[发明专利]截顶正八面体空间刚架

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种截顶正八面体空间刚架。

背景技术

截顶正八面体空间刚架的构想来源于物理学中的“气泡理论”(FoamTheory)，这方面的研究国外已有一百多年的历史。1873年，爱尔兰数学家LordKelvin提出了如下问题：“如果将三维空间细分为若干个小部分，每个部分体积相等但要保证接触表面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？”根据对肥皂泡的观察，Kelvin给出了这个问题的一个解答，即截顶正八面体单元1，因此截顶正八面体又称为Kelvin多面体。

截顶正八面体1可以通过自身的空间阵列来填充整个三维空间，具有类似性质的这类多面体可称为空间填充多面体。两个截顶正八面体的六边形面重合连接可组成基本单元2，基本单元2可以沿三个互相正交的方向阵列填充三维空间，形成截顶正八面体填充的大立方块3。与普通平板网架结构不同的是，这种由截顶正八面体形成的大立方块的外边界是凹凸不平的，若要形成平整的建筑表面必须用平面对它进行切割。出于建筑表面视觉效果的需要，也可以将大立方块旋转后再进行切割。截顶正八面体在切割面上切出的边线就分别形成了屋盖结构的上、下弦杆或墙体结构的内、外表面弦杆，而切割面之间所保留的原有各单元的棱边则构成了结构内部的腹杆，最终形成截顶正八面体空间刚架。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种截顶正八面体空间刚架。

截顶正八面体空间刚架包括截顶正八面体、基本单元、基本单元阵列体、阵列旋转体、建筑边界棱线、内部节点、表面节点、杆件、支座；所述截顶正八面体空间刚架是由基本单元沿三个相互正交的方向阵列形成基本单元阵列体，基本单元阵列体绕空间任一轴线旋转任意角度形成阵列旋转体，再按照建筑边界棱线切割出建筑空间，最终形成的边线与原有截顶正八面体的棱边共同形成的空间杆系结构，基本单元由两个截顶正八面体的六边形面重合连接形成。

所述的内部节点的形式为焊接空心球节点或相贯节点，表面节点的形式为焊接空心球节点、相贯节点、鼓节点或半球半鼓节点。杆件为钢构件，杆件截面是等截面或变截面。支座形式为铰接、半刚性连接或固接。

本发明提出的截顶正八面体空间刚架结构，是一种全新的空间钢结构，具有重复性高、节点种类少、节点汇交杆件少等优点，它将物理学的“气泡理论”引入到建筑结构领域，达到建筑和结构的完美统一，可以应用于屋盖(楼盖)和墙体结构，具有良好的工程应用前景。

附图说明

图1是截顶正八面体空间刚架结构示意图；

图2是本发明的截顶正八面体结构示意图；

图3是本发明的基本单元结构示意图；

图4是本发明的基本单元阵列体结构示意图；

图5是按照建筑边界棱线切割阵列旋转体示意图；

图6是建筑表面效果图。

图中：截顶正八面体1、基本单元2、基本单元阵列体3、阵列旋转体4、建筑边界棱线5、内部节点6、表面节点7、杆件8、支座9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图所示，截顶正八面体空间刚架包括截顶正八面体1、基本单元2、基本单元阵列体3、阵列旋转体4、建筑边界棱线5、内部节点6、表面节点7、杆件8、支座9；所述截顶正八面体空间刚架是由基本单元2沿三个相互正交的方向阵列形成基本单元阵列体3，基本单元阵列体3绕空间任一轴线旋转任意角度形成阵列旋转体4，再按照建筑边界棱线5切割出建筑空间，最终形成的边线与原有截顶正八面体的棱边共同形成的空间杆系结构，基本单元2由两个截顶正八面体1的六边形面重合连接形成。

内部节点6的形式为焊接空心球节点或相贯节点，表面节点7的形式为焊接空心球节点、相贯节点、鼓节点或半球半鼓节点。杆件8为钢构件，杆件截面是等截面或变截面。支座9形式为铰接、半刚性连接或固接。

截顶正八面体空间刚架的几何构成具有高度重复性，它的内部只有一种长度的杆件和一种类型的节点，一个节点上只有四根杆件汇交。

截顶正八面体空间刚架中，通过改变截顶正八面体的大小、旋转基本单元阵列体、改变切割位置来满足不同的建筑表面效果和结构构成优化目标。

截顶正八面体空间刚架的杆件铰接时结构几何可变，必须采用刚性连接。

截顶正八面体空间刚架的杆件单元为空间梁单元，同时承受轴力、双向弯矩、双向剪力和扭矩，但扭矩较小，可以不予考虑。

实施例