CN1234088A - 双层网架球顶结构 - Google Patents

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Abstract

一种网格状球顶结构(20),其包括内部结构网架(24)和外部结构网架(26)。每个网架包括结构部件(34,38),这些部件在接合部(36、40)处连接以便形成多种球顶结构的形状,这些形状包括:拱顶、带有弧形端部的拱顶、三角形体育场、相交的拱顶以及特殊的形状。上述接合部包括两块板(54,56),上述结构部件固定(68)于它们之间,从而形成承受弯矩的接合部。管状斜撑(32)按照所需的设计,连接于外部网架接合部与内部网架接合部之间,从而在网架之间形成所需的基本保持平行的间距,并且将荷载局部地在网架之间进行传递。上述网架部件将外表面和内表面细分为多边形区域,该多边形区域在外部网架中是相同的。上述外部网架孔可通过盖板(29、170)盖住,该盖板沿侧向使下述外部网架部件保持稳定,而上述盖板与该外部网架部件连接,并且从结构上对网架起增强作用。

Description

双层网架球顶结构
本发明的领域
本发明涉及大跨径的球顶(拱顶)和类似球顶的结构。本发明特别是涉及下述结构***，该结构***形成上述的结构，在该***中，由具有较高截面模量的结构部件形成的顶部和底部网架构成最好为同心的相应表面，上述网架通过相互连接的斜撑而保持间隔开的关系，该斜撑具有较小的截面模量，并且将荷载局部地在网架之间进行传递。
本发明的背景技术
每年，在世界上建造许多的多用途的体育场。由于对内侧环境进行天气防护、气候控制、声学控制，经常将这些体育场盖住。现有的织物和钢制结构的较大的维修成本，以及这些体育场的不断增加的施工成本构成了研制下述高效结构***的需要，该***可降低整个顶盖的重量，降低作用于支承结构或基础上的荷载，缩短工期，与屋顶或覆盖结构件形成整体，而不是仅仅对它们提供支承，降低结构的整个使用期限的维修成本，降低该结构施工成本。
人们已采用挤压法制备的铝制梁，设计并建造了跨度高大420英尺的单层网架的网格球顶。在专利权人为Richter的US3909994号专利的说明书中对该单层网架的网格球顶进行了描述，该专利文献在这里供参考使用。在大跨径的结构中采用铝的已证明的优点使得铝制球顶成功地击败钢、木和织物制球顶。铝制结构的优点包括重量轻、耐腐蚀、容易制作、减少的维修量、强度与重量的比值较高。
除了表面的局部特征以外，球顶的表面的基本形状一般为旋转的表面的一部分，比如球体、柱体、椭球的一部分。其它类型的表面形状已得到使用，并且能够得到使用。
球顶的结构设计的方法是采用结构部件或撑杆形成的单层网架，该部件或撑杆位于球顶的基本形状表面，并且构成该表面，它们相互连接从而将上述表面进一步划分为三角形、矩形、五边形、六边形或其它多边形区域的网格。在多数场合，该网格区域的形状仅仅为或主要为一种多边形的形状。当网架中的所有撑杆为相同的横截面时，上述结构性网架的结构是最简单的。从抵抗压曲的观点来看，对于典型的活载或雪载，非常容易破坏的球顶区域为中心区域。在球顶中心区域，荷载沿与撑杆垂直的方向作用，并且与在下述的球顶的边缘的情况相比较，上述荷载更容易使这些撑杆压曲，在该边缘处，撑杆沿更加竖直的方向定位，并且与所施加的荷载方向之间的夹角为锐角。
如果具有足以承受中心区域荷载的高度(depth)和横截面积的撑杆在整个球顶区域使用，则上述球顶的大部分的设计就会过于保守。与实际的要求相比较，上述球顶会很重，并且成本较高。如果在球顶中的非常容易发生破坏的部分采用强度较高的/较高(deeper)的结构部件，则在球顶中的具有不同高度(depth)的结构部件相互连接的地方，要求复杂的和成本较高的接合部/插座连接件)。上述情况特别是发生于在中心处有集中荷载的大型球顶，比如体育场中。
从理论上说，上述公知类型的单层外部网架的铝制球顶可用于跨越较大的距离，但是随着跨径的增加，最好是通过挤压法制成的撑杆的所必需的尺寸和相当大的成本也会增加。另外，较大截面的挤压件是在有限数量的地方生产的，这样会导致较长的次序引导时间、传送延迟，此外会使成本增加。还有，通过挤压生产工艺生产的结构异型件的尺寸是有限的。特别是，铝制挤压件仅仅能够制造出高达14英寸的高度(depth)。再有，铝具有较低的弹性模量。这些因素将下述的跨径限制在405英寸左右，该跨径指由相同截面的撑杆制成的单层网架的铝制球顶结构能够跨越的距离，于是，这些情况大大地妨碍了这种类型的球顶用于下述场合，该场合指覆盖体育场，以及要求跨径距离在600英尺或更大的类似建筑物。
对于体育场或要求较低异型件或较矮覆盖体(即，具有较小高度的薄体)来说，上述的考虑是夸大了。于是，铝制单层网架的较矮球顶的最大跨径小于450英尺，并且压曲是更加严重的问题。人们所设计并建造的单层网架的较矮球顶的作为直径的、跨径达320英尺，这些球顶已接近了较矮铝制球顶的单层网架技术的极限。为了突出该问题，在多数建筑应用领域，一般较矮的球顶胜过较高的球顶，但是由于在较矮的大直径的单层网架球顶中，压曲构成更加严重的问题，这样单层网架的铝挤压件形成的球顶目前对于许多应用场合是不可行的。
单层网架的较矮的网格球顶的破坏的最经常的模式称为“压曲而突然折断”。在压曲而突然折断时，上述球顶出现反弯，不能在其区域的至少一部分上支承所施加的荷载。球体状的球顶和其它曲线形的结构容易产生压曲而突然折断。与多数的结构不同，单层网架球顶具有非线性的几何性能。这就是说，当施加递增的荷载时，结构的不断弯曲会以不成比例的方式加大。当上述结构不再能够支承荷载或该结构的弯曲对于较小的递增荷载来说很大时，便发生突然折断。当自然荷载，比如风、雪、冰添加到天窗、记分牌、音响设备、气候控制设备、天桥、从球顶的内部悬吊下来的其它设备产生的设计荷载上，并且上述总荷载超过该结构的抗弯能力时，可发生上述破坏。
网格状球顶结构，即结构部件沿网架形成的网线对齐的球顶的施工可采用位于该结构的中心开口处的大型塔吊来进行；可在以后将上述开口盖住。上述结构中的环形中心部分开始于上述塔吊的底座(围绕该底座装配)，其通过起吊缆绳与塔吊的顶部连接。当上述球顶的初始顶(中心)部的装配完成时，通过上述起吊缆绳将其向上吊起，在地面，作为上述球顶中的环形中心部分的向外延伸部，制作上述结构的下一部分(环)。反复进行上述步骤，直至形成上述结构。该方法为建造球顶结构的安全有效的方法。但是，当建造跨径达450英尺左右或更大的的球顶结构时，进行施工所要求的塔吊的高度是受到禁止的，因此不能采用该施工方法。
