大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑结构领域，具体涉及一种大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展、建筑技术的进步，大跨度空间结构已成为现代建筑的重要组成部分，采用空间结构是解决大跨度的重要技术手段。相对于平面结构，空间结构的特点是受力合理、刚度大、自重轻、造价低，结构形式新颖丰富，更能够实现建筑与美的结合。而杂交索拱结构不仅充分发挥了拱形结构的优点并且充分利用了钢索的高抗拉强度，是实现了内力自平衡的合理受力体系。现有技术中，索拱结构以单榀的形式出现，整体刚度及支撑强度低，承载力不稳定而且结构单一，无法展现现代建筑结构造型的美观性。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术不足，本实用新型提供了一种大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，在受力合理的基础上，通过采用最轻质的材料来实现建筑更大的跨度，同时达到降低建筑物造价的目的。
[0004]本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为:一种大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，包括下部索拱结构和上部屋盖，所述索拱结构包括三榀索拱结构，三榀索拱结构相互支撑形成了建筑的主体空间结构；所述屋盖为仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的轻质网格结构，其中骨架为刚性四边形与刚性六边形框架通过刚性连接组成的起拱结构。
[0005]进一步地，所述三榀索拱结构为三个单个索拱的组合结构，单个索拱由主索、斜拉索、斜立柱、斜撑杆和主拱组成受力体系，其中斜撑杆、主拱为承重钢结构，斜立柱为钢桁架，主索、斜拉索为钢索。
[0006]进一步地，所述轻质网格结构包括仿照蜻蜓翅膀周边翅脉围成的圈梁、仿蜻蜓翅膀主脉搭建而成的主梁、仿蜻蜓翅膀次脉搭建而成的四边形框架次梁及设置在次梁之间的六边形框架，圈梁用以加强屋盖的稳固性，主梁为屋盖主要的承力结构，次梁为上部屋盖次要的承力结构；整个建筑的传力，由六边形网格传至四边形框架次梁，再通过主梁传递到下部的三棉!索拱中，最终传至下部基础。
[0007]进一步地，所述刚性四边形与刚性六边形框架为轻钢骨架，所述圈梁为压型钢板。
[0008]本实用新型的优点:
[0009]1、蜻蜓仿生伸臂空间网格结构。骨架和膜共同作用的轻型悬臂空间仿生结构，即骨架和膜共同参与受力和变形，从而借鉴了蜻蜓翅膀既轻又强、跨厚比大的优点，在轻质的基础上又实现了大跨度的悬挑，是一种性能优越、高度优化的受力结构。
[0010]2、四边形和六边形网格的组合应用。四边形网格更刚更硬，起传递荷载、承受荷载的作用；六边形网格相对柔软，节省材料。二者的应用实现了结构刚度和材料用料的最优组合。
[0011]3、张拉体系实现内力自平衡。柔性索与刚性拱实现内力自平衡，同时下部的三榀索拱又互为支撑，合理的受力体系使得结构可以实现更大的跨度。
[0012]4、索拱结构在建筑中的组合应用。目前的索拱结构以单榀的形式出现，在本结构中将三榀索拱通过互为支撑的组合形式，形成了稳定的三角形来作为建筑的下部结构，实现了结构的创新。鉴于其合理的受力特性，将其应用到本建筑中，实现了建筑与美的结合。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型主视图；
[0014]图2为本实用新型俯视图；
[0015]图3为索拱结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步的说明:如图1所示的一种大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，包括下部索拱结构2和上部屋盖1，所述索拱结构2为三榀索拱结构，三榀索拱结构相互支撑形成了建筑的主体空间结构，为主要的承重结构；所述屋盖I为仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的轻质网格结构，其中骨架为刚性四边形与刚性六边形框架通过刚性连接组成的起拱结构。
