專利名稱：一種木結構單向斜桿型單層柱面網殼的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于建筑結構技術領域，特別是涉及一種大跨度木結構單向斜桿型單層柱面網殼。
背景技術：
近年來，為了滿足建筑的使用功能要求，大跨度空間結構越來越多地應用于工程實踐，如航站樓、會展中心、收費站、大跨度煤棚等公共和工業建筑。在眾多的結構形式中，網殼結構是一種曲面網格結構，兼有桿系結構構造簡單和薄殼結構受力合理的特點，具有跨越能力大、剛度好、材料省、桿件單一及制作安裝方便等特點。我國的網殼結構在20世紀50年代初就有所應用，目前已建成大量的網殼結構且多為各地區標志性建筑，如北京國家大劇院、天津體育館、上海萬人體育館、嘉興電廠干煤棚等。作為網殼結構的一種特殊形式，單向斜桿型單層柱面網殼是由一根直線沿兩根曲率相同的曲線平行移動而成，具有縱向桿、橫向桿和斜向桿。橫向桿等分曲線，縱向桿過橫向桿的等分點且平行于柱面弧線，縱向桿和橫向桿形成方格，在每個方格內加斜向桿即形成單向斜桿型單層柱面網殼，其造型簡潔，節點構造簡單，外觀優美，在工業建筑中應用非常廣泛。但目前，該結構主要使用鋼材，尚未見到木材應用于單向斜桿型單層柱面網殼結構的實例或研究報道。在我國，木材是一種資源豐富、生長周期短的可再生材料，經簡單加工后就能成為力學性能優良的結構桿件，如將其應用于網殼結構，將拓寬木結構的應用領域并推進綠色環保建筑的發展。在力學性能方面，木材具有較好的抗拉、抗壓和抗彎折強度，是一種天然建材，在古代就已獲得應用。但是，木材自然生長過程中形成的生理彎曲及橫紋和豎紋的受力性能差異從一定程度上影響了其力學性能，從而限制了其使用范圍。隨著科技進步，現有加工設備雖能保證加工后木桿件的外形準確度，但受木結構連接方式的制約，其應用范圍一直未得到拓寬。在木結構連接方面，常見節點連接方式為綁扎、榫卯、槽口，這種節點連接可靠性相對較低，如今常見于建筑景觀和重要性較低的低層民用建筑。建筑工程應用方面，目前大多數做法是將其粉碎后與其它材料混合制成新型建筑板材，由于摻加了膠合劑，對室內環境或多或少都會帶來一定程度的污染，而直接使用天然木材作為大跨度空間網殼結構受力構件的案例并不多見。因此，在低碳環保綠色建筑理念得到廣泛認同的今天，研究并拓寬木結構應用領域的意義就顯得非常重大。而如何提高木結構連接節點的可靠性，充分發揮木材力學性能，采用合理計算手段進行木結構設計，也成為制約木結構應用領域拓寬的關鍵問題。
發明內容為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種抗震性能好、便于施工、安全性高且綠色環保的木結構單向斜桿型單層柱面網殼。為了達到上述目的，本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼包括多根縱向桿、多根橫向桿、多根斜向桿、多個木桿連接件、多個焊接球節點、若干個滑動鉸支座和若干個固定鉸支座；其中縱向桿、橫向桿和斜向桿為木桿，每根縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端分別安裝有一個木桿連接件；帶有木桿連接件的多根縱向桿、多根橫向桿和多根斜向桿利用多個焊接球節點連接成傳統形狀的單向斜桿型單層柱面網殼主體；所述的木桿連接件包括鋼套箍、端板、錐頭和箍筋；其中鋼套箍套裝在縱向桿、橫向桿和斜向桿的端部外圓周面上；端板安裝在鋼套箍的外端圓周上；錐頭為空心圓臺結構，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板的外側，上底面邊緣焊接在焊接球節點上；箍筋纏繞在鋼套箍的外圓周面上，用于將鋼套箍和縱向桿、橫向桿或斜向桿箍緊；焊接球節點為鋼制空心球體， 每個焊接球節點上連接有多個木桿連接件；若干個固定鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部一側的焊接球節點上，下端固定在結構柱頂部；若干個滑動鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部另一側的焊接球節點上，下端以可移動的方式設置在結構柱頂部。所述的縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍的內圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內的凸緣。本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼具有如下優點1)抗震性能好經有限元分析軟件計算后發現，單根木桿件受力狀況和整體結構靜、動力響應均滿足設計和使用要求，且抗震性能得到改善。2、便于施工由于木材密度小，桿件拼接由單個工人即可完成，可降低工人的勞動強度和工作面上的人員密度，利于提高施工質量和加快施工速度。3)安全性高經計算后發現，地震作用下木結構單向斜桿型單層柱面網殼豎向變形小于同截面面積的鋼結構單向斜桿型單層柱面網殼，表明地震作用下木結構單向斜桿型單層柱面網殼對屋面材料破壞小，安全性提高。4)綠色環保、經濟性好我國木材資源豐富， 選材便利，木材價格低且屬于綠色環保的可再生資源，因而使用木結構單向斜桿型單層柱面網殼的經濟優勢和環保優勢都非常突出。
圖1為本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼結構平面圖。圖2為本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼結構立體圖。圖3為圖1中A-A向剖視圖。圖4為本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼中連接在縱向桿、橫向桿或斜向桿端部的木桿連接件結構示意圖。圖5為本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼中焊接球節點部位結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼進行詳細說明。