此外，上述方法对于非球体状的形状的结构是不适用的。在没有塔吊的情况下，必须在逐渐向上施工的期间，通过与一个部件的结构连接的方式来建造该结构。该方法只能用于直径在250英尺的结构，并且要求在移动式载人提升机中，在地面上方的危险的高空环境下进行作业以便形成整个结构。上述方法要求成本较高的支撑件以避免在施工期间，上述结构发生变形。
上述情况表明，需要提供下述改进的高效的铝制结构***，该***可采用铝制挤压技术使大型体育场的跨径超过450英尺，并且对于跨径超过400英尺的结构，可采用较矮的异型设计。此外，采用具有相同横截面的结构部件，将会获得效益。还有，需要提供一种有效的安全的，建造大型铝制网格状球顶结构以及具有非球体状的网格状结构的方法。因此，需要设计和建造带有铝制部件的大跨径的铝制结构***，该部件在结构的相应部分具有相同的高度(depth)，另外需要设计一种具有各种曲率的大型结构***的施工方法。
本发明的概述
本发明提供一种新型的球顶和类似物的结构***，其包括顶部网架和底部网架，每个网架通过在插座或接合部处连接的具有相同截面的结构部件形成于相应的曲面内。上述两个网架所确定的表面通过结构部件而划分为顶部和底部网架孔。多个间隔斜撑仅仅由于将荷载在两个网架之间进行传递，并且保持上述两个网架之间的间距。上述斜撑基本上仅仅局部地在网架之间传递荷载。上述顶部和底部网架中的部件的截面(即，横截面)大于斜撑的截面。在本发明的优选实施例中，多块盖板与一个网架(最好是顶部网架)固定，以便构成与结构***形成整体，而不是仅仅通过其支承的覆盖***或屋顶。上述顶部网架最好在节点之间完全按照三角形进行划分，但是在另一实施例中，顶部网架划分为矩形。底部网架中的孔的形状和尺寸可改变。底部网架可包括矩形、六边形、五边形、三角形或它们的一些组合形状。此外，可加大底部表面的三角形(即，减小按照三角形划分的频率)，从而对应于底部网架中的每个三角形，在顶部网架中具有比如，4个三角形。
顶部网架结构部件或撑杆基本具有相同的横截面。底部网架撑杆也是一样，为了更加方便，底部撑杆可具有基本与顶部撑杆相同的横截面。斜撑在两个网架之间形成所要求的，最好是相同的间距。上述斜撑的横截面尺寸小于网架撑杆，其原因是：斜撑仅仅在两个网架之间局部地传递较小的荷载，并且两个网架具有较高的抗弯刚度，此外上述***(当用于较大跨径的球顶时)包括两个网架具有相同的轴向荷载的特征。在许多场合，3个斜撑从底部网架的每个接合部延伸至顶部网架中的不同的接合部。在一个实施例中，3个斜撑从顶部网架的每个接合部延伸至底部网架的不同接合部，在另一实施例中，两个斜撑从顶部网架的每个接合部延伸至底部网架的不同的接合部。在又一实施例中，4个斜撑从每个底部接合部延伸至顶部接合部。上述的以及其它的内部网架的斜撑的结构是由于两个网架中的每个具有较高的抗弯刚度而可实现的不同的网架的格状结构的反映。
每个网架中的每个接合部包括顶板和底板，在这两块板之间具有结构部件(撑杆)以便在独立的和单独的网架中形成具有较高节点刚度的承受弯矩的接合部。根据网架所确定的孔的形状，可改变与接合部固定的结构部件的数量。在按照三角形划分的网架中，上述数量可在2～6的范围内。在按照六边形划分的网架中，3个结构部件与一个接合部连接；在完全按照三角形划分的网架中，6个结构部件与一个接合部连接；在大型的三角形结构中，一些接合部具有6个与其连接的结构部件，一些接合部具有2个与其连接的结构部件。在矩形结构中，如果网架不是对齐的，每个接合部连接有4个斜撑，如果网架是对齐的，在每个网架中，每隔一个接合部连接4个斜撑。顶部网架具有相互连接的撑杆以便形成仅仅为三角形的网架孔或仅仅为矩形的网架孔。本发明的一种球顶中的底部网架接合部最好与由顶部网架撑杆确定的孔的中心对齐。
此外，具有顶部和底部网架的结构***可用于设计具有不同曲率的结构，以便形成整个外形和结构，其包括局部的球体体育场、椭圆形、卵形、三角形、各种拱顶以及其它形状。上述拱顶包括下述形式，比如标准的拱顶、带有弧形端部的拱顶、相交叉的拱顶。
本发明还提供一种新型的网格状结构，其包括多个结构部件，它们在接合部连接以便形成多个圆锥状部分。该圆锥状部分相连接以便形成椭球状表面结构，其具有椭圆状轨迹(footprint)。在大型结构的优选实施例中，椭球状结构包括内部网架和外部网架。
本发明还提供一种新型的在支承表面上建造双层网架的网格状结构的方法。该方法包括下述步骤：制作该结构的第1最外或边缘分装配件，使该最外分装配件相对支承表面位于所需的状态和位置，制作第2分装配件，其用于与第1分装配件固定或相对支承表面定位，或者用于同时实现上述的固定和定位，使第2分装配件定位，连续地反复制造其它的分装配件，将它们所需的位置以便形成上述结构。
在本发明的优选实施例中，将尺寸约为100英尺×60英尺的最外的分装配件与基础固定，将结构部件与接合部连接的步骤包括：将顶部节点板与多个工字梁形状的结构部件的顶部翼缘固定，将底部节点板与多个工字梁结构部件的底部翼缘固定，从而形成承受弯矩的接合部。另外，将最外部分连接的步骤包括：装配边缘部分，这样制作分装配件，以便它们包括外部结构部件和内部结构部件，这两个部件之间具有间隔斜撑。最好，在地面制作分装配件，将其相对已制好的分装配件提升就位，以便实现与其的连接。
本发明提供的双层网架结构***实质上与已有的作为空间框架的结构是不同的。空间框架是由一般为管状的部件形成的，在整个框架中，该部件一般具有相同的直径，在上述管所形成的3维空间框架中，所有的管状部件在节点处，在它们之间具有相同的连接方式。空间框架在多数情况下对其它类型的结构提供结构支承。当框架用于密封的，即由屋顶盖住的结构时，该屋顶***与空间框架是分开的，并且仅仅通过该空间框架支承。另一方面，在本发明的结构***中，在承受荷载的网架之间延伸的斜撑的所具有的结构强度大大小于网架部件，该斜撑可具有，并且最好具有下述的横截面面积和几何形状，该面积和几何形状与网架部件的非常不同，与网架中的结构部件之间的连接的要求相比较，该斜撑与网架的连接的要求较小。另外，本发明的结构***按照增强双层网架的结构强度的方式与屋顶覆盖板形成整体，并与其相配合。
下面通过下面的具体说明和附图，对本发明的上述和其它的特征，以及优点进行更加全面的描述，在该附图之间，相同的标号表示相同的部件。
附图简单描述
图1为本发明的球体的，三角形网格状的双层网架结构***的透视图；
图2为图1所示结构的横截面示意图；
