一种竹制空间双层穹顶结构制造技术

本发明专利技术公开了一种竹制空间双层穹顶结构，包括上层网状竹结构、位于上层网状竹结构下方的下层竹拉杆体系和连接上层网状竹结构与下层竹拉杆体系的竖向撑杆；上层网状竹结构包括中心节点、至少两圈由环向杆件首尾连接而成的环形构件，中心节点通过径向杆件与最内层环形构件的节点连接，相邻两圈环形构件之间通过径向杆件连接。下层竹拉杆体系包括至少一个由环向拉杆首尾连接而成的环形拉杆体系，环形拉杆体系对应设置在上层网状竹结构的环形构件下方，每个环形拉杆体系的节点与所对应环形构件的节点通过竖向撑杆连接，每个环形拉杆体系的节点与向外一圈的环形构件的节点通过径向拉杆连接。本发明专利技术结构可增强整体结构刚度、维护和修复简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程领域，涉及一种适用于大跨度屋盖结构的新型竹制空间双层穹顶的结构形式、节点连接及其安装方法。
技术介绍
目前，我国建筑业的主要材料以钢材和混凝土为主，无论是钢构件的工厂预制还是混凝土构件的现场浇筑，均属高耗能、高污染的产业，不符合国家和社会可持续发展的目标。近年来，随着低碳环保建筑概念的提出，生态建筑结构日益受到社会的广泛关注。木结构虽然符合生态环保建筑的要求，但我国森林资源日益匮乏，且林木成材周期长，导致建筑用原木材料来源极为有限，因此难以大力推广。而同样作为天然建筑材料，我国的竹材资源却十分丰富，且竹子繁殖能力强、成材周期短、材质优良，可为竹结构的大量建造提供充足的原竹材料来源。因此，开发和利用竹材资源，将竹材广泛应用于建筑结构领域是实现建筑环保、保障经济社会可持续发展的重要举措。与现有的混凝土结构、砌体结构和钢结构相比，竹结构具有以下优点:(1)原材料来源广泛，结构造价低廉；(2)由于竹材质量轻、韧性好、强度高，因此竹结构具有非常良好的抗震性能；(3)竹结构设计简洁美观、施工方便快捷，有利于缩短工期、降低施工费用，能够满足一些特殊场合(如灾后救援)快速建造的需要；(4)竹材是绿色材料，生产过程环保无污染，因此竹结构 也是绿色建筑。上述优点使得竹结构的研究和应用在近年来得到了较大的发展。然而，目前在工程中应用的竹结构主要以跨度较小的单层或多层住宅为主，且多采用对毛竹纤维进行胶水浸泡和高压成型的竹胶板作为原材料。这类竹胶板虽以毛竹为原材料，但在加工过程中加入了大量含甲醛和苯酚等成分的化学胶，因此生产过程及建成后都易于产生一定程度的环境污染，降低了竹结构的绿色环保性能。且竹胶板虽易制作成墙体或楼板等构件应用于房屋住宅结构，但难以在一些特殊形式的空间结构(如穹顶)中使用。而在一些公共建筑中(如影剧院、大型会场、展览中心等)，大跨度的空间结构形式具有较大的需求。本专利技术针对上述问题，提出一种主要利用毛竹筒制成的空间双层穹顶结构形式、节点连接技术及其安装方法。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种可增强整体结构刚度、维护和修复简便的竹制空间双层穹顶结构。技术方案:本专利技术的竹制空间双层穹顶结构，包括上层网状竹结构、位于上层网状竹结构下方的下层竹拉杆体系和连接上层网状竹结构与下层竹拉杆体系的竖向撑杆；上层网状竹结构包括中心节点、至少两圈由环向杆件首尾连接而成的环形构件，中心节点通过径向杆件与最内层环形构件的节点连接，相邻两圈环形构件之间通过径向杆件连接。下层竹拉杆体系包括至少一个由环向拉杆首尾连接而成的环形拉杆体系，环形拉杆体系对应设置在上层网状竹结构的环形构件下方，每个环形拉杆体系的节点与所对应环形构件的节点通过竖向撑杆连接，每个环形拉杆体系的节点与向外一圈的环形构件的节点通过径向拉杆连接。本专利技术所有受力杆件均采用毛竹筒制成，分为上下两层:上层为由多根环向竹杆和径向竹杆通过预制节点连接而成的网状结构，为穹顶结构的主体受力部分；下层则为竹拉杆体系，通过节点处的竖向撑杆为上层网状结构提供支撑。节点连接件采用预制钢构件，所有竹杆通过螺栓与节点钢构件可靠连接，从而形成稳固的空间竹结构受力体系。本专利技术中，上层网状竹结构是空间结构的主要受力部分。在竖向荷载的作用下，径向杆件承受较大压力，将大部分荷载传递至支座节点；环向杆件则对径向杆件构成了稳定的侧向支撑，其拉力形成的闭合拉力环，为上层网状结构的整体性提供了良好的环向套箍作用。当承受风吸力荷载时，径向竹杆受拉，而环向杆件所受的压力则形成稳定的闭合压力环，有利于防止结构被风吸力掀起而导致破坏。本专利技术中，在竖向荷载作用下，环形构件的节点向下变形，推动环形拉杆体系的节点亦随之变形，从而带动径向拉杆和环向拉杆产生较大拉力。下层拉杆体系的存在丰富了结构的荷载传递路径，除原有在上层网状结构内部通过径向杆件和环向杆件传递荷载的方式外，增加了如下途径:荷载一上层网状结构一下层内圈拉杆一上层网状结构一下层外圈拉杆一支座。荷载传递途径的增加，减小了上部网状结构的受力，提高了整体结构的刚度。