本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種竹制空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)，包括上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)、位于上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)下方的下層竹拉桿體系和連接上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)與下層竹拉桿體系的豎向撐桿；上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)包括中心節(jié)點、至少兩圈由環(huán)向桿件首尾連接而成的環(huán)形構(gòu)件，中心節(jié)點通過徑向桿件與最內(nèi)層環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點連接，相鄰兩圈環(huán)形構(gòu)件之間通過徑向桿件連接。下層竹拉桿體系包括至少一個由環(huán)向拉桿首尾連接而成的環(huán)形拉桿體系，環(huán)形拉桿體系對應(yīng)設(shè)置在上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)的環(huán)形構(gòu)件下方，每個環(huán)形拉桿體系的節(jié)點與所對應(yīng)環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點通過豎向撐桿連接，每個環(huán)形拉桿體系的節(jié)點與向外一圈的環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點通過徑向拉桿連接。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)可增強整體結(jié)構(gòu)剛度、維護和修復(fù)簡便。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種適用于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的新型竹制空間雙層穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、節(jié)點連接及其安裝方法。
技術(shù)介紹
目前，我國建筑業(yè)的主要材料以鋼材和混凝土為主，無論是鋼構(gòu)件的工廠預(yù)制還是混凝土構(gòu)件的現(xiàn)場澆筑，均屬高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，不符合國家和社會可持續(xù)發(fā)展的目標。近年來，隨著低碳環(huán)保建筑概念的提出，生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)日益受到社會的廣泛關(guān)注。木結(jié)構(gòu)雖然符合生態(tài)環(huán)保建筑的要求，但我國森林資源日益匱乏，且林木成材周期長，導(dǎo)致建筑用原木材料來源極為有限，因此難以大力推廣。而同樣作為天然建筑材料，我國的竹材資源卻十分豐富，且竹子繁殖能力強、成材周期短、材質(zhì)優(yōu)良，可為竹結(jié)構(gòu)的大量建造提供充足的原竹材料來源。因此，開發(fā)和利用竹材資源，將竹材廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域是實現(xiàn)建筑環(huán)保、保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。與現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相比，竹結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點:(1)原材料來源廣泛，結(jié)構(gòu)造價低廉；(2)由于竹材質(zhì)量輕、韌性好、強度高，因此竹結(jié)構(gòu)具有非常良好的抗震性能；(3)竹結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔美觀、施工方便快捷，有利于縮短工期、降低施工費用，能夠滿足一些特殊場合(如災(zāi)后救援)快速建造的需要；(4)竹材是綠色材料，生產(chǎn)過程環(huán)保無污染，因此竹結(jié)構(gòu) 也是綠色建筑。上述優(yōu)點使得竹結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用在近年來得到了較大的發(fā)展。然而，目前在工程中應(yīng)用的竹結(jié)構(gòu)主要以跨度較小的單層或多層住宅為主，且多采用對毛竹纖維進行膠水浸泡和高壓成型的竹膠板作為原材料。這類竹膠板雖以毛竹為原材料，但在加工過程中加入了大量含甲醛和苯酚等成分的化學(xué)膠，因此生產(chǎn)過程及建成后都易于產(chǎn)生一定程度的環(huán)境污染，降低了竹結(jié)構(gòu)的綠色環(huán)保性能。且竹膠板雖易制作成墻體或樓板等構(gòu)件應(yīng)用于房屋住宅結(jié)構(gòu)，但難以在一些特殊形式的空間結(jié)構(gòu)(如穹頂)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)，大跨度的空間結(jié)構(gòu)形式具有較大的需求。本專利技術(shù)針對上述問題，提出一種主要利用毛竹筒制成的空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點連接技術(shù)及其安裝方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