图3为位于区域3内部的图1所示的双层网架结构的俯视图，该图表示高频的完全按照三角形划分的外部网架和低频的完全按照三角形划分的内部网架；
图4为图3所示的内部网架的按照三角形划分的结构的局部平面示意图；
图5为图1所示的结构的俯视示意图；
图6为图5的一部分的局部平面图，该图表示位于上述结构***的顶部和底部几何形体之间的过渡部分；
图7为上述网架的第2种结构中的，与图3类似的平面图，该图表示按照三角形划分的内部网架；
图8为上述网架的第3种结构中的，与图3类似的平面图，该图表示带有间隔开的六边形孔的内部网架；
图9为图8所示的，带有六边形孔的内部网架的平面示意图；
图10为具有六边形和三角形孔的内部网架的再一结构的立面示意图；
图11为图1所示的双层网架结构***的接合部的透视图；
图12为包括屋顶的建筑物的透视图，该屋顶包括双层网架的拱顶式网格状结构***；
图13为包括屋顶的建筑物的透视图，该屋顶包括带有弧形端部的双层网架的拱顶式网格状结构***；
图14为表示设计图13所示结构的步骤的透视示意图；
图15为包括屋顶的建筑物的透视图，该屋顶包括相交的拱顶式双层网架的网格状结构***；
图16为覆盖比如，棒球体育场的双层网架的三角形网格状结构***的透视图；
图17为开设有中间孔的体育场形状的双层网架的网格状结构***的透视图；
图18为覆盖椭圆形建筑物的双层网架椭球形的网格状结构***的透视图；
图19为表示设计图18所示结构的步骤的透视示意图；
图20为圆锥形双层网架的网格状结构的透视图；
图21为双层网架的网格状结构***的俯视示意图，在该***中，外层和内部网架将它们的相应表面细分为矩形；图22为图21所示的双层网架结构***的接合部的俯视图；
图23为本发明的又一双层网架结构***中的外层与内部网架和斜撑的结构的局部透视示意图；
图24为表示图23所示的***中的某些关系的图；
图25为图23所示的***中的斜撑与插座之间的销式连接结构的局部透视图；
图26为用于本发明的双层网架结构***的网架覆盖和屋顶分***的局部横截面立视图；
图27为当网架相互对齐时网架撑杆和斜撑的结构的局部示意图。
术语定义：
网架：由相互连接的结构部件形成的结构或装配件，其形成所需形状或曲率的表面；
表面：实际或假想曲面，网架中的几个结构部件通过它们的相互连接件位于该面中；
网格：由结构部件的位置所对应的，网架表面中的线形成的格构状几何结构；
撑杆：沿网架中的一根网格线设置的结构部件；
接合部：在网架中的确定的位置或点处将撑杆相互连接的实际结构。该接合部设置于网格状表面的节点处；
节点：表示网格线的交叉点的网格中的理想点；
斜撑：相互连接，并且确定位于由两个网架和网架所形成的表面之间的间距的结构部件；
网格球顶式的：结构***是短程的，因为上述结构中的主要荷载支承特征沿短程线，即跨过表面上的两个分开点之间的最短距离的线设置；在球体上，短程线为较大的圆弧；
按照三角形划分：通过将撑杆相互连接，将表面划分成三角形的孔，或具有下述形状的孔，该形状是通过省略形成三角形的孔所必需的撑杆和/或接合部的方式确定的，从而形成网格；
三角形划分频率：单位表面积中的三角形孔的数量，该数量是由表面上的网格线的数量、具有相应接合部的节点的数量、与网格线相对应的撑杆的数量来调节的；
内部网架：双层网架结构***中的，朝向该***所包围的空间的内侧的网架；其也称为“底部网架”；
外部网架：双层网架结构***中的，朝向具有该***的建筑物或类似结构的外侧的网架；其也称为“顶部网架”。
具体描述
图1表示净跨的，网格状的双层网架球顶结构***中的外部(顶部)网架20，该外部网架呈局部的球形。该球顶是短程的，因为多根网格线(其确定下面所描述的撑杆的位置)为上述球体中的大圆21。该大圆确定位于它们之间的部分。上述网格状结构的其它形状和形式将在下面进行描述。实际上部分结构是短程的，而其它部分的结构不是短程的。如果未进行说明，下面的描述一般适合用于下面所描述的结构***的所有形状。
参照图1所示的结构的横截面图(图2)，上述球顶为支承于支承表面22或其它基础上的网格状结构，其包括内部(底部)网架24、外部(顶部)网架26。上述网架之间的间距在大约1～3m的范围内，当与上述结构的整体尺寸相比较时，该数值是较小的。对于一些应用场合，上述支承表面是可移动的。上述外部网架构成外层，该外层按照下述方式，支承并成整体形成由盖板29(图3)形成的覆盖***、屋顶分***或壳体28，该方式为：促进网架***的结构性能的发挥。上述外部和内部网架共同形成内腔30，根据上述结构的应用场合，该内腔30可具有通过网架延伸到该内腔的多个孔。最好，上述盖板沿每个孔固定就位(参照图26)，以便将上述网架中的三角形孔盖住。上述板可用于提供防水面层，该面层可为不透明的、半透明的、透明的，并且可提供各种等级的隔音性能。如果需要，可采用US3477752号专利、US3909994号专利，或US3916589号专利所描述的，并且由这些专利的附图示出的板的安装结构，在这里，上述参考文献完全是供参考之用。内部网架向内，通过间隔斜撑32(图2)与外部网架间隔开，并且与该外部网架连接。在本实施例中，内部与外部网架的形状类似，每个网架为球形，两个网架位于最好具有相同的曲率中心的表面内。因此，上述结构为球体状的双层网架球顶。虽然最好上述盖板将外部网架中的孔盖住，但是如果需要，上述板也可，或作为替换方式将内部网架中的孔盖住。
参照图3，正如前面所述，上述结构***由外部和内部网架形成。上述外部网架26包括在外部接合部36处连接的外部结构部件或撑杆34。同样，内部网架24包括在内部接合部40处连接的内部结构部件(撑杆)38。上述撑杆连接而形成多种网架结构，其将由网架所形成的表面细分为多个多边形孔42。本实施例中的孔的形状是通过下述方式确定的，该方式为：将确定上述结构的形状的双层曲面按照三角形进行划分，并且将接合部设置于节点处，将撑杆放置于网架网格线上。在下面将要描述的一些实施例中，一些节点处省略了接合部，在一些网格线处省略了撑杆。但是，仍将上述表面按照三角形进行划分，因为通过在每个节点处设置接合部，在每个网格线处放置撑杆的方式，很容易使上述孔呈三角形状。
