垂四面体建筑结构体系.pdf

本发明属于一种垂四面体建筑结构体系。主要特点是垂四面体的顶端的垂线或垂心为建筑结构的支撑柱或支撑点，对棱线在垂四面体内的交点为建筑结构的应力结点。本发明的应用领域为建筑结构方面，互通性、稳定性、结构力学特性十分可靠，是建筑结构领域的全新应用理念，适用于三角形艺术建筑、立体三角支架为基础的球形建筑、垂塔、大型互通游乐建筑、多功能结构化立体建筑等。

1.  一种垂四面体建筑结构体系，其特征在于：垂四面体的顶端向底面三角形所引出的顶垂线或底面三角形的垂心为建筑结构的支撑柱或支撑点，各对棱线在垂四面体内的交点为建筑结构的应力结点。

2.  根据权利要求1所述的垂四面体建筑结构体系，其特征在于：垂四面体的结构框架可安装一球体，该球体是以垂四面体对棱线的交点为球心、以对棱线为直径所构成的球体。

3.  根据权利要求1所述的垂四面体建筑结构体系，其特征在于：垂四面体所有的中线、垂线等以及各棱的性能连线均可为预应力钢筋、结构套管，性能连线的结点、连线与各棱的交点均可为建筑构架或建筑单元。

