竹制三向網格型網殼的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種竹制三向網格型網殼，由上部三向網格型球面網殼、下部撐桿體系、混凝土基礎組成，多個緯向多邊環形構件以中心的鋼節點為圓心同心布置，中心的鋼節點通過徑向桿與內層的緯向多邊環形構件的緯向桿首尾相接處的鋼節點連接，相鄰緯向多邊環形構件之間通過三角斜撐、徑向桿連接，豎向支撐通過最外層的緯向多邊環形構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼連接，Y型上支撐通過次外層的緯向多邊環向構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼相連接，Y型下撐桿與橫向連系桿通過鋼節點連接；豎向支撐和Y型下撐桿通過基礎的鋼節點與混凝土基礎連接。本發明具有自重輕、跨度大、剛度大、結構整體性好、施工簡便、綠色環保和經濟性好等優點。
【專利說明】
竹制三向網格型網殼
技術領域
[0001]本發明涉及一種竹材建筑，涉及一種適用于大跨度屋蓋結構的主結構球面網殼的結構。
【背景技術】
[0002]目前，我國建筑業的主要材料以混凝土和鋼材為主，無論是鋼結構的預制加工還是混凝土結構的澆筑，都屬于高污染、高耗能的產業，并不符合國家可持續發展的目標。
[0003]今年來，隨著綠色建筑理念的提出，綠色建筑日益受到社會廣泛關注。近年來輕型木結構越來越受到人們的青睞，然而，我國森林資源十分匱乏，且樹木成材周期較長，因而建筑用材非常有限，生產線不利開發，因此難以大力推廣輕型木結構。而同時，我國的竹材資源非常豐富。成材周期短、竹材繁殖能力強、抗拉、抗壓性能強，可為竹結構的大量建造提供充足的原材料。綜上，開發和利用竹材，將竹材廣泛應用于建筑結構領域是實現建筑環保綠色、保障社會可持續發展的必要措施。
[0004]竹材建筑與可持續發展的話題由來已久，竹材有很多優點，如重量輕、結實、有韌性，是一個非常環保的建筑材料，竹材建筑具有其他建材無可比擬的優越性:
I資源可再生。竹材是一種極好的可再生資源，可永續再用。竹材擁有生長周期快、產量高性能。
[0005]2環保產品無污染。竹材在大自然環境中對氧氣及二氧化碳的平衡是非常重要元素，固碳能力強。作為建筑材料，在施工建造過程中能耗、污染方面遠遠小于磚石、混凝土類建筑物，是很好的綠色材料。
[0006]3抗拉、抗壓。竹子具有很高的強度，抗拉強度是鋼材的2倍，抗壓強度是混凝土的2倍。
[0007]4抗震能力強。由于質量輕，彈性好，竹子的抗震功能非常突出，即使在強烈的地震中整體結構出現變形，也不會散架或垮塌。
[0008]5傳統&現代結合。竹材建筑是傳統技術在現代建筑設計中的合理應用，順應了時代的發展潮流。
[0009]然而，目前在工程中的竹結構主要以跨度較小的結構為主，但難以在一些特殊形式的空間結構如網殼中使用。而在一些公共建筑中(如影劇院、大型會場、展覽中心等等)，大跨度的空間形式具有較大的需求。
【發明內容】
[0010]本發明針對上述問題，本發提供一種跨度大、結構剛度大、維修簡便的竹制三向網格型網殼。
[0011]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種竹制三向網格型網殼，由上部三向網格型球面網殼、下部撐桿體系、混凝土基礎組成，上部三向網格型球面網殼包括多個由瑋向桿首尾相接形成的瑋向多邊環形構件、多根徑向桿、多個鋼節點、多根三角斜撐;所述多個瑋向多邊環形構件以中心的鋼節點為圓心同心布置，中心的鋼節點通過徑向桿與內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿首尾相接處的鋼節點連接，相鄰瑋向多邊環形構件之間通過三角斜