图3、7、8、23和27以从结构上简化的关系表示双层网架球顶；这些附图表示外部和内部网架的几何形状以及该外部和内部网架之间的关系、网架之间的斜撑的位置、网架撑杆的位置、位于撑杆和斜撑之间的接合部的位置。为了便于图3、7、8、23和27中的表示，上述撑杆是以简化的形式给出的。图11和26以更好地方式，以及更加正确的方式表示本发明中的双层网架球顶中的撑杆和斜撑的实际特性，该特性比如，表明：网架撑杆的高度**(depth)与横截面积大大超过斜撑的相应值，最好撑杆由具有宽翼缘梁的形状的铝制挤压件形成，最好上述斜撑由铝管或结构管段形成。最好顶部和底部网架中的撑杆除了下述特征以外，具有相同的横截面，该特征指与盖板相配合以便实现荷载传递，并且使撑杆和盖板之间实现耐候性连接的，图26所示的顶部网架撑杆的特征。但是，在本发明的范围内，顶部网架撑杆可具有下述的截面模量，该截面模量与底部网架撑杆的截面模量不同。与斜撑相比较，网架撑杆(顶部和底部)的截面模量确实较大，并且网架连接结构的抗弯刚度较高，这样可满足网架几何形状和结构的变化性、一系列的整体球顶的形状和形式、使上述较大跨度的球顶结构与普通的空间框架相区别的因素。
在图3所示的实施例中，内部和外部网架是不对齐的。当网架不对齐时，内部网架中的节点在外部网架的三角形的区域的中心下面沿径向对齐；对比图23，在该图中，网架是对齐的。最好，内部网架中的部件的位置由外部网架确定。一旦按照三角形划分的外部网架确定，对于不对齐的网架来说，内部网架中的节点便确定在孔42的中心的径向突出点**(projections)处，内部节点按照图3和7所示的三角形的形状，或按照图8所示的六边形的形状连接。在图3和7分别所示的，具有较大三角形或完全按照三角形划分的内部网架中，节点按照每间隔一个孔的方式设置。在比如，图8、23和27所示的结构中，可采用不同的形状。
外部网架中的优选结构为完全按照三角形划分的形状，或在图21所示的结构的实例中，为完全按照矩形划分的形状。这就是说，参照图3，外部网架26中的每个一般的接合部具有与其相连接的6个撑杆，这样每个接合部不能具有与其相连接的另一撑杆。在此网架结构中，所有几何形状的外部网架孔42为三角形。在图4所示的内部网架的结构中，上述孔为较大的三角形44。根据其在网架中的相应位置，内部接合部具有与其相连接的不同数量的撑杆。位于三角形的顶点46处的节点具有6个撑杆的相应接合部，位于三角形的侧边中最处的节点具有2个撑杆的相应接合部。因此，内部网架的三角形划分频率小于外部网架。在此结构中，对于内部网架中的每个三角形，在外部网架中具有4个三角形。此结构是通过将内表面按照三角形进行划分，并且省略与这样所形成的网格中的规则形状相对应的撑杆的方式获得的。
正如图1所看到的，网架主要由进一步由撑杆部件划分为三角形的六边形组成。但是，某些球顶设计会要求偶尔使用的五边形孔或其它形状部分，其最好进一步按照三角形进行划分，以便构成上述结构。图1中的五边形孔位于图1所示的球顶20中的大圆线21之间的三角形部分中的底边的相邻角处。
另外参照图5和6，图1中的球顶具有顶部(中间)几何形体25和底部(外缘)几何形体27。图5和6中的粗线表示外部撑杆34；细线表示内部撑杆38，虚线表示间隔斜撑32。顶部几何形体由三角形的扇形部分35组成，其由上述球顶的大圆21围绕。因此，在球顶以及下面将要描述的其它结构中，具有几个过渡部分。一般称为“薄层(lamella)几何形体”延伸至五边形孔49所在的过渡部分。在图示的结构***20中，内部网架不具有五边形。
上述球顶20中的底部几何形体包括构成延伸部分的三角形中的环33(参照图6)，该延伸部分形成球顶。最好，延伸部分中的三角形发生变形，以便使环更加趋近圆形，在顶部和底部几何形体之间的过渡部分和延伸部分中，内部网架完全按照三角形划分。在顶部几何形体中的对称扇形之间的过渡部分中，内部网架包括成排的长方形37，它们在球顶的顶部中心处，组成中心六边形39。与内部长方形37相对应的外部节点41(参见图6)包括与4个其相连接的间隔斜撑，当与其它的外部六边形相比较时，位于长方形上方的外部六边形具有高度的不规则性。外部中心节点43具有从该节点延伸至中心内部六边形中的节点处的6个间隔斜撑，上述中心内部六边形的尺寸小于内部网架中的其它六边形，并且直接位于外部中心节点43的下方。当内部网架中没有五边形时，沿在每排中相对周围的内部六边形保持对称的每个扇形的最靠外的内部矩形通过间隔斜撑与外部五边形49中的节点连接。这些独特的过渡形状可使本发明的***用于典型球顶的短程几何形体。
参照图7，网架撑杆的不同结构采用完全按照三角形划分的外部网架26A和完全按照三角形划分的内部网架24A。因此，内部和外部的按照三角形划分的频率是相同的。另外，在图示的优选实施例中，内部网架中的节点基本沿径向与外部网架中的孔的几何中心对齐；如果内部网架完全按照三角形进行划分，外部网架中的节点也与内部网架中的三角形的几何中心对齐。对于非球形结构，内部网架中的节点以及外部网架中的三角形的几何中心沿与外表面相垂直的径向线对齐。对于这种类型的结构，与图23所示类型的结构相比较，内部节点通过相对外部网架孔的面积中心的伸出线定位。相对几何中心伸出的线与连接而形成孔的结构部件确定的平面相垂直。当两个网架具有相同的三角形划分频率时，每个网架中的三角形的数量相同。按照相同三角形划分的内部网架最好用于某些应用场合，因为，比如图7所示的底部网架结构中的结构部件多于图3中的底部网架结构，因此，前者可承受较大的荷载。一般来说，网架结构中的撑杆数量越多，则其可承受的荷载越大。因此，三角形划分的频率在局部上随上述结构的预计荷载的变化而改变。
图8和9表示另一内部结构。内部网架24B包括六边形孔46。在六边形内部网架结构中，每个接合部具有与其连接的3个撑杆。虚线47(图9)表明上述结构是通过按照规定的形状，省略接合部和撑杆，对表面进行三角形进行划分的方式获得的。上述虚线表示省略的撑杆，节点55表示省略的接合部。因此，省略的撑杆和接合部的规定形状形成上述网架结构中的六边形孔。
在图10中，内部网架24C包括六边形孔48和三角形孔50。每个撑杆52形成六边形的侧边和三角形的侧边，4个撑杆与每个接合部连接。虚线51还表明上述结构是通过按照三角形对表面进行划分，省略分别由虚线51和节点53所表示的撑杆和接合部的规定形状的方式获得的。这些网架结构中的任何一种还可用于外部网架，但是外部网架最好采用完全按照三角形划分或完全按照矩形划分的结构。
