本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠釋放溫度應力，耗能減震的大跨雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

網(wǎng)殼是一種與平板網(wǎng)架類似的空間桿系結(jié)構(gòu)，系以桿件為基礎，按一定規(guī)律組成網(wǎng)格，按殼體結(jié)構(gòu)布置的空間構(gòu)架，它兼具桿系和殼體的性質(zhì)。其傳力特點主要是通過殼內(nèi)兩個方向的拉力、壓力或剪力逐點傳力。此結(jié)構(gòu)是一種國內(nèi)外頗受關(guān)注、有廣闊發(fā)展前景的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)又包括單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、肋環(huán)型索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、單層叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等。該結(jié)構(gòu)既可以用于中、小跨度的民用和工業(yè)建筑，也可用于大跨度的各種建筑，特別是超大跨度的建筑。在建筑平面上可以適應多種形狀，如圓形、矩形、多邊形、扇形以及各種不規(guī)則的平面。在建筑外形上可以形成多種曲面。但是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在受到風荷載，溫度應力等外力影響時，需要一定的變形余量來保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

用于支撐網(wǎng)殼的格構(gòu)柱，與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相連接，但對于鋼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)殼在不同的溫度環(huán)境下會產(chǎn)生溫度應力，如果格構(gòu)柱和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用剛性連接的話，會對格構(gòu)柱產(chǎn)生扭矩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提供一種大跨度、消納附加荷載、確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的“可呼吸”的大跨雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種大跨度可呼吸結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼和多個格構(gòu)柱，其特征在于：所述網(wǎng)殼為有多個多邊形框架單元組成的雙層網(wǎng)殼，所述多邊形框架單元邊數(shù)大于3，上下兩層多邊形框架單元之間通過彈性短柱連接，所述上下兩層多邊形框架單元之間和單個多邊形框架單元頂角和邊框之間有碳纖維牽拉連接；所述網(wǎng)殼通過端部節(jié)點與所述格構(gòu)柱相連接。

其進一步特征在于：所述網(wǎng)殼端部節(jié)點為圓盤狀節(jié)點；部分所述格構(gòu)柱包括柱體，所述柱體與網(wǎng)殼連接處為一個多邊形平臺，所述多邊形平臺內(nèi)有一個多邊形孔，所述網(wǎng)殼的圓盤狀節(jié)點位于所述多邊形孔內(nèi)；所述多邊形孔的內(nèi)切圓直徑大于所述圓盤狀節(jié)點直徑。

進一步的：所述彈性短柱為中空短柱，設置在上下兩層多邊形框架單元頂角之間，所述碳纖維穿過所述彈性短柱中心連接上下兩層多邊形框架單元頂角后，再與單個多邊形框架單元的頂角和邊框之間相連。

優(yōu)選的：所述多邊形框架單元為型鋼焊接而成的六邊形，所述彈性短柱通過拉鉚鉚接方式與多邊形框架單元連接。

所述格構(gòu)柱的所述多邊形平臺為三角形平臺，所述多邊形孔為三角形孔。

所述三角形孔外壁上設置有多條加勁肋。

連接彈性短柱和多邊形框架單元的鉚釘截面積之和不少于彈性短柱和多邊形框架單元連接面面積的15%。

所述格構(gòu)柱為6個，分別設置在所述網(wǎng)殼中心和網(wǎng)殼的五個角；所述五個角中三個角端部節(jié)點為圓盤狀節(jié)點，與具有三角形孔的格構(gòu)柱連接。

本發(fā)明剛?cè)峤Y(jié)合，變形協(xié)調(diào)性好，自重輕，解決了大跨建筑面臨的多種難題。結(jié)構(gòu)體系中雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈性短柱實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)垂直方向的可呼吸，通過高彈性、高耗能的中空短柱的伸縮實現(xiàn)消納。網(wǎng)殼與柱的聯(lián)接處通過合理布置“可呼吸”節(jié)點，使結(jié)構(gòu)在承受熱應力時發(fā)生水平向的可控制變形，從而既實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在重力、風、地震等荷載作用下為超靜定的空間結(jié)構(gòu),又能以靜定的結(jié)構(gòu)來適應較大的溫度應力作用,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自由伸縮。