撐、徑向桿連接，其中，內、外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿首尾相接處對應的鋼節點之間連接徑向桿，內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿首尾相接處的鋼節點與外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿首尾相接處對應的鋼節點的兩側鋼節點之間連接三角斜撐;所述下部撐桿體系包括一個由橫向連系桿首尾連接形成的橫向連系多邊環形構件、多根Y型上撐桿、多根Y型下撐桿、多根豎向支撐、多個鋼節點;所述豎向支撐通過最外層的瑋向多邊環形構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼連接，Y型上支撐通過次外層的瑋向多邊環向構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼相連接，Y型下撐桿與橫向連系桿通過鋼節點連接；豎向支撐和Y型下撐桿通過基礎的鋼節點與混凝土基礎連接;所述瑋向桿、徑向桿、豎向支撐、三角斜撐、Y型上撐桿、Y型下撐桿、橫向連系桿均采用經過處理過的毛竹桿。
[0012]所述鋼節點可分為:中心節點、內層環形構件節點、外層環形構件節點、三角斜撐節點、Y型支撐節點、V型基礎節點；內層環形構件節點、外層環形構件節點均為預制鋼節點。
[0013]所述徑向桿的數量與下部撐桿體系中的Y型上支撐和Y型下支撐的數量相同。
[0014]每個所述瑋向多邊環形構件的瑋向桿的數量與下部撐桿體系的橫向聯系桿數量相同。
[0015]本發明具有以下有益效果:
本發明結構主體受力構件均采用經過處理過的毛竹筒材料構件，毛竹筒構件，材料來源廣泛，價格低廉，加工處理方法簡便易操作，未破壞竹桿外表皮結構，防止竹桿受到蟲害影響，防腐、防蟲處理過，竹桿有效使用周期長，是未經過處理的毛竹的4倍以上。
[0016]本發明在多個節點處采用特殊形式的鋼節點進行連接，改善了節點區域的受力性能，增強了節點連接的整體性和可靠性；同時鋼節點連接預制鋼桿件能夠循環利用，有利于降低構件的建造成本。
[0017]本發明所用的竹桿與鋼節點連接件均可以在工廠定制加工，到現場可直接拼裝，現場無需灌注混凝土、焊接鋼材等，因此建造速度快，同時拆除建筑也簡便，可廣泛用于一些大型展覽和災后重建工程中的臨時建筑。
【附圖說明】
[0018]圖1為上部三向網格球面竹網俯視圖；
圖2為本發明的整體結構的剖面圖；
圖3為環形構件俯視圖；
圖4為中心節點的示意圖；
圖5為內層環形構件節點的示意圖；
圖6為外層環形構件節點的示意圖；
圖7為Y型支撐節點的示意圖；
圖8為三角斜撐節點的示意圖；
圖9為V型基礎節點的剖面示意圖；
圖10為支座底板俯視圖。
[0019]圖中:1-中心節點；2-內層環形構件節點；3-外層環形構件節點;4-三角斜撐節點；5-Y型支撐節點;6-V型基礎節點；7-瑋向桿;8-徑向桿;9-豎向支撐;10-三角斜撐;I1-Y型上支撐；12-環形構件；13-鋼箍套；14-毛竹桿；15-毛竹桿端部連接件；16-預埋耳板；17-高強螺栓；18-鋼節點底板；19-Y型下支撐;20-斜支耳板;21-橫向連系桿;22-V型斜支耳板;23-支座底板。
【具體實施方式】
[0020]下面結合說明書附圖和實施例對本發明做進一步具體說明。