图11表示网架接合部的优选实施例。图11表示底部(内部)网架接合部；顶部(外部)网架接合部呈与图11相反的形状。该接合部包括圆形底部节点板54和圆形顶部节点板56，撑杆58***上述两块板之间。优选的撑杆的横截面为宽翼缘梁的形状。每个工字梁形状的撑杆包括中间腹板和位于腹板的每个端部的翼缘64，从而形成“I”状。相对其它的横截面，最好采用工字梁形状的撑杆，这是因为与撑杆的中心保持最大距离的较大量的材料所具有的截面模量较大。此外，工字梁中的翼缘本身会与节点板很好地固定。撑杆58通过普通的固定件58，比如荷载控制螺栓与上述板固定，该螺栓超过上述工字梁形状的撑杆中的翼缘64和节点板中的孔62。对于内部网架，间隔斜撑32可通过翼缘66与顶部节点板56的顶边连接，该翼缘比如通过焊接与斜撑端部固定，并且叠置于上述工字梁的翼缘64上，从而连接斜撑的成排的固定件68同时将工字梁中的翼缘和间隔斜撑中的翼缘与节点板连接。对于外部接合部，间隔斜撑按照类似的方式，与底部节点板的底边连接。
由于接合部具有顶部和底部节点板，这样接合部可抵抗作用于上述结构的作用力而产生的弯矩，网架具有节点刚性。此外，对于承受弯矩的连接点，撑杆按照按照S形状压曲，而通过销连接的撑杆按照抛物线形状压曲。荷载主要作为沿轴向的荷载，通过网架中的撑杆分布，间隔斜撑中的任何荷载也主要沿轴向传递。因此，局部弯矩基本上不作为弯矩，通过相邻的接合部而传递，但是在承受弯矩的连接点处转换为网架中的剩余部件中的轴向荷载。承受弯矩的接合部也会使整个球顶结构产生突然折断型破坏所要求的荷载增加。正如将在后面进行更加全面的描述那样，顶部网架撑杆沿侧向通过设置用于将顶部网架孔盖住的板保持稳定，顶部和底部网架中的每一个中的撑杆之间的连接刚度允许取消斜撑，从而可不对一些网架节点提供支承。
正如上面所述，最好在整个结构中，内部和外部网架相互按照等间距间隔开。为此，间隔斜撑以间隔开的方式将内部和外部网架固定。此外，间隔斜撑将较小的荷载在网架之间进行局部地传递，否则的话，无法有助于双层网架结构的结构整体性。上述斜撑所承受的荷载很小。实际上，斜撑所承受的荷载为局部的不同的网架荷载。比如，如果给定区域中的撑杆作用有50kips的荷载，则间隔斜撑中的荷载可小到1个kip。斜撑保持网架之间的间距，并且在网架之间传递局部荷载的差值，从而内部和外部网架均承受设计网架的球顶环境和所作用的荷载中的部分。因此，内部和外部网架将整个球顶荷载中的作用于它们上的相应值传递给基础或其它的支承结构，比如支柱。
最好，内部和外部网架延伸至共同的基础，但是外部和内部网架可延伸至不同的基础，或仅仅一个网架可延伸至基础。在后一场合，靠近结构***中的间隔斜撑将承受较高的荷载，这是因为它们将荷载以返回方式传递给基础所支承的网架。
双层网架结构呈现壳体性能。与桁架性能相比较，视具体情况，壳体性能指两个网架以类似方式受压或受拉。因此，向内作用于上述结构上的荷载均使内部和外部网架受压。在桁架***中，顶层受压，而底部受拉。
由于上述斜撑基本上不帮助承受球顶荷载，故无需采用较大截面模量的斜撑。于是，最好采用较小的空心铝管。铝管的成本低于工字钢挤压件，并且可获得许多尺寸型号。管状斜撑的最大直径小于相应的宽翼缘梁的高度“d”。铝管可具有，并且最好具有大大小于工字钢撑杆的横截面面积和模量。
图25表示在图23和24所示的双层网架结构中未描述的重要方面。斜撑与网架接合部之间的连接结构可设计成销式连接结构150。该销式连接结构不能传递弯矩，只能传递轴向荷载，即拉力和压力。在实施本发明时，可采用斜撑与网架接合部的真正的销式连接结构，这一点表明斜撑荷载的大小和性质与网架撑杆和网架接合部所承受，并且传递的荷载的大小和性质不同。
根据内部网架的结构，可改变与每个接合部相连接的间隔斜撑的数量。在图3和7的实施例中，3个间隔斜撑32从每个外部接合部36延伸至相邻4的内部接合部40。对于内部接合部，具有相同的情况。3个间隔斜撑从内部接合部延伸至3个相邻的外部接合部。在图8所示的实施例中，内部接合部具有3个从其延伸至3个相邻的外部接合部的间隔斜撑，但是由于在内部网架中省略了节点，这样每个外部接合部具有从其延伸至不同的相邻的内部接合部的2个间隔斜撑。在图10的实施例，内部接合部也具有3个从其延伸至3个相邻的外部接合部的间隔斜撑，与图8的实施例相同，省略了一些节点。但是，在图10的实施例中，并没有省略相同数量的节点。于是，一些外部接合部具有3个相对其伸出的间隔斜撑，而其它的外部接合部具有2个相对其伸出的间隔斜撑。在上述两种场合，斜撑延伸至内部网架中的不同的和相邻的接合部。
上面所描述类型的双层网架结构具有网架不对齐的独特特征。这就是说，在球顶具有球形或类似曲率的场合，顶部和底部网架不沿从球顶的共同的曲率中心伸出的共同的线对齐，或在球顶具有柱状或类似曲率的场合，顶部和底部网架不沿与对称的共同轴线相垂直的共同的线对齐。图23和24表示球顶结构160，在该结构中，顶部和底部网架表面按照相同的网格(在本实例中，按照三角形)进行划分，一个网架中的网格叠置于(投影于)另一网架的网格之上。在本发明的作为后面一种的第2种球顶中，相应的节点沿从曲率中心伸出的共同半径，或沿与上述结构表面相垂直的共同线对齐。因此，上述网架是对齐的。图23表示了这种关系，该图23为双层网架结构的局部的示意图(透视状态)，在该双层网架结构中网架的网格结构是相同，并且相互叠置。
在图23中，实线表示顶部网架161中的撑杆，较细的虚线表示底部网架162中的撑杆，较粗的虚线表示网架之间的斜撑163。在相应的图24中，较粗的线表示顶部网架撑杆165和它们的接合部166，较细的线表示底部网架撑杆167和它们的接合部168。图23和24表示这种类型的双层网架结构的特性，即仅仅每对对齐的(叠合或叠置的)接合部中的一个接合部具有与其相连接的斜撑，这些斜撑位于由相互保持平行的顶部和底部撑杆部件确定的平面内。在图24中，具有与其相连接的斜撑的底部网架接合部为圆形，具有与其相连接的的斜撑的顶部接合部呈正方形。网架中的每个受到支承的接合部位于该网架中的未受到支承的接合部的六边形中心。没有对齐的未受到支承的接合部。通常，顶部网架中的每个受到支承的接合部具有6个与其相连接的斜撑。通常，底部网架中的每个受到支承的接合部具有3个与其相连接的斜撑。
图25表示本发明的双层网架结构***中的斜撑可在与相应的斜撑连接的每个接合部处具有销式连接结构50。斜撑连接部件151一般由槽型件形成，其包括底部152和与该底部相垂直的间隔开的壁153。该底部以普通方式，借助用于将相邻的网架撑杆155固定于节点板上的相同的螺栓或其它的固定件68，固定于接合部节点板上。销156以适合方式固定于相对侧壁153中的成对的对齐孔中，并且穿过在开设于斜撑157底端附近的的通道。上述销沿与斜撑的纵向相垂直的方向设置。如果需要，可采用与图24所示的形式相同的销式连接结构，以便代替比如，图11和22所示的斜撑连接结构。
