一種負(fù)高斯曲率索穹頂?shù)闹谱鞣椒?br>【專利說明】一種負(fù)高斯曲率索穹頂 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種大跨空間結(jié)構(gòu)形式，具體地說是一種負(fù)高斯曲率索穹頂，應(yīng)用范 圍包括體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)航站樓、鐵路客站以及游輪客船等大跨度空間建筑物或構(gòu)筑物的屋 蓋或頂棚。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，各種類型的大跨空間結(jié)構(gòu)在世界各國(guó)都得到了廣泛應(yīng)用， 并且涌現(xiàn)出了許多新的結(jié)構(gòu)形式和造型，形成了各具特色的多樣化結(jié)構(gòu)體系。目前國(guó)內(nèi)外 已有38種具體的空間結(jié)構(gòu)形式，有剛性空間結(jié)構(gòu)、柔性空間結(jié)構(gòu)、剛?cè)犭s交空間結(jié)構(gòu)之分， 也有薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)之分，種類繁多、工程規(guī)模大小不 一。其中，索穹頂結(jié)構(gòu)是迄今為止被認(rèn)為結(jié)構(gòu)效率最好的一種結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)已開發(fā)的索穹頂 類型有肋環(huán)型、Levy型、葵花型與鳥巢型等。全世界在役的索穹頂有10余座，中國(guó)也在鄂 爾多斯自行設(shè)計(jì)建造了第一座索穹頂結(jié)構(gòu)。
[0003] 隨著建筑物或構(gòu)筑物功能的提升與外觀造型的多樣化，現(xiàn)有的索穹頂形式在一些 特殊建筑中已無法進(jìn)行應(yīng)用。其一表現(xiàn)在，當(dāng)建筑物外觀曲面為負(fù)高斯曲率時(shí)（如，馬鞍 型），現(xiàn)已開發(fā)的索穹頂結(jié)構(gòu)由于均為正高斯曲率形式所以無法應(yīng)用到該類建筑中；其二 表現(xiàn)在，當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)受到較大的向上風(fēng)吸力時(shí)，現(xiàn)有的正高斯曲率索穹頂拉索極易松弛失 效，所以也不能很好地進(jìn)行應(yīng)用。鑒于上述兩點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種負(fù)高斯曲率索穹頂，有 效規(guī)避了現(xiàn)有索穹頂結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的這些問題，極大地豐富了索穹頂?shù)姆N類。另外， 本發(fā)明在外觀造型和力學(xué)性能上的優(yōu)勢(shì)，也可將其應(yīng)用在對(duì)結(jié)構(gòu)自重要求較為嚴(yán)格的結(jié)構(gòu) 物中（如，游輪、海上機(jī)場(chǎng)、海上城市、海上游樂園以及水上酒店等海洋工程）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于建筑物或構(gòu)筑物的屋蓋或頂棚結(jié)構(gòu)，即負(fù)高斯曲率 索穹頂，以達(dá)到索穹頂結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有造型獨(dú)特建筑物或構(gòu)筑物中的應(yīng)用，同時(shí)借助索穹頂結(jié) 構(gòu)自重輕承載力高的特點(diǎn)將其應(yīng)用在對(duì)自重控制較為嚴(yán)格的海洋工程中。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種負(fù)高斯曲率索穹頂結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由徑向上 斜索（1)、徑向下斜索（2)、環(huán)向拉索（3)、堅(jiān)向壓桿（4)組成。
[0006] 上述的負(fù)高斯曲率索穹頂結(jié)構(gòu)，其中，徑向上斜索（1)首尾相連構(gòu)成的索網(wǎng)形成 了符合整個(gè)結(jié)構(gòu)要求的負(fù)高斯曲率曲面外形。