4.  根据权利要求1、2、3所述的垂四面体建筑结构体系，其特征在于：所述的交点或者应力结点均为各建筑构件的交汇点。

垂四面体建筑结构体系
所属领域
本发明属于一种几何建筑结构，尤其是一种垂四面体建筑结构体系。
背景技术
在建筑结构体系中，结构力学原理是工程建筑的基石。随着经济的发展和科学技术的进步，各国充分认识到了基础科学研究的重要意义。从建筑结构来讲，对于形成整个结构的面、线、点的精确度、几何结构精准度的要求越来越高。而目前，各种建筑结构局限于简单的几何图形(正立体几何图形)的特性研究，对常规的正立体几何结构有了充分的认识，也可以利用这种简单的立体几何图形来实施设计，但对于非正立体几何图形的特性和功能的基础研究仅仅处于理论研究的初级阶段，更谈不上具体的工业化设计了。
发明内容
本发明的目的是提供一种特殊建筑结构体系，它是利用非正立体几何图形的特性、尤其是垂四面体的特性而实现的，该垂四面体结构所构成的建筑结构体系性能稳固，结构稳定。
本发明所述的垂四面体为顶端与对面三角形垂心连线垂直于该三角形的六棱四面体结构，这种垂四面体所构成的垂四面体结构有以下13个特征：
1.同一顶端的三条棱的相邻的三个角的锐、直、钝的角类型相同；
2.相对的棱为立体垂直；
3.同一棱的垂足重和；
4.顶端与对面三角形垂心的连线分别垂直于垂心所在的三角形；
5.顶垂线交于一点(垂拔交点)；
6.顶端与对面三角形垂心的连线的交点与各三角形的三个顶点分别组成四个新的垂四面体，它们相对的原垂四面体的棱和顶端分别是它们的顶端与对面三角形垂心的连线和连线的交点；
7.相对的棱的中点的连线(对棱线)相等；
8.相对的棱的中点的连线(对棱线)相交于一点；
9.相对的棱的中点的连线(对棱线)的交点平分各连线；
10.相对的棱的中点的连线的交点是该垂四面体的重心；
11.顶垂线的交点(垂拔交点)、各对棱线中点连线的交点(重心)以及该垂四面体的外接球心在一条直线上：即各顶端与对面三角形垂心的连线所构成的顶垂线的交点、各相对的棱的中点的连线(即对棱线)的交点和各三角形外接圆圆心上的立体垂线地交点即该垂四面体外接球心三点在一条直线上；
12.各相对的棱的中点的连线(即对棱线)的交点(重心)，平分各顶端与对面三角形垂心所构成的垂拔交点和三角形外接圆心上的立体垂线的交点的连线；
13.垂四面体二十四点共球，即棱的中点、棱上的垂足、三角形垂心与顶点连线的中点共二十四点，在以重心为球心、对棱线为直径的同一球面上。
本发明根据上述特征所实现的技术内容是这样的：
垂四面体的顶端向底面三角形所引出的顶垂线或底面三角形的垂心为建筑结构的支撑柱或支撑点，各对棱线在垂四面体内的交点为建筑结构的应力结点。
垂四面体的结构框架可安装一球体，该球体是以垂四面体相对的各棱的中点连线的交点为球心、以对棱线的中点连线为直径所构成的球体；垂四面体所有的中线、垂线等及各棱的性能连线均可为预应力钢筋、结构套管，性能连线的结点、连线与各棱的交点均可为建筑构架或建筑单元；所述的交点或者应力结点均为各建筑构件的交汇点。
本发明的有益之处在于：
通过垂四面体的棱、各棱的不同性质的连线以及中点、交点的自身特性、关系特性，如垂足、垂拔交点、重心、共球等，可以在进行建筑结构中予以体现。这样所实现的建筑结构有以下优势：
1.顶端与对面三角形所构成的顶垂线可以作为建筑结构的重心结点，可使整体结构更加稳固，不易动摇；
2.各面的三角形(共四个三角形)的垂线的交点以及该交点与对面顶端连线的交点(垂拔交点)这五个点可以作为建筑结构的互通结点，增强整个结构的稳定性；
3.共球球面上的二十四个结点位置均在垂四面体的结构层面上，使用这些结点不会影响整个结构的稳固；
4.重心平分垂拔交点和外接球球心的连线，可以作为整个结构体系的中枢。
5.本发明的应用领域为建筑结构方面，互通性、稳定性、结构力学特性十分可靠，是建筑结构领域的全新应用理念，适用于三角形艺术建筑、立体三角支架为基础的球形建筑、垂塔、大型互通游乐建筑、多功能结构化立体建筑等。
附图说明
图1为本发明的结构示意简图。
具体实施方式
参见图1的本结构体系的结构示意简图。垂四面体ABCD为顶端与对面三角形垂心连线垂直于该三角形的六棱四面体结构，顶端A对平面BDC的垂线为AH，垂心为H，其他顶端的垂心分别为E、F、G，各个垂线的交点为垂拔交点I。每一面的三角形的外接圆心的外拔垂线分别为JN、KN、LN、MN，这些外拔垂线的交点为垂四面体的外接球心。各棱的中点为2、3、5、7、10、12，其所形成的对棱线(2-7、3-10、5-12)的交点即为重心O，点O平分线段IN，六条边的垂足为1、4、6、8、9、11，垂心与各顶点连线的中点为13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24，本实施例中的数字1～24均为以点O为球心、以各对棱线的中心连线为直径的共球球体球面上的点。在应用本结构体系时，如果不需要把上述的二十四点作为球面上的点，也可以增大或缩小直径。
在工业应用本结构体系过程中，垂四面体的顶端的垂线或垂心为建筑结构的支撑柱或点，相对各对棱线的中点连线在垂四面体内的交点为建筑结构的应力结点(重心)，垂四面体所有的中线、垂线等各棱的性能连线均可为预应力钢筋、结构套管，性能连线的结点、连线与各棱的交点均可为建筑构架或建筑单元。本实施例所述的交点或者应力结点均为各建筑构件的交汇点。
以立体游乐建筑这样一个具体的事例说明如下：
六棱体的六条棱作为结构支撑，其顶垂线作为内部建筑的支撑主柱，或者以该垂心为主支撑点，下安装一台座。各种功能连线可以是各种连通的支撑套管，功能连线的交点(结点)作为一游乐中转间，该结点四通八达，是交通的枢纽关口。结构体系的共球球体上的二十四点的某些点作为目的点，指挥台的建筑单元可以设置在ION线段上。