两个网架和间隔斜撑的协同组合可形成下述刚性的较矮的异型结构，该结构能够跨过900英尺或更大的长度，而同时支承很大的设备荷载。即使对于这样大的跨径，上述组合还允许以容易获得的尺寸型号，采用铝制工字梁挤压件。优选的尺寸包括位于10～14英寸的范围内的高度“d”。于是，除了比如，在形成网架中的孔用的覆盖***的部件的外部撑杆的顶部表面上的，图26中所示的特征以外，每个撑杆的整个长度范围内的横截面基本上保持一致，所有撑杆基本上具有相同的高度(depth)。虽然内部和外部网架可采用具有不同高度(depth)的工字梁，但是为了简便，最好内部和外部网架均采用相同尺寸的工字梁。此外，上述的协同组合允许形成下述较矮的异型结构，该结构具有较大或较小的跨径，如果不要求自由跨径的结构，本发明可用于形成巨大的结构，或极矮的异型结构，其具有竖向支承件，比如从上述结构延伸至基础的支柱。
图1和2所示的球顶的讨论与下面的具有不同整体外形的其它结构的描述有关。因此，这些其它结构的讨论集中在该结构与上述球顶相区别的外形特征上。在上述球顶中，内部和外部网架最好是同心的。在下面的结构中，对于不同的外部和内部网架外形，内部和外部网架最好具有共同的体积中心和共同的曲率中心或轴线。
图12为拱顶式双层网架结构***70的透视图，其中外部网架完全按照三角形进行划分。上述拱顶的端部72为竖向壁，该壁从拱顶的圆柱或其它拱形的异型件延伸至基础74。在图示的实施例中，上述基础为建筑物，上述拱顶与建筑物的外墙的顶部固定。但是，其它的基础，比如竖墙，滑道、地基、混凝土板可用作球顶、拱顶、下面的结构***和其它类似物的基础。
图13为拱顶式双层网架结构***的透视图，该***包括弧形端部78和完全按照三角形划分的外部网架。上述拱顶的端部78最好具有球体的曲率，并且其曲率半径大于柱状体79的半径，从而上述端部与拱顶体之间的相交部分不是平滑的，但是对于上述的拱顶和端部，可采用其它的弧形部。如果上述弯曲的端部的半径与柱状体的相同，则上述端部与拱顶体之间的过渡部分是平滑的。最好采用该方式，因为平滑的过渡部分会使上述结构呈现壳体性能。上述基础80也包括建筑物，上述网格状结构与该建筑物的外墙的顶部固定。此外参照图14，上述结构***的形状是作为旋转体93的表面的一部分而形成的。假想平面95穿过具有对称轴线91的旋转体93的表面，并且这样定位，从而上述平面与上述表面的交线具有相当于支承结构或基础80的轨迹(foot print)。
图15为相交拱顶式双层网架结构82的透视图。该相交拱顶包括4个弧形区域84、86、88、90。所有4个区域可具有不同的曲率，但是在图示的实施例中，相对的弧形区域具有相同的曲率。于是，前侧区域84和后侧区域86具有相同的曲率，右侧区域88和左侧区域90具有相同的曲率。与上述其它的拱顶类似，图中所示的基础94为建筑物。该拱顶结构特别适合用于基本呈矩形的，或其它的具有4个侧边的应用场合，比如图书馆、博物馆、会议中心，对于游泳池，铝是理想的材料。上述应用经常要求600英尺，或更大的跨径。在研制本发明的双层网架结构之前，网状铝制结构不能用于这些大跨径的应用领域。因此，上面所述的双层网架球顶技术通过下述方式，可使建筑物的成本，以及建筑物的维修成本降低，该方式为：使经济上可行的网格状结构具有足够的强度，从而越过较大的跨径，该结构由较容易获得的、具有适合尺寸的结构部件组成。
图16为三角形网状的双层网架的三角形结构96的透视图。该形状可作为带有弧形顶角的三角形进行描述。该三角形结构用于覆盖棒球体育场，在图示的实施例中，该棒球体育场为上述三角形结构的基础98。由于具有跨越较大跨径的能力，并且该双层网架结构简单，这样从经济上和结构上可将屋顶加到现有的棒球体育场上。
图17为三角形网状的双层网架的、呈体育场形状的(长条的椭圆形)环形结构***的100的透视图，该结构具有中心孔102。在这里所采用的体育场的形状涉及覆盖留有中心孔的基础的外侧部分的结构；在比赛区域104上方没有球顶结构，但是该体育场中的座席可以为覆盖式的，或为覆盖式的。对于上述的结构，该体育场用作网格状的球顶式结构的基础108。
图18为三角形网状的双层网架的椭球结构***110。该椭球结构支承于基础112上，该基础112为具有椭圆形轨迹(footprint)基础的建筑物或体育场。再参照图19，该球顶结构的形状是通过下述方式获得的，该方式为：使所需的密封形状，在这里为椭圆，绕长轴116旋转，从而形成旋转椭球表面118。让假想平面20穿过旋转表面，从而获得旋转表面的结构部分122的形状，上述假想平面是这样定位的，从而该平面与表面118的交线与基础的平面形状相对应。之后将上述结构部分按照网格状划分为(细分为)几何多边形，比如正方形、长方形、三角形以及其它形状。上述假想平面120可由实际的基础的图形代替，从而上述结构设计可根据非平面的基础确定。与旋转轴线116相垂直的椭球结构中的每排部件114为局部的圆锥体。该圆锥体平滑地相交从而形成并确定出整个球顶结构。因此，上述圆锥体组合而形成椭圆形轨迹(footprint)，以便与基础的椭圆形状相吻合。上述将表面细分的方式使用于获得椭球结构的方法大大简化。此外，将简化的椭圆形结构与双层网架技术相结合，这样便使椭球状结构用于大跨径的应用场合，比如橄榄球的体育场。
图20表示再一种结构***。图20中的双层网架结构124为圆锥状，其伸出其基础126之外。这些实施例表示本发明的设计可变性。
图21表示划分为(按照网格状划分为)矩形130，而不是三角形的结构***128，该***128非常适合用于下述应用场合，在该场合，球顶的整体形状为柱状，该柱体的轴线与矩形的短边保持平行。该***128包括形成顶部网架的顶部撑杆132和形成底部网架的底部撑杆134。为了清楚起见，并非所有的底部撑杆在图中示出。内部和外部网架通过在节点138处连接的间隔斜撑136连接。在本实施例中，内部和外部网架是不对齐的。这就是说，每个网架中的节点不与下述线对齐，该线与另一网架中的孔的形心相垂直，并从该孔的形心伸出。但是，如图27所示，如果需要，可采用保持对齐的矩形双层网架结构***。图27以示意方式表示结构180中的典型部分，在该结构中顶部网架181和底部网架182包括直线网格，该网格在它们的相应撑杆之间形成正方形孔。对于网架中的每对对齐的接合部，仅仅一个接合部包括与其连接的斜撑，即4个斜撑183。在每个网架中，沿每条网格线，通过斜撑支承的和未支承的接合部相互交替布置。该斜撑位于由在相应的网架中的对齐的平行撑杆确定的平面内。其结果是，该斜撑可采用下述固定件与网架接合部连接，该固定件用于实现相应的网架中的撑杆与它们的接合部的连接；这就是保持对齐的网架的优越特征，该网架的特征在于斜撑位于由位于两个网架中的相应位置的平行撑杆确定的平面内。
