一种负高斯曲率索穹顶的制作方法
【专利说明】一种负高斯曲率索穹顶 所属技术领域
[0001] 本发明涉及一种大跨空间结构形式，具体地说是一种负高斯曲率索穹顶，应用范 围包括体育场馆、机场航站楼、铁路客站以及游轮客船等大跨度空间建筑物或构筑物的屋 盖或顶棚。
【背景技术】
[0002] 经过近几十年的发展，各种类型的大跨空间结构在世界各国都得到了广泛应用， 并且涌现出了许多新的结构形式和造型，形成了各具特色的多样化结构体系。目前国内外 已有38种具体的空间结构形式，有刚性空间结构、柔性空间结构、刚柔杂交空间结构之分， 也有薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、薄膜结构之分，种类繁多、工程规模大小不 一。其中，索穹顶结构是迄今为止被认为结构效率最好的一种结构体系，现已开发的索穹顶 类型有肋环型、Levy型、葵花型与鸟巢型等。全世界在役的索穹顶有10余座，中国也在鄂 尔多斯自行设计建造了第一座索穹顶结构。
[0003] 随着建筑物或构筑物功能的提升与外观造型的多样化，现有的索穹顶形式在一些 特殊建筑中已无法进行应用。其一表现在，当建筑物外观曲面为负高斯曲率时（如，马鞍 型），现已开发的索穹顶结构由于均为正高斯曲率形式所以无法应用到该类建筑中；其二 表现在，当整个结构受到较大的向上风吸力时，现有的正高斯曲率索穹顶拉索极易松弛失 效，所以也不能很好地进行应用。鉴于上述两点，本发明提出了一种负高斯曲率索穹顶，有 效规避了现有索穹顶结构应用过程中出现的这些问题，极大地丰富了索穹顶的种类。另外， 本发明在外观造型和力学性能上的优势，也可将其应用在对结构自重要求较为严格的结构 物中（如，游轮、海上机场、海上城市、海上游乐园以及水上酒店等海洋工程）。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于建筑物或构筑物的屋盖或顶棚结构，即负高斯曲率 索穹顶，以达到索穹顶结构在现有造型独特建筑物或构筑物中的应用，同时借助索穹顶结 构自重轻承载力高的特点将其应用在对自重控制较为严格的海洋工程中。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供了一种负高斯曲率索穹顶结构。本发明由径向上 斜索（1)、径向下斜索（2)、环向拉索（3)、坚向压杆（4)组成。
[0006] 上述的负高斯曲率索穹顶结构，其中，径向上斜索（1)首尾相连构成的索网形成 了符合整个结构要求的负高斯曲率曲面外形。
[0007] 在结构的外形曲面上，过任意点的一条二维曲线在局部坐标系xy下的曲率为 I ^ I I I k= 3 '其中曲率最大的曲线方程为y = f(X)，其曲率为^;曲率最小 (l + v2)2 (I+/2) 2 ,、 ,_ I^l 的曲线方程为γ = 其曲率为&2= 其中最大曲率与最小曲率的乘积kik2 (i+r)2 为曲面在该点的高斯曲率；由径向上斜索（1)构造出的曲面为一负高斯曲率曲面，即
【主权项】
1. 一种负高斯曲率索穹顶，其特征在于：负高斯曲率索穹顶结构由径向上斜索（I)、径 向下斜索⑵、环向拉索（3)和坚向压杆⑷构成；其中径向上斜索⑴首尾相连以索网的 形式构造出整个结构的造型曲面；造型曲面上过任意点的一条二维曲线在局部坐标系xy 下的曲率为Μ 3，其中曲率最大的曲线方程为y = f(x)，其曲率为&= 1/1 3; (1+v2)2 (I + /2)2 n k - I纠 曲率最小的曲线方程其曲率为~_ 1 '其中最大曲率与最小曲率的乘积 (i+r)2 为曲面在该点的高斯曲率κ;由径向上斜索⑴构造出的曲面，其高斯曲率小于零，为一 I I I I 负高斯曲率曲面，即IΓ P 3<();所述的负高斯曲率索穹顶结构最外圈 径向上斜索（1)与径向下斜索（2)固定于周边的支座节点上；所述的环向拉索（3)首尾相 连构成一条封闭的空间曲线，各圈环索中各环向拉索（3)均不在同一平面内；所述的坚向 压杆（4)相互之间并不相连，各坚向压杆（4)孤立地分散在整个结构中；所述的径向下斜索 (2)与同类构件并不直接相连，各径向下斜索（2)也孤立地分散在整个结构中；所述的坚向 压杆（4) 一端与径向上斜索（1)和径向下斜索（2)直接相连，另一端与不同的径向下斜索 (2)和环向拉索（3)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种负高斯曲率索穹顶，其特征在于：径向上斜索（1)、径向 下斜索⑵与环向拉索⑶由钢索或钢棒来制作。
3. 根据权利要求1所述的一种负高斯曲率索穹顶，其特征在于：结构中每根坚向压杆 (4)和拉索均可装配长度调节装置，用于整个结构的组装和建造。
4. 根据权利要求1和3所述的一种负高斯曲率索穹顶，其特征在于：整个负高斯曲率 索穹顶周边的固定支座可以位于平面投影为圆形、椭圆形或多边形的边界上。
【专利摘要】本发明公开了一种负高斯曲率索穹顶。它由环向拉索、径向上斜索、径向下斜索与竖向压杆组成；径向上斜索首尾相连构成负高斯曲率曲面；竖向压杆的一端与径向下斜索和环向拉索相连，另一端与不同的径向下斜索和径向上斜索相连，最外圈径向下斜索与上斜索固定在结构周边的支座上形成负高斯曲率索穹顶结构。该负高斯曲率索穹顶的曲率形式与构件数量根据建筑造型、使用功能以及承载能力等要求确定。本发明改变了现有索穹顶均为正高斯曲率的现状，使索穹顶可以应用在各种建筑造型的结构中。此外本发明在保持索穹顶结构原有构造简单、受力合理、造型美观的前提下，由于其两个主方向的曲率正负相反，所以也是一种承受竖向双向荷载性能更加优良的结构形式。
【IPC分类】E04B1-342, E04B1-32
【公开号】CN104631620
【申请号】CN201510026671
【发明人】郭佳民, 刘欣丹, 鲁青青, 朱明亮, 郑陶清, 陈旭骏
【申请人】上海海事大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月20日