技術(shù)問題:本專利技術(shù)提供一種可增強整體結(jié)構(gòu)剛度、維護和修復(fù)簡便的竹制空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案:本專利技術(shù)的竹制空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)，包括上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)、位于上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)下方的下層竹拉桿體系和連接上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)與下層竹拉桿體系的豎向撐桿；上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)包括中心節(jié)點、至少兩圈由環(huán)向桿件首尾連接而成的環(huán)形構(gòu)件，中心節(jié)點通過徑向桿件與最內(nèi)層環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點連接，相鄰兩圈環(huán)形構(gòu)件之間通過徑向桿件連接。下層竹拉桿體系包括至少一個由環(huán)向拉桿首尾連接而成的環(huán)形拉桿體系，環(huán)形拉桿體系對應(yīng)設(shè)置在上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)的環(huán)形構(gòu)件下方，每個環(huán)形拉桿體系的節(jié)點與所對應(yīng)環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點通過豎向撐桿連接，每個環(huán)形拉桿體系的節(jié)點與向外一圈的環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點通過徑向拉桿連接。本專利技術(shù)所有受力桿件均采用毛竹筒制成，分為上下兩層:上層為由多根環(huán)向竹桿和徑向竹桿通過預(yù)制節(jié)點連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為穹頂結(jié)構(gòu)的主體受力部分；下層則為竹拉桿體系，通過節(jié)點處的豎向撐桿為上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提供支撐。節(jié)點連接件采用預(yù)制鋼構(gòu)件，所有竹桿通過螺栓與節(jié)點鋼構(gòu)件可靠連接，從而形成穩(wěn)固的空間竹結(jié)構(gòu)受力體系。本專利技術(shù)中，上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的主要受力部分。在豎向荷載的作用下，徑向桿件承受較大壓力，將大部分荷載傳遞至支座節(jié)點；環(huán)向桿件則對徑向桿件構(gòu)成了穩(wěn)定的側(cè)向支撐，其拉力形成的閉合拉力環(huán)，為上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的整體性提供了良好的環(huán)向套箍作用。當(dāng)承受風(fēng)吸力荷載時，徑向竹桿受拉，而環(huán)向桿件所受的壓力則形成穩(wěn)定的閉合壓力環(huán)，有利于防止結(jié)構(gòu)被風(fēng)吸力掀起而導(dǎo)致破壞。本專利技術(shù)中，在豎向荷載作用下，環(huán)形構(gòu)件的節(jié)點向下變形，推動環(huán)形拉桿體系的節(jié)點亦隨之變形，從而帶動徑向拉桿和環(huán)向拉桿產(chǎn)生較大拉力。下層拉桿體系的存在豐富了結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路徑，除原有在上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過徑向桿件和環(huán)向桿件傳遞荷載的方式外，增加了如下途徑:荷載一上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一下層內(nèi)圈拉桿一上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一下層外圈拉桿一支座。荷載傳遞途徑的增加，減小了上部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的受力，提高了整體結(jié)構(gòu)的剛度。豎向撐桿:豎向撐桿通過環(huán)形構(gòu)件節(jié)點與上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)相連，通過環(huán)形拉桿體系節(jié)點與下層竹拉桿體系相連，是形成空間雙層結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵構(gòu)件。在豎向荷載下，豎向撐桿承受較大壓力，為上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提供彈性支撐，從而增強整體結(jié)構(gòu)的剛度。此外，豎向撐桿在端部通過耳板螺桿與上下節(jié)點連接件的中心環(huán)相連，可通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)豎向撐桿長度，以對整體結(jié)構(gòu)施加適量的預(yù)應(yīng)力，進一步增強結(jié)構(gòu)的整體性和剛度。節(jié)點預(yù)制鋼構(gòu)件:是連接所有受力竹桿的關(guān)鍵部件。根據(jù)與之相連桿件的種類或數(shù)量，可區(qū)分為:中心節(jié)點、靠內(nèi)環(huán)形構(gòu)件節(jié)點、靠外環(huán)形構(gòu)件節(jié)點、支座節(jié)點以及環(huán)形拉桿體系節(jié)點。中心節(jié)點預(yù)制鋼構(gòu)件由中心環(huán)與耳板構(gòu)成，耳板焊接在中心環(huán)上并鉆兩排孔。而所有竹桿在端部連接長度范圍內(nèi)也在相應(yīng)位置進行鉆孔，安裝時則通過螺栓可靠連接于節(jié)點耳板上。支座節(jié)點在中心節(jié)點的基礎(chǔ)上在底部焊接了帶孔底板，可通過螺栓連接于底部支撐結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件上。靠內(nèi)環(huán)形構(gòu)件節(jié)點、靠外環(huán)形構(gòu)件節(jié)點和環(huán)形拉桿體系節(jié)點的中心環(huán)與中心節(jié)點的中心環(huán)類似，但在與豎向撐桿相連的方向預(yù)留了孔槽，豎向撐桿的端部耳板通過其螺桿旋進孔槽，并可通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)豎向撐桿的長度以對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。 