双层网架球顶结构制造技术

一种网格状球顶结构，其可支承于基础上，该结构包括： 位于所需形状的外表面中的外部结构网架，该网架包括多个在抗弯外部接合部连接的外部撑杆，上述外部网架将上述外表面细分为基本上相同的多边形的外部网架孔； 位于具有与外表面形状类似的形状的内表面中的内部结构网架，其向内与外部网架间隔开，该内部结构网架包括多个在抗弯内部接合部连接的内部撑杆，该内部网架将表面细分为内部网架孔； 相对下述撑杆具有较小横截面积的多个直线间隔斜撑，该斜撑连接于选定的内部网架接合部和选定的外部网架接合部之间，并且将荷载基本上仅仅局部地，并且基本上仅仅沿轴向在网架之间进行传递； 每个网架可以与另一网架分开的方式支承于基础上。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域本专利技术涉及大跨径的球顶(拱顶)和类似球顶的结构。本专利技术特别是涉及下述结构系统，该结构系统形成上述的结构，在该系统中，由具有较高截面模量的结构部件形成的顶部和底部网架构成最好为同心的相应表面，上述网架通过相互连接的斜撑而保持间隔开的关系，该斜撑具有较小的截面模量，并且将荷载局部地在网架之间进行传递。本专利技术的
技术介绍
每年，在世界上建造许多的多用途的体育场。由于对内侧环境进行天气防护、气候控制、声学控制，经常将这些体育场盖住。现有的织物和钢制结构的较大的维修成本，以及这些体育场的不断增加的施工成本构成了研制下述高效结构系统的需要，该系统可降低整个顶盖的重量，降低作用于支承结构或基础上的荷载，缩短工期，与屋顶或覆盖结构件形成整体，而不是仅仅对它们提供支承，降低结构的整个使用期限的维修成本，降低该结构施工成本。人们已采用挤压法制备的铝制梁，设计并建造了跨度高大420英尺的单层网架的网格球顶。在专利权人为Richter的US3909994号专利的说明书中对该单层网架的网格球顶进行了描述，该专利文献在这里供参考使用。在大跨径的结构中采用铝的已证明的优点使得铝制球顶成功地击败钢、木和织物制球顶。铝制结构的优点包括重量轻、耐腐蚀、容易制作、减少的维修量、强度与重量的比值较高。除了表面的局部特征以外，球顶的表面的基本形状一般为旋转的表面的一部分，比如球体、柱体、椭球的一部分。其它类型的表面形状已得到使用，并且能够得到使用。球顶的结构设计的方法是采用结构部件或撑杆形成的单层网架，该部件或撑杆位于球顶的基本形状表面，并且构成该表面，它们相互连接从而将上述表面进一步划分为三角形、矩形、五边形、六边形或其它多边形区域的网格。在多数场合，该网格区域的形状仅仅为或主要为一种多边形的形状。当网架中的所有撑杆为相同的横截面时，上述结构性网架的结构是最简单的。从抵抗压曲的观点来看，对于典型的活载或雪载，非常容易破坏的球顶区域为中心区域。在球顶中心区域，荷载沿与撑杆垂直的方向作用，并且与在下述的球顶的边缘的情况相比较，上述荷载更容易使这些撑杆压曲，在该边缘处，撑杆沿更加竖直的方向定位，并且与所施加的荷载方向之间的夹角为锐角。如果具有足以承受中心区域荷载的高度(depth)和横截面积的撑杆在整个球顶区域使用，则上述球顶的大部分的设计就会过于保守。与实际的要求相比较，上述球顶会很重，并且成本较高。如果在球顶中的非常容易发生破坏的部分采用强度较高的/较高(deeper)的结构部件，则在球顶中的具有不同高度(depth)的结构部件相互连接的地方，要求复杂的和成本较高的接合部/插座连接件)。上述情况特别是发生于在中心处有集中荷载的大型球顶，比如体育场中。从理论上说，上述公知类型的单层外部网架的铝制球顶可用于跨越较大的距离，但是随着跨径的增加，最好是通过挤压法制成的撑杆的所必需的尺寸和相当大的成本也会增加。另外，较大截面的挤压件是在有限数量的地方生产的，这样会导致较长的次序引导时间、传送延迟，此外会使成本增加。还有，通过挤压生产工艺生产的结构异型件的尺寸是有限的。特别是，铝制挤压件仅仅能够制造出高达14英寸的高度(depth)。再有，铝具有较低的弹性模量。