[0021]如圖1，2，3所示，本發明的竹制三向網格型網殼，包括上部三向網格型球面網殼、下部撐桿體系、混凝土基礎。上部三向網格型球面網殼包括多個由瑋向桿7首尾相接形成的瑋向多邊環形構件、多根徑向桿8、多個鋼節點、多根三角斜撐。多個瑋向多邊環形構件以中心的鋼節點為圓心同心布置，中心的鋼節點通過徑向桿8與內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿7首尾相接處的鋼節點連接，相鄰瑋向多邊環形構件之間通過三角斜撐10、徑向桿8連接，其中，內、外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿7首尾相接處對應的鋼節點之間連接徑向桿8，內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿7首尾相接處的鋼節點與外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿7首尾相接處對應的鋼節點的兩側鋼節點之間連接三角斜撐1。
[0022]下部撐桿體系包括一個由橫向連系桿21首尾形成的橫向連系多邊環形構件、多根Y型上撐桿11、多根Y型下撐桿19、多根豎向支撐9、多個鋼節點。
[0023]鋼節點可分為:中心節點1、內層環形構件節點2、外層環形構件節點3、三角斜撐節點4、Y型支撐節點5、V型基礎節點6。中心節點I連接所有徑向桿8。內層環形構件2節點、外層環形構件節點3均為預制鋼節點。
[0024]豎向支撐9通過最外層的瑋向多邊環形構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼連接，Y型上支撐11通過次外層的瑋向多邊環向構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼相連接，下部撐桿體系的Y型下撐桿19與橫向連系桿21通過Y型支撐節點5連接。下部撐桿體系的豎向支撐9和Y型下撐桿19通過V型基礎節點6與混凝土基礎連接。
[0025]瑋向桿7、徑向桿8、豎向支撐9、三角斜撐10、Y型上撐桿11、Y型下撐桿19、橫向連系桿21均采用經過處理過的毛竹桿14。
[0026]如圖4所示，中心節點I包括鋼節點底板18、高強螺栓17。鋼節點底板18外圓周上通過預埋耳板16連接所有徑向桿8，徑向桿8外用三道鋼套箍13和螺栓將徑向桿8緊固在毛竹桿端部連接件15上，預埋耳板16通過高強螺栓17固定在鋼節點底板18上。
[0027]如圖5所示，內層環形構件節點2包括鋼節點底板18、高強螺栓17。鋼節點底板18外圓周上通過預埋耳板16連接瑋向桿7、徑向桿8、三角斜撐10，下面通過耳板和預埋耳板16連接Y型上支撐11，瑋向桿7、徑向桿8、三角斜撐10和Y型上支撐11外用三道鋼套箍13和螺栓緊固在毛竹桿端部連接件15上，鋼節點底板18外圓周上的預埋耳板16通過高強螺栓17固定在鋼節點底板18上。
[0028]如圖6所示，外層環形構件節點3包括鋼節點底板18、高強螺栓17、斜支耳板20。鋼節點底板18外圓周上通過預埋耳板16連接瑋向桿7，上面通過斜支耳板20和預埋耳板16連接徑向桿8，下面通過斜支耳板20和預埋耳板16連接豎向支撐9、Υ型上支撐11，徑向桿8、瑋向桿7、豎向支撐9和Y型上支撐11外用三道鋼套箍13和螺栓緊固在毛竹桿端部連接件15上，鋼節點底板18外圓周上的預埋耳板16通過高強螺栓17固定在鋼節點底板18上。
[0029]如圖7所示，Y型支撐節點5包括鋼節點底板18、高強螺栓17、斜支耳板20。鋼節點底板19外圓周上通過預埋耳板16連接橫向連系桿21，上面通過斜支耳板20和預埋耳板16連接Y型上支撐11，下面通過耳板和預埋耳板16連接Y型上支撐11、Y型上撐桿11，橫向連系桿21外用三道鋼套箍13和螺栓緊固在毛竹桿端部連接件15上，鋼節點底板18外圓周上的預埋耳板16通過高強螺栓17固定在鋼節點底板18上。
[0030]如圖8所示，三角斜撐節點4包括鋼節點底板18、高強螺栓17。鋼節點底板18外圓周上通過預埋耳板16連接瑋向桿7和三角斜撐10，瑋向桿7和三角斜撐10外用三道鋼套箍14和螺栓緊固在毛竹桿端部連接件16上，鋼節點底板18外圓周上的預埋耳板16通過高強螺栓17固定在鋼節點底板18上。