[0007] 在結(jié)構(gòu)的外形曲面上，過任意點(diǎn)的一條二維曲線在局部坐標(biāo)系xy下的曲率為 I ^ I I I k= 3 '其中曲率最大的曲線方程為y = f(X)，其曲率為^;曲率最小 (l + v2)2 (I+/2) 2 ,、 ,_ I^l 的曲線方程為γ = 其曲率為&2= 其中最大曲率與最小曲率的乘積kik2 (i+r)2 為曲面在該點(diǎn)的高斯曲率；由徑向上斜索（1)構(gòu)造出的曲面為一負(fù)高斯曲率曲面，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種負(fù)高斯曲率索穹頂，其特征在于：負(fù)高斯曲率索穹頂結(jié)構(gòu)由徑向上斜索（I)、徑 向下斜索⑵、環(huán)向拉索（3)和堅(jiān)向壓桿⑷構(gòu)成；其中徑向上斜索⑴首尾相連以索網(wǎng)的 形式構(gòu)造出整個(gè)結(jié)構(gòu)的造型曲面；造型曲面上過任意點(diǎn)的一條二維曲線在局部坐標(biāo)系xy 下的曲率為Μ 3，其中曲率最大的曲線方程為y = f(x)，其曲率為&= 1/1 3; (1+v2)2 (I + /2)2 n k - I糾 曲率最小的曲線方程其曲率為~_ 1 '其中最大曲率與最小曲率的乘積 (i+r)2 為曲面在該點(diǎn)的高斯曲率κ;由徑向上斜索⑴構(gòu)造出的曲面，其高斯曲率小于零，為一 I I I I 負(fù)高斯曲率曲面，即IΓ P 3<();所述的負(fù)高斯曲率索穹頂結(jié)構(gòu)最外圈 徑向上斜索（1)與徑向下斜索（2)固定于周邊的支座節(jié)點(diǎn)上；所述的環(huán)向拉索（3)首尾相 連構(gòu)成一條封閉的空間曲線，各圈環(huán)索中各環(huán)向拉索（3)均不在同一平面內(nèi)；所述的堅(jiān)向 壓桿（4)相互之間并不相連，各堅(jiān)向壓桿（4)孤立地分散在整個(gè)結(jié)構(gòu)中；所述的徑向下斜索 (2)與同類構(gòu)件并不直接相連，各徑向下斜索（2)也孤立地分散在整個(gè)結(jié)構(gòu)中；所述的堅(jiān)向 壓桿（4) 一端與徑向上斜索（1)和徑向下斜索（2)直接相連，另一端與不同的徑向下斜索 (2)和環(huán)向拉索（3)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)高斯曲率索穹頂，其特征在于：徑向上斜索（1)、徑向 下斜索⑵與環(huán)向拉索⑶由鋼索或鋼棒來制作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)高斯曲率索穹頂，其特征在于：結(jié)構(gòu)中每根堅(jiān)向壓桿 (4)和拉索均可裝配長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，用于整個(gè)結(jié)構(gòu)的組裝和建造。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的一種負(fù)高斯曲率索穹頂，其特征在于：整個(gè)負(fù)高斯曲率 索穹頂周邊的固定支座可以位于平面投影為圓形、橢圓形或多邊形的邊界上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)高斯曲率索穹頂。它由環(huán)向拉索、徑向上斜索、徑向下斜索與豎向壓桿組成；徑向上斜索首尾相連構(gòu)成負(fù)高斯曲率曲面；豎向壓桿的一端與徑向下斜索和環(huán)向拉索相連，另一端與不同的徑向下斜索和徑向上斜索相連，最外圈徑向下斜索與上斜索固定在結(jié)構(gòu)周邊的支座上形成負(fù)高斯曲率索穹頂結(jié)構(gòu)。該負(fù)高斯曲率索穹頂?shù)那市问脚c構(gòu)件數(shù)量根據(jù)建筑造型、使用功能以及承載能力等要求確定。本發(fā)明改變了現(xiàn)有索穹頂均為正高斯曲率的現(xiàn)狀，使索穹頂可以應(yīng)用在各種建筑造型的結(jié)構(gòu)中。此外本發(fā)明在保持索穹頂結(jié)構(gòu)原有構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力合理、造型美觀的前提下，由于其兩個(gè)主方向的曲率正負(fù)相反，所以也是一種承受豎向雙向荷載性能更加優(yōu)良的結(jié)構(gòu)形式。
【IPC分類】E04B1-342, E04B1-32
【公開號(hào)】CN104631620
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510026671
【發(fā)明人】郭佳民, 劉欣丹, 魯青青, 朱明亮, 鄭陶清, 陳旭駿
【申請(qǐng)人】上海海事大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日