一种圆竹空间三铰拱结构单元及圆竹空间三铰拱结构系统技术方案

一种圆竹空间三铰拱结构单元及圆竹空间三铰拱结构系统，圆竹空间三铰拱结构单元包括固定装置、由竖向支承结构和屋面承重结构共同组成的空间单元一和空间单元二，空间单元一和空间单元二的顶端相互铰接，并在底端分别与固定装置相铰接形成空间三铰拱单元;圆竹空间三铰拱结构系统包括以上的圆竹空间三铰拱结构单元。两相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间间隔一定距离，圆竹空间三铰拱结构单元之间设有把两相邻圆竹空间三铰拱结构单元连接为一个整体的连接装置。本发明专利技术的结构体系的单根杆件的截面弯矩很小，杆件主要承受轴向力，而圆竹杆件受弯性能较差，受轴向力较好，所以本发明专利技术十分适合于圆竹结构。

A circular bamboo space three hinged arch structure unit and a circular bamboo space three hinged arch structure system

【技术实现步骤摘要】
一种圆竹空间三铰拱结构单元及圆竹空间三铰拱结构系统
本专利技术属于建筑结构，尤其涉及一种圆竹空间三铰拱结构单元及圆竹空间三铰拱结构系统。
技术介绍
桁架式屋架是由直杆组成的一般具有三角形单元的平面结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在生活和工业中得到广泛的应用。但是因为下弦杆件的设置，桁架式屋架所占用的“三角形”空间不能通行，建筑物的有效通行和使用高度为下弦杆到地面的高度，大大影响了建筑物的通行高度。2010年上海世博会的“德中同行之家”圆竹结构建筑，圆竹结构柱倾斜设置，并在屋面檐口和地面交于一点，进入建筑物的通行通道为圆竹结构柱间的夹角空间，供人使用的有效通行通道小，不能实现人流的快速疏散，为了增大进入建筑物的通行通道，可增大圆竹结构柱之间的夹角或加高建筑物的高度，但均会带来圆竹柱长度上的增加，结构稳定性变差，所以此结构不适用于人流量大的建筑。该结构利用钢构件承受屋面荷载，钢构件以节点荷载的形式将屋面荷载传给圆竹的连接节点，屋面的圆竹横杆只起连接作用，并没有承受屋面竖向荷载，比较浪费。屋面结构单元之间的联系构件只有横向和纵向两个方向的杆件，没有形成三角形，屋面的整体稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于针对上面提到的问题，提供一种圆竹空间三铰拱结构单元及圆竹空间三铰拱结构系统。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种圆竹空间三铰拱结构单元，包括固定装置、由竖向支承结构和屋面承重结构共同组成的空间单元一和空间单元二，空间单元一和空间单元二的顶端相互铰接，并在底端分别与固定装置相铰接形成空间三铰拱单元。本专利技术采用竖向支承结构承受屋面承重结构传递来的力，墙面不受力，在墙面材料的选择上，就能更多的考虑美观和经济等多方面需求，选择范围更广；拱结构体系与梁结构体系相比，拱结构体系的单根杆件的截面弯矩很小，杆件主要承受轴向力，而圆竹杆件受弯性能较差，受轴向力较好，所以拱结构体系更适合于圆竹结构；空间三铰拱体单元比平面三铰拱单元抗左右侧推力更好，有更好的稳定性，空间三铰拱结构系统可以在左右方向拼接更多的圆竹空间三铰拱结构单元，从而满足较大面积建筑物的使用需要。更进一步，竖向支承结构包括立柱一、立柱二和立柱三，立柱一、立柱二和立柱三的一端铰接于固定装置，另一端铰接于屋面承重结构,立柱一向右倾斜0～45度，立柱二向左倾斜0～45度，立柱一和立柱二向外倾斜0～60度，立柱三向内倾斜0～45度。立柱一向右倾斜0～45度，立柱二向左倾斜0～45度，立柱一和立柱二组成类似三角形，结构更稳定，更不易变形；立柱一和立柱二向外倾斜0～60度，可以将所受的水平力传递给固定装置并抵消一部分水平力，与垂直设置相比，减少了为连接立柱一和立柱二的杆件和固定装置的数量。