一种零高斯曲率索穹顶制造技术

本发明专利技术公开了一种零高斯曲率索穹顶。它由环向拉索、径向上斜索、径向下斜索、竖向压杆以及连接节点组成；径向上斜索组成的索网曲面为零高斯曲率曲面；竖向压杆的下端与径向下斜索和环向拉索相连，竖向压杆的上端与径向下斜索和径向上斜索相连，最外圈径向下斜索与上斜索固定在结构周边的支座上，并形成零高斯曲率索穹顶结构，径向上斜索首尾连成直线将零高斯曲率曲面环向等分；该零高斯曲率索穹顶的平面投影可为矩形、圆形或其他形状，其跨度可根据结构造型、使用功能以及承载能力等要求确定。本发明专利技术使索穹顶从现有的正高斯曲率曲面与负高斯曲率曲面扩展到了零高斯曲率曲面，使索穹顶可以应用在更多造型的结构中。

A cable dome with zero gauss curvature

【技术实现步骤摘要】
一种零高斯曲率索穹顶所属
本专利技术涉及一种张拉整体结构形式，具体地说是一种零高斯曲率索穹顶，应用范围包括建筑物结构、航空航天结构、海洋结构等方面。
技术介绍
经过近几十年的发展，各种类型的张拉整体结构在世界各国的建筑结构、航空航天结构、水下仿生鱼结构、人体生物结构中都得到了广泛应用。其中，索穹顶作为张拉整体结构的一种特殊形式，是迄今为止被认为结构效率最好的一种结构体系，现已开发的索穹顶类型有肋环型、Levy型、葵花型与鸟巢型等。全世界在役的索穹顶有13座。随着建筑物或构筑物功能的提升与外观造型的多样化，现有的索穹顶形式在一些特殊建筑中已无法进行应用。当建筑物外观曲面为零高斯曲率时(如，柱面、锥面等)，现已开发的索穹顶结构由于均为正高斯曲率形式和负高斯曲率形式,索穹顶现无法应用到零高斯曲率曲面结构中中。所以，本专利技术提出了一种零高斯曲率索穹顶，将索穹顶从正高斯曲率形式和负高斯曲率形式，扩展到了零高斯曲率形式，极大地丰富了索穹顶的种类。由于索穹顶类型的丰富，索穹顶完全可以应用在对结构自重要求较为严格的结构物中(如，游轮、海上机场、海上城市、海上游乐园以及水上酒店等海洋工程)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种零高斯曲率索穹顶，以实现索穹顶在零高斯曲率曲面结构中的应用。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种零高斯曲率索穹顶结构。本专利技术由环向拉索(1)、竖向压杆(2)、径向上斜索(3)和径向下斜索(4)组成。上述的零高斯曲率索穹顶结构，其中，径向上斜索(3)首尾相连构成的索网形成了符合整个结构要求的零高斯曲率曲面外形。在结构的外形曲面上，直线的曲率值最小，其曲率为零，其他曲线的曲率均为正值，整个结构的高斯曲率为零高斯曲率。其中径向上斜索(3)首尾相连构造出整个结构的零高斯曲率曲面；所述的零高斯曲率索穹顶结构最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)固定于周边的支座节点上。径向上斜索(3)首尾相连将零高斯曲率曲面环向等分，整个结构有两个正交的主对称轴。支座节点位于零高斯曲率曲面上，零高斯曲率曲面的平面投影形状主要由支座节点的位置决定，可为矩形、圆形、椭圆形等两轴对称形状。上述的竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)孤立地分散在整个结构中，其上端与径向上斜索(3)和径向下斜索(4)直接相连，其下端与径向下斜索(3)和环向拉索(1)相连。上述的零高斯曲率索穹顶结构，其中，由径向上斜索(3)首尾连接所组成的索网，可以是径向形、肋环形或葵花形网格。上述径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。整个结构有两个主对称轴，在保持径向上斜索(3)所成零高斯曲率曲面不变以及结构关于两个主对称轴对称的基础上，环向拉索(1)的圈数可依据实际情况进行调整，结构上部的覆盖物(5)可为柔性的膜面。上述的零高斯曲率索穹顶结构，其中，所有组成构件可安装长度调节装置，以调整整个构件的长度，同时也可通过长度调节装置来对构件进行预应力的施加。上述的零高斯曲率索穹顶结构，其中，竖向压杆(2)由空心圆管或方管制造。上述的零高斯曲率索穹顶结构，不但可以用到传统的体育场馆等大跨度建筑上，还可以用在一些航空航天结构和海洋结构物中。本专利技术提供的零高斯曲率索穹顶结构，突破了现有索穹顶结构仅适用于外形曲面为正高斯曲率与负高斯曲率的结构。本专利技术不仅具有传统索穹顶结构自重轻、承载力高的优点，同时零高斯曲率索穹顶结构的出现也将拓宽索穹顶结构的应用范围。具体优点包括：自重轻、承载能力高、适应建筑外形的能力好。本专利技术涉及的零高斯曲率索穹顶结构可用于多种建筑结构中(包括体育场馆、航站楼、铁路站房等大跨结构)，也可用于对结构自重要求控制比较严格的海洋工程结构中(包括海上机场航站楼、海上城市、水上游乐场与水上酒店等)。