单层叉筒网壳子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构 【技术领域】
本发明涉及建筑业空间结构领域，具体地说是一种超大跨度的单层叉筒网壳子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构。
背景技术
双层圆柱面网壳结构是目前大跨度空间结构中应用比较广泛的一种结构形式，但这种结构随着跨度的进一步增大会出现一些不可避免的问题，如网格较小、杆件较短时，结构会因厚跨比太小而易导致整体失稳；而网格较大、杆件过长时，因内力过大而易导致压杆失稳，以及由此而引起的用钢量增大等。本人发明的平板网架子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构突破了杆件大内力及压杆稳定与结构整体稳定的限制，能有效地实现向超大跨度的发展，但这种结构采用双层平板网架子结构，子结构网格尺寸较小，杆件与节点相对比较多，加工制作工作量较大，而且子结构边界网格尺寸与主体结构立体桁架上弦网格尺寸不相等，使得子结构与主体结构两者间的连接构造较为复杂。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种超大跨度的单层叉筒网壳子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构。以实现有效突破杆件大内力及压杆稳定与结构整体稳定的限制，同时简化构造，进一步减少用钢量、降低工程造价。
本发明的技术方案是：包括由内部各杆件为圆钢管构成的主体结构和布置于主体结构中的子结构两级，子结构内部各杆件之间通过焊接空心球节点连接，所述主体结构是一种由横向与纵向的立体桁架交叉构成的圆柱面型大网格结构，大网格尺寸为10～30m，其特征在于，所述子结构为单层叉筒网壳，所述单层叉筒网壳是由两个同矢高圆柱曲面垂直相交、在两条相贯线之间取下层曲面组成的网壳，其曲面是柱面，其外形接近球面，其下口边界为能封闭主体结构四边形大网格的闭合四边形平面，并以周边点支承的方式内嵌于主体结构大网格中，形成一种大网格套小网格的结构形式，整个结构的载荷由相对比较稀疏而宏大的主体结构承担。
所述立体桁架由两根平行上弦杆、一根下弦杆、上下弦杆之间的腹杆及两上弦杆之间的横杆与斜撑杆组成，其断面为三角形，两根平行上弦杆和两上弦杆之间的横杆与斜撑杆组成四边形小网格的上弦，所述腹杆、横杆与斜撑杆均采用相贯节点直接焊在上下弦杆上。
所述单层叉筒网壳的子结构由柱面母线杆和两个方向的斜杆构成，单层叉筒网壳子结构的边界网格尺寸与立体桁架上弦小网格尺寸相等。
本发明的优点：本发明的单层叉筒网壳子结构其曲面是柱面，其外形接近球面，因而兼有柱面网壳与球面网壳的特点，且构造比较简单，子结构下口边界为一闭合的四边形平面，能很好地封闭主体结构的四边形大网格，其子结构边界网格尺寸与立体桁架上弦小网格尺寸相等，使得子结构与主体结构能很好地配合，和平板网架子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构相比，其子结构采用单层形式，使得杆件和节点的数量大幅度的减少，约为平板网架子结构杆件和节点的数量的三分之一，进一步减少了结构用钢量，降低了工程造价；子结构边界与主体结构立体桁架上弦交界处没有杆件重叠，大大简化了子结构与主体结构两者之间的连接构造，子结构以周边点支承的方式内嵌也大大简化了子结构与主体结构两者之间的连接构造，减少了加工制作工作量；整个结构的载荷由相对比较稀疏而宏大的主体结构承担，每个子结构基本只承担相应大网格范围内的荷载，因而子结构内部杆件基本可按构造要求配置。可适用于150～200m的超大跨度空间网壳屋盖结构。这种大网格套小网格的结构形式，能有效地克服压杆失稳的问题，可大幅度提高结构的整体刚度与稳定性、避免压杆失稳。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为单层叉筒网壳子结构构示意图；
图4为三角形截面立体桁架梁示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为子结构以周边点支承方式内嵌于大网格示意图；
图7为图6的A-A剖视图。
【具体实施方式】
结合附图：
整个结构由主体结构I和布置于主体结构中的子结构II两级构成，结构内部各杆均为圆钢管，所述主体结构是一种由横向立体桁架1与纵向立体桁架2交叉构成的圆柱面大网格结构，其四边形大网格3的尺寸为10～30m，所述子结构为普通单层叉筒网壳，内嵌于四边形大网格3中，形成一种大网格套小网格的结构形式，整个结构的载荷由相对比较稀疏而宏大地主体结构承担，子结构基本只承担相应大网格范围内的荷载。
所述单层叉筒网壳子结构是由两个同矢高圆柱曲面4垂直相交、在两条相贯线5之间取下层曲面而组成的网壳结构，它的曲面是柱面，而其外形接近球面，兼有柱面网壳与球面网壳的特点，且子结构下口边界6为一闭合的四边形平面，能很好地封闭主体结构的四边形大网格3；所述子结构由柱面母线杆7和斜杆8构成，各杆件之间通过焊接空心球节点9连接。
所述立体桁架1与2均由两根平行上弦杆10、一根下弦杆11、上下弦杆之间的腹杆12及两上弦杆之间的横杆13与斜撑杆14组成；所述立体桁架断面为三角形；所述横杆13与两平行上弦杆10构成所述立体桁架的上弦四边形小网格，所述斜撑杆14位于上弦四边形小网格内，以保持所述上弦四边形小网格的稳定性；所述腹杆、横杆与斜撑杆均采用相贯节点直接焊在上下弦杆上。
所述子结构边界网格尺寸a与所述立体桁架上弦小网格尺寸b相等，使得子结构边界与主体结构立体桁架上弦交界处没有杆件重叠，大大简化了子结构与主体结构两者之间的连接构造；所述子结构以周边点支承15的方式内嵌于主体结构大网格3中，保证了子结构的边界约束及其承载力。