗的侧壁，避免冷桥形成。环形围边114的侧面设有供线缆穿过的圆通孔1141，主要用于照明、音响等电器线缆的通过和敷设。

如图1、2所示，本实用新型的半球形网壳结构组装房屋还可以设置有门6，在网壳结构房屋的适当部位将若干个三棱台箱体1的组合体使用相应的铰链机构，即可形成门洞和门扇。在本实施例中，将上述组合体边缘位置的节点安装盘3和底座安装盘4的安装板相应切开，将组合体边缘位置相应的限位螺栓5取消，调整门洞边缘的密封措施，即形成门洞和门扇。网壳结构组装房屋还可根据需要在三棱台凹形外板11内侧圆环形凸起114围合的位置和三角内板的相应位置开孔7安装窗户或排气扇等，也可以根据房屋外观设计需要将窗户和通风孔设计成三角形等其它形状。

在野外组装使用该网壳结构组装房屋时，事先应平整相应大小的地块或修建相应的简易平台作为房屋基座，其组装过程如下：

第一步在已有基座上用粘合剂拼接硬发泡板材形成水平底板2，保证水平底板2与基底之间的平整和牢固；

第二步在水平底板2上按照规定位置安装好底座安装盘4；

第三步从最上层节点安装盘3开始逐层向下依次安装三角框架12、节点安装盘3、三棱台外板11、密封条、限位螺栓5、三角内板13等至底层节点形成完整的网壳结构组装房屋。

上述第三步也可以反向进行，即：

第三步从底座安装盘4开始逐层向上依次安装三角框架12、节点安装盘3、三棱台外板11、密封条、限位螺栓5、三角内板13等直至形成完整的网壳结构组装房屋。

为进一步增强防潮保温效果和装饰效果，在水平底板2的上面再铺设一层相应厚度的硬发泡板材，然后铺装地面装饰板材如木地板、瓷砖等。拆卸时，可依照上述安装顺序反向拆卸，也可从顶部向下依次拆卸。

本实用新型的网壳结构组装房屋部件种类少、相对尺寸小、构件重量轻，标准化程度高，可全部由工厂标准化制造。组装现场可以不用专用设备、不用湿作业，完全人工组装，即插即用。同时，由于采用保温性能极好的硬发泡材料形成围合并采用内框架结构，完全杜绝了冷桥的产生，相比各种帐篷等小型临时建筑，其御寒、隔热、防潮功能都有明显改善，且居住舒适性好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。