[0031]如圖9，10所示，V型基礎節點6包括支座底板23、V型斜支耳板22、預埋耳板16、高強螺栓17。支座底板23通過高強螺栓17連接V型斜支耳板22，V型斜支耳板22—側通過預埋耳板16連接Y型下撐桿29，另一側連接豎向支撐9，Y型下撐桿19、豎向支撐9外用三道鋼套箍13和螺栓緊固在毛竹桿端部連接件15上。支座底板23用四個高強螺栓17固定在混凝土基礎上。
[0032]本發明所用的受力桿件均為經過處理的毛竹筒，有效使用期長。在竹莖桿的汁液含糖量較低時收割，能有效減少蟲災的可能性。使用刀具收割竹材時，應將竹子末端削成斜面狀，防止雨水進入并腐蝕地下的根莖。竹材處理最為關鍵的過程“瀝濾”，經過濾液處理，濾除汁液內殘余的糖分。本發明采用的簡單方法簡單，易操作，即采用烘干，2-3周的時間。竹材還需防腐處理，將竹莖桿豎立在木桶中，從上往下將隔膜穿孔，從頂部到倒數第二個竹節，然后倒入防腐液，完成后，將最后一個隔膜穿孔，并收集殘余的液體。大量資料表明，竹莖桿的維護對它們在建筑中的使用期具有重要影響，未經維護的竹材的有效使用期為2.5年，而經過維護的竹材的有效期為10年左右。
[0033]本發明中的三向網格型球面網殼是空間結構的主要結構受力部分，在豎向荷載或當承受風荷載等均布荷載的時候，徑向桿件承受較大壓力，將大部分荷載通過節點傳遞至Y型支撐與豎向支撐。三角斜撐和環向桿件則對徑向形成雙重穩定的側向支撐，為三向網格型網殼的整體性提供了良好的環向套箍作用。當承受風荷載的時候，徑向竹桿受拉，而環向桿件、三角斜撐所受的壓力則形成穩定的閉合壓力環，環行系桿也形成了一層閉合壓力環，有利于防止結構被風吸力掀起而導致破壞。
[0034]Y型支撐的存在豐富了結構的荷載傳遞路徑，三向網格型球面網殼通過徑向拉桿、環向桿件、三角斜撐傳遞荷載的方式外。上層荷載既可以通過豎向支撐、也可以通過Y型支撐傳遞至荷載，橫向連系桿提高了結構的側向剛度，增強了結構的整體性，減少了變形撓度。
[0035]Y型支撐和豎向支撐:豎向支撐通過最外層的環形桿件的節點，與三向網格型網殼相連。Y型支撐通過與最外兩層的環向桿件的鋼節點與三向網格型網殼相連。兩個支撐是球面網殼結構的關鍵受力構件。在豎向荷載作用下，為上層提供了彈性支撐，加強結構的整體性和剛度。
[0036]本發明的加工制作工序:
1.竹桿的前期處理:在竹莖桿的汁液含糖量較低時收割，能有效減少蟲災的可能性。使用刀具收割竹材時，應將竹子末端削成斜面狀，防止雨水進入并腐蝕地下的根莖。竹材處理最為關鍵的過程“瀝濾”，經過濾液處理，濾除汁液內殘余的糖分。本發明采用的簡單方法簡單，易操作，即采用烘干，2-3周的時間。竹材還需防腐處理，將竹莖桿豎立在木桶中，從上往下將隔膜穿孔，從頂部到倒數第二個竹節，然后倒入防腐液，完成后，將最后一個隔膜穿孔，并收集殘余的液體。
[0037]2.制作毛竹桿件:在毛竹桿兩端安裝端部連接件、預埋耳板，并設置三道鋼套箍，用螺栓緊固連接鋼套箍，在端部灌注混凝土，待混凝土完全凝固，方可使用毛竹桿件。在徑向桿中部連接位置鉆螺栓孔。
[0038]3.制作中心節點的鋼底板，預留螺栓孔，加工孔槽及其內螺紋。
[0039]4.制作內層環形構件節點、外層環形構件節點的預制鋼構件:加工節點鋼底板，預留螺栓孔、加工孔槽及其內螺紋，焊接斜支耳板。
[0040]5.制作支座節點的預制鋼構件:制作鋼底板，預留螺栓孔、加工孔槽及其內螺紋。[0041 ]本發明結構的安裝工序:
1.根據結構跨度、荷載等設計條件確定桿件及節點各受力節點連接桿的尺寸。
[0042]2.在工廠加工制作節點連接件及各受力竹桿；
3.在混凝土基礎的相應位置預埋螺栓，安裝混凝土基礎的支座底板；