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术：图1a为本专利技术的三维简图。图1b为本专利技术未包含上部覆盖物(5)的三维简图。图1c为本专利技术未包含径向上斜索(3)所构成的下部索杆简图。图1d为本专利技术径向上斜索(3)所构成的零高斯曲率索网简图。图2为本专利技术俯视图。图3为本专利技术位于图1a中A向视图。图4为本专利技术位于图1a中与A向垂直方向的视图。图5为本专利技术位于图1a中具有最大曲率的一品剖面图。图6为本专利技术位于图1a中具有最小曲率(零曲率)的一品剖面图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。本专利技术为一种零高斯曲率索穹顶，主要解决了传统索穹顶结构只能用于曲面外形为正高斯曲率与负高斯曲率结构中的这一局限性，达到了在保证索穹顶结构自重轻、承载能力高的基础上，有效拓宽其应用范围的目的。如图1、图2、图3、图4、图5与图6所示，本专利技术零高斯曲率索穹顶，主要由径向上斜索(3)、径向下斜索(4)、环向拉索(1)与竖向压杆(2)组成。如图2与图3所示，竖向压杆(2)的上端与径向上斜索(3)和径向下斜索(4)相连，下端与径向下斜索(4)和环向拉索(1)连接，环向拉索(1)首尾相连，形成封闭的空间曲线，空间曲线的水平面投影为多边形。在实际结构中环向拉索(1)可按相邻两节点之间的距离制作，也可按整条封闭空间曲线的长度作为一根拉索来制作。结构中环索的圈数依据具体工程的跨度决定。如图2与图3所示，最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)连接在周边的支座上。根据具体的结构造型，支座节点可位于平面投影为圆形、椭圆形或任意多边形的边界上，但其一直位于零高斯曲率的曲面上。如图1、图2与图3所示，全部径向上斜索(3)、径向下斜索(4)、环向拉索(1)、竖向压杆(2)组装完毕并固定于周边的支座之后，各根拉索与压杆均需通过长度的改变施加一定的预应力后，整个结构才能进入承载状态。径向上斜索(3)、径向下斜索(4)与环向拉索(1)的内力永远为拉力；竖向压杆(2)的内力永远为压力。本专利技术零高斯曲率索穹顶具有受力合理、自重轻的优点；而且，本专利技术零高斯曲率索穹顶结构突破了原有索穹顶结构只能用于正高斯曲率和负高斯曲率结构的限制，拓宽了索穹顶结构的应用范围。从而也可以使索穹顶结构这种高效结构体系用在对结构自重要求比较严格的构筑物中(如，海洋工程结构等)。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种零高斯曲率索穹顶，其特征在于：零高斯曲率索穹顶结构由环向拉索(1)、竖向压杆(2)、径向上斜索(3)、径向下斜索(4)构成；其中径向上斜索(3)首尾相连构造出整个结构的零高斯曲率曲面；所述的零高斯曲率索穹顶结构最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)固定于周边的支座节点上；所述的径向上斜索(3)首尾相连将零高斯曲率曲面环向等分，整个结构有两个正交的主对称轴；支座节点位于零高斯曲率曲面上，零高斯曲率曲面的平面投影形状主要由支座节点的位置决定，可为矩形、圆形、椭圆形等两轴对称形状；所述的竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)孤立地分散在整个结构中，其上端与径向上斜索(3)和径向下斜索(4)通过连接节点相连，其下端与径向下斜索(3)和环向拉索(1)通过连接节点相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种零高斯曲率索穹顶，其特征在于：零高斯曲率索穹顶结构由环向拉索(1)、竖向压杆(2)、径向上斜索(3)、径向下斜索(4)构成；其中径向上斜索(3)首尾相连构造出整个结构的零高斯曲率曲面；所述的零高斯曲率索穹顶结构最外圈径向上斜索(3)与径向下斜索(4)固定于周边的支座节点上；所述的径向上斜索(3)首尾相连将零高斯曲率曲面环向等分，整个结构有两个正交的主对称轴；支座节点位于零高斯曲率曲面上，零高斯曲率曲面的平面投影形状主要由支座节点的位置决定，可为矩形、圆形、椭圆形等两轴对称形状；所述的竖向压杆(2)的长度依据预应力的设计结果确定，各竖向压杆(2)孤立地分散在整个结...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭佳民，吴恭兴，孙瑜，吴炯良，钟浩东，侯先瑞，熊志鑫，刘光众，李志忠，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31