规整多面体组合的空间刚架的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于结构工程技术领域，具体地说，涉及一种规整多面体组合的空间刚架。【背景技术】
[0002] 目前，基于空间填充多面体的空间刚架结构极少，应用于实际工程并取得成功的 就是国家游泳中心"水立方"，它首创了基于气泡理论的多面体空间刚架结构，由十二面体 和十四面体组合成基本单元，形成类Weaire-Phelan多面体的庞大的多面体堆积体。它结 构复杂，有4种杆长、3种节点，建筑难度大、耗费工时、建设周期长，适合于超大跨度的空间 结构建筑。
[0003]Weaire-Phelan多面体空间刚架结构复杂，要4种杆长、3种节点，施工难度大、耗 费工时、建设周期长，满足超大跨度的空间结构建筑，若用于中小跨度的建筑，则过于"奢华 和浪费"。
【发明内容】
[0004]本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种规整多面体组合的空间刚架，重复 性好，节点少，容易施工，而且成本较低，抗压抗震性能强，适合于中小跨度的空间结构建 筑。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种规整多面体组合的空间刚架，包括截角八面体、截半立方体和截角四面体，所 述截半立方体的正方形面与截角八面体的正方形面贴合，所述截角八面体的正六边形面 与截角四面体的正六边形面贴合，所述截角四面体的正三角形面与截半立方体的正三角形 面贴合，所述截角八面体、截半立方体和截角四面体通过贴合连接组成基本单元，所述基本 单元沿三个相互正交的方向形成阵列，空间阵列绕空间任一轴线旋转任意角度形成阵列旋 转体，再按照建筑边界棱线切割出建筑空间，最终形成的边线与截角八面体、截半立方体或 截角四面体的棱边共同形成空间杆系结构。
[0007]进一步，贴合连接所形成的节点由五根杆件交汇。
[0008]进一步，所述杆件的长度相同。
[0009]进一步，规整多面体间在空间无缝填充，且934+Q46+Q36= 360 °，0 66+ 0 66 = 180。，
[0010] 9 34为所述基本单元中正三角形面和正方形面所形成的角度；
[0011] 9 46为所述基本单元中正方形面和正六边形面所形成的角度；
[0012] 0 36为所述基本单元中正三角形面和正六边形面所形成的角度；
[0013] 0 66为所述基本单元中正六边形面和正六边形面所形成的角度。
[0014]进一步，每个节点由2个截角四面体、2个截角八面体和1个截半立方体组成。[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016]本发明所述一种规整多面体组合的空间刚架，具有高度的重复性，结构重复，一种 长度的杆件和一种类型的节点，一个节点上有五根杆件交汇，因而结构抗压抗震性能强，建 筑难度小、耗费工时和建设周期均较短，适合于中小跨度的空间结构建筑。
【附图说明】
[0017] 附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制，在附图中：
[0018] 图1是截角八面体的立体结构示意图；
[0019] 图2是截半立方体的立体结构示意图；
[0020] 图3是截角四面体的立体结构示意图；
[0021] 图4是截角八面体、截半立方体和截角四面体组合填充图一；
[0022] 图5是截角八面体、截半立方体和截角四面体组合填充图二；
[0023] 图6是截角八面体、截半立方体和截角四面体组合填充图三
[0024] 图7是堆积体的立体结构示意图。
[0025] 图中，1--截角八面体；2--截半立方体；
[0026] 3--截角四面体。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028] 参阅图1至图7,本发明所述一种规整多面体组合的空间刚架，包括截角八面体1、 截半立方体2和截角四面体3,截半立方体2的正方形面与截角八面体1的正方形面贴合， 截角八面体1的正六边形面与截角四面体3的正六边形面贴合，截角四面体3的正三角形 面与截半立方体2的正三角形面贴合，截角八面体1、截半立方体2和截角四面体3通过贴 合连接组成基本单元，