4.搭設最外圍支座節點的支撐結構，在內層環形構件節點、外層環形構件節點下搭設臨時支架。
[0043]5.安裝V型基礎節點和豎向支撐:將豎向支撐的耳板通過高強螺栓連接于支座底板。用三道鋼套箍固定V型斜支耳板。
[0044]6.安裝Y支撐:將Y型支撐的下桿通過高強螺栓與V型斜支耳板連接。將加工好的毛竹桿件通過高強螺栓連接于Y型支撐節點。
[0045]7.安裝橫向連系桿:將加工好的橫向連系桿通過高強螺栓連接于Y型支撐節點。完成下部撐桿體系。
[0046]8.依次安裝外層環形構件節點、內層環形構件節點，將環向桿、徑向桿通過螺栓連接于外層環形構件節點、內層環形構件節點的耳板上。
[0047]8.安裝中心節點:將相連徑向桿件全部通過螺栓連接固定于中心節點的耳板上，完成上部三向網格型球面網殼的安裝。
[0048]9.拆除內層環形構件節點、最外層環形構件節點下的臨時支架，完成整體結構的安裝。
【主權項】
1.一種竹制三向網格型網殼，由上部三向網格型球面網殼、下部撐桿體系、混凝土基礎組成，其特下在于:所述上部三向網格型球面網殼包括多個由瑋向桿(7)首尾相接形成的瑋向多邊環形構件、多根徑向桿(8)、多個鋼節點、多根三角斜撐;所述多個瑋向多邊環形構件以中心的鋼節點為圓心同心布置，中心的鋼節點通過徑向桿(8)與內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿(7)首尾相接處的鋼節點連接，相鄰瑋向多邊環形構件之間通過三角斜撐(10)、徑向桿(8)連接，其中，內、外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿(7)首尾相接處對應的鋼節點之間連接徑向桿(8)，內層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿(7)首尾相接處的鋼節點與外層的瑋向多邊環形構件的瑋向桿(7)首尾相接處對應的鋼節點的兩側鋼節點之間連接三角斜撐(10);所述下部撐桿體系包括一個由橫向連系桿(21)首尾連接形成的橫向連系多邊環形構件、多根Y型上撐桿(11)、多根Y型下撐桿(19)、多根豎向支撐(9)、多個鋼節點;所述豎向支撐(9)通過最外層的瑋向多邊環形構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼連接，Y型上支撐(11)通過次外層的瑋向多邊環向構件的鋼節點與上部三向網格型球面網殼相連接，Y型下撐桿(19)與橫向連系桿(21)通過鋼節點連接;豎向支撐(9)和Y型下撐桿(19)通過基礎的鋼節點與混凝土基礎連接;所述瑋向桿(7)、徑向桿(8)、豎向支撐(9)、三角斜撐(10)、Y型上撐桿(11)、Y型下撐桿(19)、橫向連系桿(21)均采用經過處理過的毛竹桿(14)。2.根據權利要求1所述的竹制三向網格型網殼，其特征在于:所述鋼節點可分為:中心節點(I)、內層環形構件節點(2)、外層環形構件節點(3)、三角斜撐節點(4)、Υ型支撐節點(5)、V型基礎節點(6);所述內層環形構件節點(2)、外層環形構件節點(3)均為預制鋼節點。3.根據權利要求1所述的竹制三向網格型網殼，其特征在于:所述徑向桿(8)的數量與下部撐桿體系中的Y型上支撐(11)和Y型下支撐(19)的數量相同。4.根據權利要求1所述的竹制三向網格型網殼，其特征在于:每個所述瑋向多邊環形構件的瑋向桿(7)的數量與下部撐桿體系的橫向聯系桿(21)數量相同。
【文檔編號】E04B7/08GK105863060SQ201610436354
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】陳有亮, 陳嫣, 陳瑛, 崔鑒宇, 陳思宇
【申請人】上海理工大學