更进一步，立柱三包括左立柱三和右立柱三，左立柱三和右立柱三之间通过短连梁铰接，左立柱三向左倾斜0～45度，右立柱三向右倾斜0～45度。可用左立柱三和右立柱三组成的组合立柱代替整体立柱，能方便选材，减小对单根材料受力要求。更进一步，屋面承重结构包括上弦杆、系杆一、平面斜撑一、腹杆一、腹杆二和下弦杆，上弦杆包括上弦杆一和上弦杆二，在空间单元一和空间单元二的铰接处设有系杆二，上弦杆一的一端、上弦杆二的一端以及下弦杆的一端和系杆二铰接，系杆一铰接弦杆一、上弦杆二、腹杆一的一端和腹杆二的一端、立柱二的另一端、立柱一的另一端，弦杆的另一端、腹杆一的另一端和腹杆二的另一端、立柱三的另一端两两铰接，弦杆一、上弦杆二、系杆一以及系杆二围成平行四边形，平面斜撑一铰接于平行四边形的对角线两点，上弦杆与水平面的夹角为0～60度。平面斜撑一连接平行四边形的对角线两点，形成三角形，让整个屋面承重结构更加稳定；腹杆一、腹杆二和下弦杆将屋面承重结构和竖向支承结构拉结在一起，能够防止屋面承重结构的下挠变形；上弦杆与水平面的夹角为0～60度，即屋面承重结构与水平面的夹角为0～60度。屋面承重结构上可以设置屋面维护系统，形成建筑使用空间。更进一步，上弦杆一到系杆一和系杆二远离上弦杆二一端的距离不大于系杆一或系杆二的长度的一半，上弦杆二到系杆一和系杆二远离弦杆一一端的距离不大于系杆一或系杆二的长度的一半，系杆一到上弦杆一和上弦杆二远离系杆二一端的距离不大于上弦杆一或上弦杆二的长度的三分之一。在上弦杆超出系杆一形成屋檐的情况下，如果系杆一到上弦杆一和上弦杆二远离系杆二一端的距离大于上弦杆一或上弦杆二的长度的三分之一，上弦杆靠近系杆二的一端有上翘的趋势，会增大系杆二和上弦杆连接的节点处的受力且会增大屋檐一边的上弦杆一和上弦杆二的挠度；同理，上弦杆一到系杆一和系杆二远离弦杆二一端的距离不大于系杆一或系杆二的长度的一半，上弦杆二到系杆一和系杆二远离弦杆一一端的距离不大于系杆一或系杆二的长度的一半。更进一步，系杆二的两端分别铰接上弦杆一和上弦杆二的一端，系杆一的两端分别铰接上弦杆一和上弦杆二的另一端。更进一步，空间单元一和空间单元二镜像对称设置。本专利技术还提供了一种圆竹空间三铰拱结构系统，包括上述的圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，两相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间间隔一定距离，圆竹空间三铰拱结构单元之间设有把两相邻圆竹空间三铰拱结构单元连接为一个整体的连接装置。两相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间间隔一定距离，在间隔处的可使用净高为系杆五到底面之间的净高，可以作为出入口通道，也可作为多种用途的使用空间，与上述“德中同行之家”进入建筑物的通行通道为圆竹结构柱间的夹角空间相比，提高了建筑物空间的有效使用率；与平面三铰拱体系相比能提供更大的出入口空间；两相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间的距离可以根据圆竹空间三铰拱结构单元受力情况和开门大小要求等因素综合进行考虑。更进一步，连接装置包括系杆五、系杆六和平面斜撑二，系杆五的两端分别铰接连接相邻两圆竹空间三铰拱结构单元的竖向支承结构和屋面承重结构相连接的节点，系杆六的两端分别铰接连接相邻两圆竹空间三铰拱结构单元的空间单元一和空间单元二相连接的节点，平面斜撑二铰接于系杆五和系杆六的对角点。系杆五、系杆六和平面斜撑二把相邻的两个圆竹空间三铰拱结构单元连接并形成一个整体，使得结构体系可以在左右方向不断地扩展，从而满足较大面积建筑物的使用需要。