有益效果:本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點: 本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)主體受力構(gòu)件均采用未經(jīng)化學(xué)加工的毛竹筒構(gòu)件，材料來源廣泛，價格低廉，且整體結(jié)構(gòu)中未添加任何化學(xué)膠或砂漿、混凝土等對環(huán)境具有污染的材料，因此整體結(jié)構(gòu)在建造過程中和建成后對環(huán)境污染小、能耗低，是符合低碳環(huán)保概念的低成本綠色生態(tài)建筑； 本專利技術(shù)在多根竹桿匯交的節(jié)點處采用特殊形式的預(yù)制鋼構(gòu)件進行連接，改善了節(jié)點區(qū)受力性能，增強了節(jié)點連接的整體性和可靠性；同時節(jié)點連接預(yù)制鋼構(gòu)件能夠循環(huán)利用，有利于降低結(jié)構(gòu)的建造成本； 本專利技術(shù)通過下層竹拉桿體系對上層主體竹網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行加強，改善了結(jié)構(gòu)受力性能，提高了結(jié)構(gòu)剛度，增強了結(jié)構(gòu)的跨越能力，使得該類型竹結(jié)構(gòu)能被廣泛應(yīng)用于影劇院、大型會場及展覽中心等大空間建筑中。本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)中的豎向竹撐桿端部的連接耳板通過螺桿與節(jié)點連接件中心環(huán)的孔槽相連，并可通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)豎向竹撐桿的長度，從而在整體結(jié)構(gòu)正式投入使用前施加一定程度的預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮竹結(jié)構(gòu)韌性較強的優(yōu)勢，使上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與下層竹拉桿體系的連接更為緊密，進一步增強整體結(jié)構(gòu)剛度。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)桿件眾多，結(jié)構(gòu)安全冗余度大，結(jié)構(gòu)在使用過程中或在地震等災(zāi)害荷載作用下，個別桿件的開裂、損傷甚至破壞對整體結(jié)構(gòu)的安全性影響較小；同時，由于各桿件均通過螺栓與節(jié)點連接件單獨相連，因此在對結(jié)構(gòu)進行修復(fù)時，只需對受損的桿件進行替換，使得整體結(jié)構(gòu)的維護和修復(fù)非常簡便。本專利技術(shù)所采用的竹桿與節(jié)點連接件均可在工廠進行預(yù)制加工，到現(xiàn)場后便可直接進行拼裝，現(xiàn)場無需砂漿攪拌、混凝土澆筑或鋼材焊接，因此建造速度快，同時拆除亦較為簡便，可廣泛用于一些大型展覽或災(zāi)后修復(fù)工程中的臨時建筑。附圖說明圖1為整體結(jié)構(gòu)的三維 圖2為上層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)俯視 圖3為整體結(jié)構(gòu)正視 圖4為環(huán)形構(gòu)件11俯視 圖5為竹拉桿體系20俯視 圖6為中心節(jié)點10的三維示意 圖7為靠內(nèi)環(huán)形構(gòu)件節(jié)點的三維示意 圖8為靠外環(huán)形構(gòu)件節(jié)點的三維示本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種竹制空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)、位于所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)下方的下層竹拉桿體系和連接所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)與下層竹拉桿體系的豎向撐桿（30）；所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)包括中心節(jié)點（10）、至少兩圈由環(huán)向桿件（12）首尾連接而成的環(huán)形構(gòu)件（11），所述中心節(jié)點（10）通過徑向桿件（13）與最內(nèi)層環(huán)形構(gòu)件（11）的節(jié)點連接，相鄰兩圈環(huán)形構(gòu)件（11）之間通過徑向桿件連接；所述下層竹拉桿體系包括至少一個由環(huán)向拉桿（21）首尾連接而成的環(huán)形拉桿體系（20），所述環(huán)形拉桿體系（20）對應(yīng)設(shè)置在上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)的環(huán)形構(gòu)件（11）下方，每個環(huán)形拉桿體系（20）的節(jié)點與所對應(yīng)環(huán)形構(gòu)件（11）的節(jié)點通過豎向撐桿連接，每個環(huán)形拉桿體系（20）的節(jié)點與向外一圈的環(huán)形構(gòu)件（11）的節(jié)點通過徑向拉桿（22）連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種竹制空間雙層穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)、位于所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)下方的下層竹拉桿體系和連接所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)與下層竹拉桿體系的豎向撐桿(30)； 所述上層網(wǎng)狀竹結(jié)構(gòu)包括中心節(jié)點(10)、至少兩圈由環(huán)向桿件(12)首尾連接而成的環(huán)形構(gòu)件(11)，所述中心節(jié)點(10 )通過徑向桿件(13 )與最內(nèi)層環(huán)形構(gòu)件(11)的節(jié)點連接，相鄰兩圈環(huán)形構(gòu)件(11)之間通過徑向桿件連接； 所述下層竹拉桿體系包括至少一個由環(huán)向拉桿(21)首尾連接而成的環(huán)形拉桿體系(20),所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周臻，朱松松，馬媛媛，馮玉龍，董一橋，文永逸，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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