图22表示接合部140，其与图11所示的接合部类似，该接合部140可代表***28中的网架接合部。在本实施例中，顶部节点板142和底部节点板(图中未示出)为矩形，其包括与相应的侧边固定的4个撑杆132，以及从角部沿对角线延伸的4个间隔斜撑136。该间隔斜撑和撑杆部件通过固定件144与节点板连接。
图26的主要内容与US3909994号专利中的图6相同，该专利的附图和有关的说明书供参考之用。图26表示在实施本发明时，成对的金属(最好为铝)薄板形成的盖板170与优选顶部网架撑杆177中的顶部中所确定的有关特征的连接结构。该盖板呈平台形状，其与撑杆构成其外缘的三角形或矩形顶部网架孔相吻合。除了在按照US3909994号专利中所描述的方式，每块板以不同的方式制作以便在接合部处实现密封的角部以外，每块板中的每个边缘呈嵌合的形状172，以便形成用于与成对的朝上开口的沿纵向延伸的，由撑杆的顶部结构确定的凹槽中的相应的一个相配合的错开边缘(margin)。当在凹槽中按照此方式设置时，上述板的边缘夹持于撑杆上，并且上述板通过下述板条173，在撑杆的另一侧边上将网架孔盖住，该板条173沿两个其相对的长条边缘支承弹性密封垫174。特别是在挤压步骤制造撑杆的过程中，该板条通过多个螺钉175，或其它的螺纹固定件与撑杆固定，该螺钉175或其它的螺纹固定件按照一定间距，沿其纵向穿过板条，与形成于撑杆的顶部的第3朝向开口的中间凹槽的相对的纵向锯齿状表面以螺纹方式嵌合。上述凹槽形成于两个具有适合形状的外侧凸肋176和两个内侧凸肋177之间，它们相互均保持平行。
如图26所示，按照下述方式实现将盖板夹持于顶部网架撑杆上，该方式为：上述板通过沿侧向对撑杆支承而避免其此时压曲，而从结构上增强该撑杆。上述网架，最好是顶部网架不仅仅支承屋顶，在这里上述板与上述网架连接以便形成跨过由双层网架球顶结构所包围的空间的屋顶，上述网架与屋顶成整体连接成双层网架结构。该整体性有助于提高双层网架的优越性能，并且有助于增加双层网架球顶的经济效益。
图11、22和25表示在铝制结构***环境中是重要的方面。该方面指每个网架中的撑杆之间的连接结构为非焊接的连接结构，斜撑与网架的连接在下述任何地方不依靠焊接件，该任何地方指可对网架撑杆或网架撑杆连接结构造成影响的地方。铝的结构特性会受到焊接的影响，从而良好的结构设计原则要求在所焊接的部件中大大减小(50％)允许的应力。虽然图11和22表示将连接翼缘或板与斜撑焊接，但是这些焊接点位于不会对网架撑杆和它们的相互连接造成影响的位置。因此，具有合理的高度(depth)和可利用性的撑杆可有效地并且高效率地用于本发明的双层网架球顶结构中。另一方面，多数已有的空间框架***在它们的结构部件之间具有某种焊接连接结构。
作用于制好的双层网架球顶中的盖板上的环境荷载，比如风、雪荷载作为作用于撑杆上的弯矩荷载，传递给边缘的撑杆。任何撑杆中的上述弯矩通过抗弯的，而不是易弯的撑杆接合部，主要作为相邻撑杆中的轴向荷载，传递给该相邻的撑杆。在撑杆中，从承受弯矩荷载的给定撑杆上取消3个或4个节点，由该给定撑杆所传递的荷载仅仅视为轴向荷载。另外，由于环境荷载，或内部所施加的荷载的作用，上述双层网架结构中的任何一个网架局部地承受不成比例的较高的局部荷载到一定程度(tothe extent)，该局部网架荷载差值通过在该区域内的，以及紧靠该区域周围的斜撑中的轴向荷载而在网架之间分散。
本发明所涉及的领域的普通技术人员会注意到，虽然从概念和结构上是非常不同的，但是本发明的双层网架结构具有与蜂窝板的荷载承受性相近似的荷载承受性能，在该蜂窝板中，表面薄板承受类似的荷载，蜂窝芯体承受最小的荷载，同时使表面薄板保持所需的平行或其它的空间关系。
本发明的双层网架球顶结构可用于具有超过900英尺跨径的双曲屋顶，用于具有超过600英尺跨径的单曲屋顶。由于该双层网架结构可实现的上述的较大跨径和一系列的形状，由于该球顶的重量，该大跨径的双层网架结构不能采用前面所描述的中心塔式施工方法来建造。但是，该双层网架结构的刚度允许该结构中的分装配件，按照在约100英尺的尺寸下，以60英尺或更大的尺寸，在地面制作，并提升到下述位置，在该位置它们可与基础或该结构的预制好的部分连接。此外，可在远离施工现场的地方制作该分装配件，并将其运送到该施工现场。
采用本发明的双层网架构思的优选的施工方法包括下述步骤，作为一系列的分装配件，形成网格结构中的最外部分，使该最外部分相对基础，定位于所需的状态(attitude)和位置，该位置最好为其最终位置。将最外球顶部分在球顶的整个外缘周围进行装配经常是很方便的，该部分相对位于适合的支撑上的基础定位。对于多数应用场合，最好在施工(proceeding)之前，将球顶的最初装配部分与基础固定。接着在地面装配内部的分装配件或其它的最外分装配件，通过起重机，将其相对预制好的分装配件或多个分装配件吊起定位。然后，将该分装配件在所需的地方，固定于该结构的预制好的部分上，如果需要，将其通过另外的支撑支承。最好基本上同时将几个内部分装配件提升，并且固定，最好将内部分装配件固定，从而该结构的施工边缘基本上始终处于相同的高度。上述分装配件是这样施工的，从而它们包括至少3个接合部，但是最好采用特别大的分装配件。图3、5和6所示的分装配件包括31个接合部。每个分装配件包括通过间隔斜撑连接的外部网架的部分和内部网架的部分。就通过上述方法进行施工来说，上述方式便使分装配件具有足够的抗弯刚度。反复地制作其它的分装配件，将其固定于已制作好的分装配件，直至形成该结构。
作为替换方式，形成下述的结构部分，该部分从结构的边缘上的一个点延伸至该结构的边缘上的相对的点。对于某些球顶形式，最好采用将分装配件固定的步骤。采用移动式载人提升机(man-lift)将施工人员提升到分装配件连接的接合部处。按照普通的方法，移动式载人提升机(man-lift)必须将施工人员提升到该结构的每个连接位置。因此，按照本发明方法，施工人员在地面上方的高空作业时间花费少得多。由于球顶中的制好的部分以及待添加于它们之上的分装配件的抗弯刚度较高，这样该施工方法还使支撑的用量达到最小。