这些因素将下述的跨径限制在405英寸左右，该跨径指由相同截面的撑杆制成的单层网架的铝制球顶结构能够跨越的距离，于是，这些情况大大地妨碍了这种类型的球顶用于下述场合，该场合指覆盖体育场，以及要求跨径距离在600英尺或更大的类似建筑物。对于体育场或要求较低异型件或较矮覆盖体(即，具有较小高度的薄体)来说，上述的考虑是夸大了。于是，铝制单层网架的较矮球顶的最大跨径小于450英尺，并且压曲是更加严重的问题。人们所设计并建造的单层网架的较矮球顶的作为直径的、跨径达320英尺，这些球顶已接近了较矮铝制球顶的单层网架技术的极限。为了突出该问题，在多数建筑应用领域，一般较矮的球顶胜过较高的球顶，但是由于在较矮的大直径的单层网架球顶中，压曲构成更加严重的问题，这样单层网架的铝挤压件形成的球顶目前对于许多应用场合是不可行的。单层网架的较矮的网格球顶的破坏的最经常的模式称为“压曲而突然折断”。在压曲而突然折断时，上述球顶出现反弯，不能在其区域的至少一部分上支承所施加的荷载。球体状的球顶和其它曲线形的结构容易产生压曲而突然折断。与多数的结构不同，单层网架球顶具有非线性的几何性能。这就是说，当施加递增的荷载时，结构的不断弯曲会以不成比例的方式加大。当上述结构不再能够支承荷载或该结构的弯曲对于较小的递增荷载来说很大时，便发生突然折断。当自然荷载，比如风、雪、冰添加到天窗、记分牌、音响设备、气候控制设备、天桥、从球顶的内部悬吊下来的其它设备产生的设计荷载上，并且上述总荷载超过该结构的抗弯能力时，可发生上述破坏。网格状球顶结构，即结构部件沿网架形成的网线对齐的球顶的施工可采用位于该结构的中心开口处的大型塔吊来进行；可在以后将上述开口盖住。上述结构中的环形中心部分开始于上述塔吊的底座(围绕该底座装配)，其通过起吊缆绳与塔吊的顶部连接。当上述球顶的初始顶(中心)部的装配完成时，通过上述起吊缆绳将其向上吊起，在地面，作为上述球顶中的环形中心部分的向外延伸部，制作上述结构的下一部分(环)。反复进行上述步骤，直至形成上述结构。该方法为建造球顶结构的安全有效的方法。但是，当建造跨径达450英尺左右或更大的的球顶结构时，进行施工所要求的塔吊的高度是受到禁止的，因此不能采用该施工方法。此外，上述方法对于非球体状的形状的结构是不适用的。在没有塔吊的情况下，必须在逐渐向上施工的期间，通过与一个部件的结构连接的方式来建造该结构。该方法只能用于直径在250英尺的结构，并且要求在移动式载人提升机中，在地面上方的危险的高空环境下进行作业以便形成整个结构。上述方法要求成本较高的支撑件以避免在施工期间，上述结构发生变形。上述情况表明，需要提供下述改进的高效的铝制结构系统，该系统可采用铝制挤压技术使大型体育场的跨径超过450英尺，并且对于跨径超过400英尺的结构，可采用较矮的异型设计。此外，采用具有相同横截面的结构部件，将会获得效益。还有，需要提供一种有效的安全的，建造大型铝制网格状球顶结构以及具有非球体状的网格状结构的方法。因此，需要设计和建造带有铝制部件的大跨径的铝制结构系统，该部件在结构的相应部分具有相同的高度(depth)，另外需要设计一种具有各种曲率的大型结构系统的施工方法。本专利技术的概述本专利技术提供一种新型的球顶和类似物的结构系统，其包括顶部网架和底部网架，每个网架通过在插座或接合部处连接的具有相同截面的结构部件形成于相应的曲面内。上述两个网架所确定的表面通过结构部件而划分为顶部和底部网架孔。多个间隔斜撑仅仅由于将荷载在两个网架之间进行传递，并且保持上述两个网架之间的间距。上述斜撑基本上仅仅局部地在网架之间传递荷载。上述顶部和底部网架中的部件的截面(即，横截面)大于斜撑的截面。在本专利技术的优选实施例中，多块盖板与一个网架(最好是顶部网架)固定，以便构成与结构系统形成整体，而不是仅仅通过其支承的覆盖系统或屋顶。上述顶部网架最好在节点之间完全按照三角形进行划分，但是在另一实施例中，顶部网架划分为矩形。底部网架中的孔的形状和尺寸可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：阿芳索·E·洛佩斯，
申请(专利权)人：泰姆科尔公司，
类型：发明
国别省市：