附圖說明

圖 1 為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 2 為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 3 為格構(gòu)柱示意圖。

圖 4 為三角形平臺結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示一種大跨度可呼吸結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼1和6個格構(gòu)柱2。格構(gòu)柱2分別設置在網(wǎng)殼1中心和網(wǎng)殼1的五個角；五個角中三個角端部節(jié)點為圓盤狀節(jié)點。

如圖1、2所示，網(wǎng)殼1為有多個六形框架單元11組成的雙層網(wǎng)殼，上下兩層六邊形框架單元11之間通過彈性短柱12連接，上下兩層六邊形框架單元11之間和單個六邊形框架單元11頂角和邊框之間有碳纖維13牽拉連接。雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)仿鞘翅內(nèi)部構(gòu)造。網(wǎng)殼1通過端部節(jié)點與格構(gòu)柱2相連接。該結(jié)構(gòu)的網(wǎng)殼1能產(chǎn)生一定的變形，減小了風荷載、支座不均勻沉降及地震波傳遞過程中響應不同對建筑造成的影響，同時在有較大溫差時，經(jīng)可呼吸節(jié)點的可控位移，釋放或消納溫度應力，使屋蓋在二維平面可呼吸。彈性短柱12結(jié)構(gòu)仿照鞘翅中用來連接背、腹壁的纖維空心小柱，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)縱向的可呼吸，有效減輕整體自重，實現(xiàn)耗能效果，同時仿鞘翅的纖維層間的復合材料編織構(gòu)造有利于提高結(jié)構(gòu)的強度并改善韌性，使結(jié)構(gòu)能充分抵抗各種荷載的作用。

如圖3、4所示，格構(gòu)柱2包括柱體21，在格構(gòu)柱的柱體21上表面做一個三角形平臺22，并在三角形平臺22上開三角形孔24。三角形孔24內(nèi)切圓直徑大于網(wǎng)殼端部的圓盤狀節(jié)點23的直徑（圓盤狀節(jié)點23直徑與三角形孔24內(nèi)切圓直徑差值由當?shù)貢円箿夭?、季?jié)溫差以及桿件的實際決定），從而使網(wǎng)殼端部圓盤狀節(jié)點23能在三角形孔24內(nèi)沿各個方向發(fā)生一定范圍的相對位移。同時要求孔壁能夠承受網(wǎng)殼端部的剪切作用，在孔壁外側(cè)設置多條加勁肋25。該節(jié)點組合可以傳遞豎向荷載，且可以通過控制圓盤節(jié)狀點23與三角形平臺22的相對壓力來控制節(jié)點鋼板之間的摩擦力,使得該節(jié)點組合能夠承擔正常的恒載、活載和風荷載以及溫度變化不大于臨界值（根據(jù)實際情況設置）時產(chǎn)生的溫度應力組合下桿件的軸力。當產(chǎn)生溫度變形時，由于鋼板間的摩擦力被克服，節(jié)點可以在三角形孔24內(nèi)產(chǎn)生可控的位移，使結(jié)構(gòu)既能很好地承擔豎向荷載及水平荷載,同時又具備良好的釋放溫度應力的能力。

當整個結(jié)構(gòu)承受附加的溫度應力時，雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及網(wǎng)殼與格構(gòu)柱的聯(lián)接處均可產(chǎn)生微小位移，吸收能量；卸載后，在網(wǎng)殼高彈性中空短柱和“可呼吸”節(jié)點處摩擦力的作用下，整個結(jié)構(gòu)體系回位，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可呼吸。此外，網(wǎng)殼與基礎相連的格構(gòu)柱使整個結(jié)構(gòu)體系具有足夠的剛度，并將上部荷載傳遞給基礎。