[发明专利]装备储运用的大空间金属球冠形网壳结构及构建方法

说明书

技术领域

本发明是基于拓扑学、空间几何和杆系结构建立的六边形构型金属球冠形网壳理论设计方法与结构构造技术，属于土木工程力学和机械工程学领域。

背景技术

大跨度空间网壳结构具有自由空间大内支撑少的特点，适合于存放大型机械装备并能满足大回转半径车辆机动的要求。大型展览会馆和大跨度体育场馆设施的球形网壳结构，例如加拿大蒙特利尔展览会馆(图1)和加拿大魁北克市公园的大跨度球形双层网壳结构(图2)，是大跨度空间网壳结构的经典实例。

以色列学者Hanaor提出了一种基于球弧20面体等弧细分理论具有三角形构型的单层网壳构建方法(图3)，并获得了大量的应用。但是这种方法由于没有进行进一步拓扑优化，造成设计计算繁复，结构节点杆件种类过多；同时该方法构件的单层球形网壳结构中的构件均采用焊接工艺连接，施工周期长，焊接质量和精度无法保证，无法在野外大跨度网壳结构中直接使用。

当前许多大型装备的检测维修、物资储运、抢险救灾和医疗救助，需要在野外风雪暴雨条件下进行，需要满足施工迅速稳定可靠的要求，而采用上述焊接工艺修建方法，施工安装过程复杂，工期过长，成本很高，且现场焊接质量也难于保证。此外半球形网壳结构的矢高与球面半径相等，而在很多时候(如抢险救灾、医疗救助)并不需要较大的高度，若仍采用半球形网壳结构就会造成空间和材料的浪费，同时增大结构的受风面积，使得设计成本和施工成本增加。

为解决上述问题，本发明提出一种适合于装备储运的大空间金属球冠形棚板网壳结构(图4)。这种金属网壳结构的构建方法是从拓扑学和空间几何基础理论出发，以球形32面体变体为基础，建立六边形平面基元，选择特定网格细分参数，经过网格节点向球面进行拓扑映射变换，获得单层球冠形网壳结构。

发明内容

本发明提出的一种适合于装备储运的大空间金属球冠形棚板网壳结构，旨在提供一种矢高小于球面半径、具有大跨度、安装便捷的装配式网壳结构。可以作为快速构建大跨度装备维修间、装备储存库、救灾医疗中心与物资中心使用。

本发明提出的装备储运用的大空间金属球冠形棚板网壳结构，其特征在于，该结构含有球冠网壳1，主体节点座和基底节点座2，活节连接杆件3，以及作为屋面的泡沫金属薄型棚板；所述节点座2中的每个节点座的三个接头与三根活节杆件相连；其中基底节点座一个杆接头4指向斜上方，另外两个水平弦向接头5指向基底水平面弦线方向；指向斜上方的杆接头方向在子午面内单独向内倾斜或呈对称侧斜形式布置；节点座2上布置有吊装紧固螺孔7和棚板传力承台8；棚板紧固螺孔9位于棚板传力承台8上，用于紧固棚板和压胶防水；基底节点圆底座10位于基梁上，采用底脚螺栓通过地脚螺栓锚孔6将整体网壳结构紧固在基梁与地面基础上，使球冠形网壳结构实现总体稳定。

本发明提出的装备储运用的大空间金属球冠形棚板网壳结构构建方法，其特征在于，所述构建方法的主体网壳是由32面体变体建立的平面基元，进行正六边形网格细分，并经网格节点向球面进行拓扑映射得到球形网壳，再根据给出的球冠球面直径和矢高比，采用平面环形切割法使球冠基底平面过球面上部五边形的下角点，调整邻近节点结构，使之落在基底平面圆内接多边形及其邻域，最终构建成所需的球冠型棚板网壳结构；该构件方式具体步骤为：

2.1构建组合32面体变体，建立六边形平面基元，对于沿角展开和沿边展开两类平面基元，选定其适宜边长比M；

2.2将基元六边形进行正六边形细分，自球心过诸细分节点向球面进行拓扑映射变换，并在球面上使节点彼此两两相连并与五边形角点对应相连，求出球面基元节点与角点坐标和相应边长；

2.3选择过球形主体网壳上部五边形角点或次下角点，进行平面纬线环向切割，调整切面附近各节点位置和连接线方向，使节点落在相应圆内接多边形圆周上或其邻域，并使构建基底特殊多边形构型和主体六边形构型相适配。