[0017]如图3所示，所述三榀索拱结构为三个单个索拱的组合结构，单个索拱由主索7、斜拉索8、斜立柱9、斜撑杆10和主拱11组成受力体系，其中斜撑杆10、主拱11为承重钢结构，斜立柱9为钢桁架，主索7、斜拉索8为钢索。在结构体系中，斜拉索8主要用于提高结构的刚度，减少重力荷载作用下拱的跨中挠度，斜撑杆10的作用也尤为重要，它与斜立柱9形成一个十分稳定的三角形构架，在重力荷载作用下，它能有效地承受拱传来的推力。正是这种柔性索与刚性拱的张拉组合实现了内力自平衡的合理受力体系。
[0018]上部屋盖结构为仿蜻蜓悬臂网格结构，图2中的所示6为仿照蜻蜓的周边翅脉围成的圈梁；3为仿蜻蜓的主脉搭建而成的主梁，是上部屋盖主要的承力结构；4为仿蜻蜓的次脉搭建而成的次梁，是上部屋盖次要的承力结构；所述四边形框架4与六边形框架5刚性连接，形成了轻质网格结构。整个建筑的传力，由六边形网格5传至四边形框架次梁4，再通过主梁3传递到下部的三榀索拱中，最终传至下部基础。另外，圈梁6也对结构的稳固起到了很大的作用。上述刚性四边形框架4与刚性六边形框架5材料为轻钢骨架，所述圈梁6材料为压型钢板。
[0019]蜻蜓翅膀主要的受力构件是翅脉，相当对于结构中的梁单元；翅膜是次要的受力构件，相当于结构中的薄壳单元。通过借鉴蜻蜓翅膀的工作原理，该仿生结构的上部屋盖采用了四边形与六边形框架的组合应用，因为四边形网格更刚更硬，匹配主脉应用，起到传递荷载、承受荷载的作用；六边形网格相对柔软，匹配细脉应用，能够节省翅脉的材料，是对材料的最大化利用。因此，二者的应用实现了结构刚度和材料用料的最优组合。
[0020]本实用新型是仿照蜻蜓翅膀的悬臂网格结构与索拱内力自平衡体系杂交而成的一种特殊结构，可以广泛应用到实际的大跨度轻质建筑中。
【主权项】
1.大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，包括下部索拱结构和上部屋盖，其特征在于，所述索拱结构为建筑的主体空间结构；所述屋盖为仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的轻质网格结构，其中骨架为刚性四边形与刚性六边形框架通过刚性连接组成的起拱结构。2.根据权利要求1所述的大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，其特征在于，所述索拱结构包括三榀相互支撑的索拱结构。3.根据权利要求2所述的大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，其特征在于，所述三榀索拱结构为三个单个索拱的组合结构，单个索拱由主索、斜拉索、斜立柱、斜撑杆和主拱组成受力体系，其中斜撑杆、主拱为承重钢结构，斜立柱为钢桁架，主索、斜拉索为钢索。4.根据权利要求1所述的大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，其特征在于，所述轻质网格结构包括仿照蜻蜓翅膀周边翅脉围成的圈梁、仿蜻蜓翅膀主脉搭建而成的主梁、仿蜻蜓翅膀次脉搭建而成的四边形框架次梁及设置在次梁之间的六边形框架，圈梁用以加强屋盖的稳固性，主梁为屋盖主要的承力结构，次梁为上部屋盖次要的承力结构。5.根据权利要求1所述的大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，其特征在于，所述刚性四边形与刚性六边形框架为轻钢骨架。6.根据权利要求4所述的大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，其特征在于，所述圈梁为压型钢板。
【专利摘要】本实用新型公开了一种大空间轻型悬臂网格与索拱自平衡体系的杂交结构，包括下部索拱结构和上部屋盖，所述索拱结构为建筑的主体空间结构；所述屋盖为仿照蜻蜓翅膀特性的骨架和膜共同作用的轻质网格结构，其中骨架为刚性四边形与刚性六边形框架通过刚性连接组成的起拱结构。本实用新型是仿照蜻蜓翅膀的悬臂网格结构与索拱内力自平衡体系杂交而成的一种特殊结构，在受力合理的基础上，通过采用轻质材料来实现建筑更大的跨度，可以广泛应用到实际的大跨度轻质建筑中。
【IPC分类】E04B1/342
【公开号】CN204703297
【申请号】CN201520179859
【发明人】连俊英, 张璇, 游博生, 吕梦圆, 毕团卫
【申请人】江南大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年3月30日