[0029]其中，0 34+ 0 46+ 0 36= 360。，0 66+ 0 66= 180。〇
[0030] 0 34为所述基本单元中正三角形面和正方形面所形成的角度；
[0031] 0 46为所述基本单元中正方形面和正六边形面所形成的角度；
[0032] 0 36为所述基本单元中正三角形面和正六边形面所形成的角度；
[0033] 0 66为所述基本单元中正六边形面和正六边形面所形成的角度。
[0034] 基本单元沿三个相互正交的方向形成阵列，空间阵列绕空间任一轴线旋转任意角 度形成阵列旋转体，相伴生长，无缝填充空间，见图4、5。其中，每个节点由两个截角四面体 3、两个截角八面体1和一个截半立方体2组成，见图6。再按照建筑边界棱线切割出建筑空 间，最终形成的边线与截角八面体1、截半立方体2或截角四面体3的棱边共同形成空间杆 系结构。
[0035] 本多面体刚架结构也可以将其平板模型弯曲起拱，或者切割本多面体堆积体，截 出弯曲的圆柱面空间刚架，等等。
[0036] 本多面体空间刚架结构杆件之间的连接点即为结构的节点，本多面体刚架结构铰 接时结构几何可变，必须采用刚性连接。
[0037]平面凸多边形要无缝填充平面，必要条件是：共顶点的所有角之和为2JI，将其类 比到空间，凸多面体能无缝填充空间的一个必要条件是：共棱的所有二面角之和为2 31。
[0038] 凸多面体二面角公式：设围成凸多面体三面角的三个面角分别记为Z1、Z2、
【主权项】
1. 一种规整多面体组合的空间刚架，其特征在于：包括截角八面体、截半立方体和截 角四面体，所述截半立方体的正方形面与截角八面体的正方形面贴合，所述截角八面体的 正六边形面与截角四面体的正六边形面贴合，所述截角四面体的正三角形面与截半立方体 的正三角形面贴合，所述截角八面体、截半立方体和截角四面体通过贴合连接组成基本单 元，所述基本单元沿三个相互正交的方向形成阵列，空间阵列绕空间任一轴线旋转任意角 度形成阵列旋转体，再按照建筑边界棱线切割出建筑空间，最终形成的边线与截角八面体、 截半立方体或截角四面体的棱边共同形成空间杆系结构。
2. 根据权利要求1所述一种规整多面体组合的空间刚架，其特征在于：贴合连接所形 成的节点只有一种类型，且由五根杆件交汇。
3. 根据权利要求1所述一种规整多面体组合的空间刚架，其特征在于：所述杆件的长 度相同。
4. 根据权利要求1至3任一项所述一种规整多面体组合的空间刚架，其特征在于：三 种规整多面体在空间无缝填充，且0 34+ 0 46+ 0 36= 360°，0 66+ 0 66= 180°， 0 34为所述基本单元中正三角形面和正方形面所形成的角度； 0 46为所述基本单元中正方形面和正六边形面所形成的角度； 0 36为所述基本单元中正三角形面和正六边形面所形成的角度； 0 66为所述基本单元中正六边形面和正六边形面所形成的角度。
5. 根据权利要求1所述一种规整多面体组合的空间刚架，其特征在于：每个节点由2 个截角四面体、2个截角八面体和1个截半立方体组成。
【专利摘要】本发明所述一种规整多面体组合的空间刚架，包括截角八面体、截半立方体和截角四面体，截半立方体的正方形面与截角八面体的正方形面贴合，截角八面体的正六边形面与截角四面体的正六边形面贴合，截角四面体的正三角形面与截半立方体的正三角形面贴合，截角八面体、截半立方体和截角四面体通过贴合连接组成基本单元，基本单元沿三个相互正交的方向形成阵列，空间阵列绕空间任一轴线旋转任意角度形成阵列旋转体，再按照建筑边界棱线切割出建筑空间，最终形成的边线与截角八面体、截半立方体或截角四面体的棱边共同形成空间杆系结构，本发明抗压抗震性能强、重复性高、建筑难度小、耗费工时和建设周期均较短，可以应用于中小跨度的空间结构建筑。
【IPC分类】E04B1-98, E04B1-34
【公开号】CN104818771
【申请号】CN201510209431
【发明人】王子琛
【申请人】王子琛
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月27日