竖向撑杆:竖向撑杆通过环形构件节点与上层网状竹结构相连，通过环形拉杆体系节点与下层竹拉杆体系相连，是形成空间双层结构体系的关键构件。在竖向荷载下，竖向撑杆承受较大压力，为上层网状结构提供弹性支撑，从而增强整体结构的刚度。此外，竖向撑杆在端部通过耳板螺杆与上下节点连接件的中心环相连，可通过旋转螺母调节竖向撑杆长度，以对整体结构施加适量的预应力，进一步增强结构的整体性和刚度。节点预制钢构件:是连接所有受力竹杆的关键部件。根据与之相连杆件的种类或数量，可区分为:中心节点、靠内环形构件节点、靠外环形构件节点、支座节点以及环形拉杆体系节点。中心节点预制钢构件由中心环与耳板构成，耳板焊接在中心环上并钻两排孔。而所有竹杆在端部连接长度范围内也在相应位置进行钻孔，安装时则通过螺栓可靠连接于节点耳板上。支座节点在中心节点的基础上在底部焊接了带孔底板，可通过螺栓连接于底部支撑结构的预埋件上。靠内环形构件节点、靠外环形构件节点和环形拉杆体系节点的中心环与中心节点的中心环类似，但在与竖向撑杆相连的方向预留了孔槽，竖向撑杆的端部耳板通过其螺杆旋进孔槽，并可通过旋转螺母调节竖向撑杆的长度以对结构施加预应力。 有益效果:本专利技术与现有技术相比，具有以下优点: 本专利技术结构主体受力构件均采用未经化学加工的毛竹筒构件，材料来源广泛，价格低廉，且整体结构中未添加任何化学胶或砂浆、混凝土等对环境具有污染的材料，因此整体结构在建造过程中和建成后对环境污染小、能耗低，是符合低碳环保概念的低成本绿色生态建筑； 本专利技术在多根竹杆汇交的节点处采用特殊形式的预制钢构件进行连接，改善了节点区受力性能，增强了节点连接的整体性和可靠性；同时节点连接预制钢构件能够循环利用，有利于降低结构的建造成本； 本专利技术通过下层竹拉杆体系对上层主体竹网结构进行加强，改善了结构受力性能，提高了结构刚度，增强了结构的跨越能力，使得该类型竹结构能被广泛应用于影剧院、大型会场及展览中心等大空间建筑中。本专利技术的结构中的竖向竹撑杆端部的连接耳板通过螺杆与节点连接件中心环的孔槽相连，并可通过旋转螺母调节竖向竹撑杆的长度，从而在整体结构正式投入使用前施加一定程度的预应力，充分发挥竹结构韧性较强的优势，使上层网状结构与下层竹拉杆体系的连接更为紧密，进一步增强整体结构刚度。本专利技术结构杆件众多，结构安全冗余度大，结构在使用过程中或在地震等灾害荷载作用下，个别杆件的开裂、损伤甚至破坏对整体结构的安全性影响较小；同时，由于各杆件均通过螺栓与节点连接件单独相连，因此在对结构进行修复时，只需对受损的杆件进行替换，使得整体结构的维护和修复非常简便。本专利技术所采用的竹杆与节点连接件均可在工厂进行预制加工，到现场后便可直接进行拼装，现场无需砂浆搅拌、混凝土浇筑或钢材焊接，因此建造速度快，同时拆除亦较为简便，可广泛用于一些大型展览或灾后修复工程中的临时建筑。附图说明图1为整体结构的三维 图2为上层网状结构俯视 图3为整体结构正视 图4为环形构件11俯视 图5为竹拉杆体系20俯视 图6为中心节点10的三维示意 图7为靠内环形构件节点的三维示意 图8为靠外环形构件节点的三维示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹制空间双层穹顶结构，其特征在于，该结构包括上层网状竹结构、位于所述上层网状竹结构下方的下层竹拉杆体系和连接所述上层网状竹结构与下层竹拉杆体系的竖向撑杆（30）；所述上层网状竹结构包括中心节点（10）、至少两圈由环向杆件（12）首尾连接而成的环形构件（11），所述中心节点（10）通过径向杆件（13）与最内层环形构件（11）的节点连接，相邻两圈环形构件（11）之间通过径向杆件连接；所述下层竹拉杆体系包括至少一个由环向拉杆（21）首尾连接而成的环形拉杆体系（20），所述环形拉杆体系（20）对应设置在上层网状竹结构的环形构件（11）下方，每个环形拉杆体系（20）的节点与所对应环形构件（11）的节点通过竖向撑杆连接，每个环形拉杆体系（20）的节点与向外一圈的环形构件（11）的节点通过径向拉杆（22）连接。

【技术特征摘要】
1.一种竹制空间双层穹顶结构，其特征在于，该结构包括上层网状竹结构、位于所述上层网状竹结构下方的下层竹拉杆体系和连接所述上层网状竹结构与下层竹拉杆体系的竖向撑杆(30)； 所述上层网状竹结构包括中心节点(10)、至少两圈由环向杆件(12)首尾连接而成的环形构件(11)，所述中心节点(10 )通过径向杆件(13 )与最内层环形构件(11)的节点连接，相邻两圈环形构件(11)之间通过径向杆件连接； 所述下层竹拉杆体系包括至少一个由环向拉杆(21)首尾连接而成的环形拉杆体系(20),所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周臻，朱松松，马媛媛，冯玉龙，董一桥，文永逸，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：