更进一步，连接装置还包括杆件七，杆件七的一端铰接连接于竖向支承结构和屋面承重结构相连接的节点，杆件七的另一端铰接连接于竖向支承结构和固定装置相连接的节点。在两个相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间不需要设出入口通道时，在靠近纵向端头对称设置杆件七；当圆竹空间三铰拱结构系统的结构单元数量在纵向组合数量较多时，每间隔一定的结构单元，设置杆件七，更利于把相邻的两个圆竹空间三铰拱结构单元连接并形成一个整体。综上所述，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的结构体系的单根杆件的截面弯矩很小，杆件主要承受轴向力，而圆竹杆件受弯性能较差，受轴向力较好，所以本专利技术十分适合于圆竹结构；2.两相邻圆竹空间三铰拱结构单元之间间隔有一定距离，在间隔处的可使用净高为系杆五到底面之间的净高，可以作为出入口通道，也可作为多种用途的使用空间，与“德中同行之家”进入建筑物的通行通道为圆竹结构柱间的夹角空间相比，提高了建筑物空间的有效使用率；3.本专利技术比桁架式屋架能更大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，包括固定装置（1）、由竖向支承结构和屋面承重结构共同组成的空间单元一和空间单元二，空间单元一和空间单元二的顶端相互铰接，并在底端分别与固定装置（1）相铰接形成空间三铰拱单元。

【技术特征摘要】
1.一种圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，包括固定装置（1）、由竖向支承结构和屋面承重结构共同组成的空间单元一和空间单元二，空间单元一和空间单元二的顶端相互铰接，并在底端分别与固定装置（1）相铰接形成空间三铰拱单元。2.如权利要求1所述的一种圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，所述竖向支承结构包括立柱一（2）、立柱二（3）和立柱三（10），立柱一（2）、立柱二（3）和立柱三（10）的一端铰接于固定装置（1），另一端铰接于屋面承重结构,立柱一（2）向右倾斜0～45度，立柱二（3）向左倾斜0～45度，立柱一（2）和立柱二（3）向外倾斜0～60度，立柱三（10）向内倾斜0～45度。3.如权利要求2所述的一种圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，所述立柱三（10）包括左立柱三（1001）和右立柱三（1002），左立柱三（1001）和右立柱三（1002）之间通过短连梁（11）铰接，左立柱三（1001）向左倾斜0～45度，右立柱三（1002）向右倾斜0～45度。4.如权利要求2所述的一种圆竹空间三铰拱结构单元，其特征在于，所述屋面承重结构包括上弦杆（5）、系杆一（4）、平面斜撑一（6）、腹杆一（8）、腹杆二（9）和下弦杆（12），上弦杆（5）包括上弦杆一（5001）和上弦杆二（5002），在空间单元一（15）和空间单元二（16）的铰接处设有系杆二（7），上弦杆一（5001）的一端、上弦杆二（5002）的一端以及下弦杆（12）的一端和系杆二（7）铰接，系杆一（4）铰接弦杆一（5001）、上弦杆二（5002）、腹杆一（8）的一端和腹杆二（9）的一端、立柱二（3）的另一端、立柱一（2）的另一端，弦杆（12）的另一端、腹杆一（8）的另一端和腹杆二（9）的另一端、立柱三（10）的另一端两两铰接，弦杆一（5001）、上弦杆二（5002）、系杆一（4）以及系杆二（7）围成平行四边形，平面斜撑一（6）铰接于平行四边形的对角线两点，上弦杆（5）与水平面的夹角为0～60度。5.如权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨保新，杨媛，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51