如圖1-圖5所示，本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼包括多根縱向桿1、多根橫向桿2、多根斜向桿3、多個木桿連接件4、多個焊接球節點5、若干個滑動鉸支座6和若干個固定鉸支座7 ；其中縱向桿1、橫向桿2和斜向桿3為木桿，每根縱向桿1、橫向桿2和斜向桿3的兩端分別安裝有一個木桿連接件4 ；帶有木桿連接件4的多根縱向桿 1、多根橫向桿2和多根斜向桿3利用多個焊接球節點5連接成傳統形狀的單向斜桿型單層柱面網殼主體；所述的木桿連接件4包括鋼套箍8、端板9、錐頭10和箍筋11 ；其中鋼套箍 8套裝在縱向桿1、橫向桿2和斜向桿3的端部外圓周面上；端板9安裝在鋼套箍8的外端圓周上；錐頭10為空心圓臺結構，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板9的外側，上底面邊緣焊接在焊接球節點5上；箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上，用于將鋼套箍8和縱向桿1、橫向桿2或斜向桿3箍緊；焊接球節點5為鋼制空心球體，每個焊接球節點5上連接有多個木桿連接件4 ；若干個固定鉸支座7的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部一側的焊接球節點5上，下端固定在結構柱頂部；若干個滑動鉸支座6的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部另一側的焊接球節點5上，下端以可移動的方式設置在結構柱頂部。所述的縱向桿1、橫向桿2和斜向桿3的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍8的內圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內的凸緣。本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼組裝過程如下首先將鋼套箍 8安裝在縱向桿1、橫向桿2和斜向桿3的外端圓周面上，并使縱向桿1、橫向桿2和斜向桿 3上的凹槽與鋼套箍8上的凸緣對齊并卡緊，用箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上，將鋼套箍8和縱向桿1、橫向桿2或斜向桿3箍緊，之后將端板9焊接在鋼套箍8的外端圓周上，然后將錐頭10下底面邊緣焊接在端板9的外端圓周上，將錐頭10上底面邊緣焊接在焊接球節點5上。多個不同空間角度的木桿連接件4連接于一個焊接球節點5上，依次連成單向斜桿型單層柱面網殼主體。再將若干個固定鉸支座7和滑動鉸支座6的上端分別相隔距離安裝在網殼主體底部的焊接球節點5上，然后將上述固定鉸支座7和滑動鉸支座6的下端分別設置在結構柱頂部，由此形成木結構單向斜桿型單層柱面網殼。為了檢驗本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼的抗震性能，本申請人用有限元軟件ANSYS比較了相同外觀尺寸和桿件截面面積的本實用新型提供的木結構和已有技術的鋼結構單向斜桿型單層柱面網殼在水平地震EL-CentrO(1940)波作用下8s 內的豎向位移最大值，結果見表1。由表1可見，木結構單向斜桿型單層柱面網殼在地震作用下的位移變化幅值小于鋼結構單向斜桿型單層柱面網殼，表明木結構單向斜桿型單層柱面網殼受震害影響相對較小、對屋面材料破壞相對較輕。證明了本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼抗震性能良好，結構安全可靠。表 權利要求1.一種木結構單向斜桿型單層柱面網殼，其特征在于所述的木結構單向斜桿型單層柱面網殼包括多根縱向桿(1)、多根橫向桿O)、多根斜向桿(3)、多個木桿連接件、多個焊接球節點(5)、若干個滑動鉸支座(6)和若干個固定鉸支座(7)；其中縱向桿(1)、橫向桿⑵和斜向桿⑶為木桿，每根縱向桿(1)、橫向桿⑵和斜向桿⑶的兩端分別安裝有一個木桿連接件；帶有木桿連接件(4)的多根縱向桿(1)、多根橫向桿( 和多根斜向桿(3)利用多個焊接球節點( 連接成傳統形狀的單向斜桿型單層柱面網殼主體；所述的木桿連接件(4)包括鋼套箍(8)、端板(9)、錐頭(10)和箍筋(11)；其中鋼套箍(8)套裝在縱向桿⑴、橫向桿⑵和斜向桿⑶的端部外圓周面上；端板(9)安裝在鋼套箍⑶的外端圓周上；錐頭(10)為空心圓臺結構，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板(9)的外側，上底面邊緣焊接在焊接球節點( 上；箍筋(11)纏繞在鋼套箍(8)的外圓周面上，用于將鋼套箍⑶和縱向桿(1)、橫向桿⑵或斜向桿⑶箍緊；焊接球節點(5)為鋼制空心球體，每個焊接球節點( 上連接有多個木桿連接件；若干個固定鉸支座(7)的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部一側的焊接球節點(5)上，下端固定在結構柱頂部；若干個滑動鉸支座(6)的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼主體底部另一側的焊接球節點(5)上，下端以可移動的方式設置在結構柱頂部。
2.根據權利要求1所述的木結構單向斜桿型單層柱面網殼，其特征在于所述的縱向桿(1)、橫向桿(2)和斜向桿(3)的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍(8)的內圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內的凸緣。
專利摘要一種木結構單向斜桿型單層柱面網殼。其包括多根縱向桿、多根橫向桿、多根斜向桿、多個木桿連接件、多個焊接球節點、若干個滑動鉸支座和若干個固定鉸支座；其中縱向桿、橫向桿和斜向桿為木桿，每根縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端分別安裝有一個木桿連接件；帶有木桿連接件的多根縱向桿、多根橫向桿和多根斜向桿利用多個焊接球節點連接成傳統形狀的單向斜桿型單層柱面網殼主體；若干個固定鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼底部一側的焊接球節點；若干個滑動鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網殼底部另一側的焊接球節點。本實用新型提供的木結構單向斜桿型單層柱面網殼具有自重輕、結構安全性好、施工方便、綠色環保和經濟性好等優點。
文檔編號E04B1/32GK202324185SQ20112048842
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者劉國光, 武志瑋 申請人:中國民航大學