上述铝制双层网架结构为刚性的，于是通过用于定位和固定的起重机悬吊的较大的分装配件不象较小刚度的单层网架结构那样会发生变形。比如，不带有承受弯矩的接合部结构或单层网架结构的刚度对于通过上述方法进行成功的施工来说，是不够的。另外双层网架结构的刚度会大大减小在施工时支撑该结构的需要。因此，由于采用下述施工方法，对该球顶结构所要求的时间、所要求的脚手架和支撑材料、高于地面进行施工的时间均减小，该施工方法因上述的双层网架的网格划分的结构***具有较高的抗弯刚度而成为可能。
因此，本发明描述了下述的球顶结构，其采用两个最好是同心的，并且类似的结构网架，从而使下述跨度大大增加，该跨度对于要跨越的网格状结构来说，从实际上和经济上是可行的。本发明描述了下述的施工方法，该方法采用对上述结构的一部分进行地面制作的方式，从而更加有效地并且安全地制作大跨径的，网格状的结构和具有各种形状的网格状的结构。此外，本发明描述了椭球状和其它不同形状的球顶结构，其采用多个柱状或其它的按照一定规律弯曲的部分，从而更加有效地制作具有椭圆或其它所需轨迹(footprint)的网格状结构。还有，本发明描述一种设计球顶结构的方法，其采用通过平面分割的旋转表面，从而形成该结构的整体形状。虽然本发明的优选实施例和特殊应用以图示的方式给出，并且进行了描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，很容易在后面所附的权利要求的请求保护范围内，按照非上述进行的特定描述的方式实施本发明。

Claims (26)

1．一种网格状球顶结构，其可支承于基础上，该结构包括：
位于所需形状的外表面中的外部结构网架，该网架包括多个在抗弯外部接合部连接的外部撑杆，上述外部网架将上述外表面细分为基本上相同的多边形的外部网架孔；
位于具有与外表面形状类似的形状的内表面中的内部结构网架，其向内与外部网架间隔开，该内部结构网架包括多个在抗弯内部接合部连接的内部撑杆，该内部网架将表面细分为内部网架孔；
相对下述撑杆具有较小横截面积的多个直线间隔斜撑，该斜撑连接于选定的内部网架接合部和选定的外部网架接合部之间，并且将荷载基本上仅仅局部地，并且基本上仅仅沿轴向在网架之间进行传递；
每个网架可以与另一网架分开的方式支承于基础上。
2．根据权利要求1所述的结构，其特征在于上述外部和内部网架基本上相互保持平行。
3．根据权利要求1所述的结构，其特征在于上述外部撑杆和内部撑杆由铝制宽翼缘梁形成。
4．根据权利要求1所述的结构，其特征在于上述外部和内部撑杆的横截面积和尺寸相同。
5．根据前述任何一项权利要求所述的结构，其特征在于上述斜撑由铝制管状部件形成。
6．根据权利要求1所述的结构，其特征在于其还包括覆盖分***，该覆盖分***包括多块盖板，这些盖板与外部撑杆连接，并且将多个外部网架孔覆盖住。
7．根据权利要求1所述的结构，其特征在于外部和内部网架延伸至共同的基础处。
8．根据权利要求1所述的结构，其特征在于位于外部和内部接合部处的撑杆之间的连接结构，以及斜撑与外部和内部接合部之间的连接结构为螺栓式连接结构。
9．根据权利要求1所述的结构，其特征在于外部和内部网架中的孔呈矩形状，每个内部接合部位于与外表面相垂直，并且处在外部网架孔的面积中心的线上。
10．根据权利要求9所述的结构，其特征在于4个斜撑与每个外部接合部和每个内部接合部连接。
11．根据权利要求1所述的结构，其特征在于内部和外部网架中的孔呈矩形状，在与外表面相垂直，处在外部网架接合部的中心的线上，每个内部接合部与外部网架接合部对齐。
12．根据权利要求11所述的结构，其特征在于在每对对齐的外部和内部接合部中，仅仅一个接合部包括与其连接的斜撑。
13．根据权利要求12所述的结构，其特征在于矩形外部孔包括侧边和端部，该孔与相应的内部网架孔保持平行，斜撑位于由相应的外部和内部撑杆确定的平面内。
14．根据权利要求13所述的结构，其特征在于每个支承的接合部包括4个与其连接的斜撑。
15．根据权利要求1所述的结构，其特征在于外部网架孔呈三角形。
16．根据权利要求15所述的结构，其特征在于外部和内部网架以相同的频率，按照三角形对它们的相应表面进行划分。
17．根据权利要求16所述的结构，其特征在于在与外表面相垂直，并处在外部接合部的中心的线上，每个内部接合部与外部接合部对齐。
18．根据权利要求17所述的结构，其特征在于在每对对齐的外部和内部接合部中，仅仅一个接合部包括与其连接的斜撑。
19．根据权利要求18所述的结构，其特征在于每个外部支承的接合部包括6个与其连接的斜撑。
20．根据权利要求15所述的结构，其特征在于每个内部接合部位于与下述外表面相垂直的线上，该外表面穿过三角形外部网架孔的面积的中心。
21．根据权利要求17或20所述的结构，其特征在于内部接合部的数量少于外部接合部。
22．根据权利要求21所述的结构，其特征在于内部网架孔包括六边形孔。
23．根据权利要求15所述的结构，其特征在于内部网架以三角形划分频率，按照三角形对内表面进行划分，该三角形划分频率小于外部网架按照三角形对外表面进行划分的频率。
24．根据权利要求1所述的结构，其特征在于每个斜撑与外部和内部网架之间的连接结构为销式连接结构。
25．一种网格状球顶结构的施工方法，在该结构中，基本上保持平行的外部和内部结构网架分别形成外表面和内表面，它们由在相应的网架节点连接的直线的结构撑杆构成，另外上述网架通过斜撑在至少选定的节点之间相互连接，上述方法包括下述步骤：
制作稳定的第1分装配件，其包括每个网架中的至少3个节点和相应的斜撑；
将该第1分装配件相对下述支承件定位，在形成好的球顶结构中，该第1分装配件支承于该支承件上；
制作稳定的第2分装配件，其包括每个网架中的至少3个节点和相应的斜撑；
将该第2分装配件靠近第1分装配件设置在下述位置，该位置在形成好的球顶结构中由前者占据；
将第2分装配件与第1分装配件连接；
对其它的稳定的分装配件进行制作、定位和连接的步骤，该其它的稳定的分装配件中的每个包括通过相应的斜撑相互连接的，每个网架中的至少3个节点；
在适合的时间，将分装配件与支承件连接。
26．根据权利要求25所述的方法，其特征在于制作初始的一组分装配件，按照环状的方式，将它们相互连接，将它们与支承基础连接，从而在其外缘周围形成球顶的完整的外层部分，在该部分中，制作第2组分装配件，按照环状的方式，将它们定位，将它们与第1组中的相连接的分装配件连接，从而形成球顶的另一环形部分，反复对其它的分装配件组依次进行上述的制作、定位、连接的步骤，以便形成球顶的进一步逐渐减小的环形部分。
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