一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构

本发明应用于温室骨架结构设计领域，具体的说是一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构。

背景技术：

钢筋结构无柱拱圆形温室，采光性能好，便于机械化操作，可以达到空间利用最大化与表面积最小化的构架效果，是生态农业立体耕作的最佳模式，由于立柱的减少，温室的承载力则是设计圆形温室的首要考虑因素。

目前，现有的穹顶温室主要结构类似鸟巢结构，其主梁由正三角形、正六边形或四边形桁架单元构成。主梁为正三角形、正六边形桁架单元的鸟巢结构温室具有较大的强度，但是横梁数量多，影响光照，经济性差，而主梁为四边形桁架单元结构的温室多在内部垂直主梁下面设有桁架支撑结构，以保证足够的强度，增大了人力材料的消耗。在保证温室足够强度、光照的前提下，也应省时、省力和经济性也是重要考虑因素，因此，对于穹顶温室主梁结构的优化设计具有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服了现有穹顶温室光照、经济性差等问题，提供了一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构，包括圈梁、中间立柱、主梁、温室门和天窗，所述圈梁是将一个半径为6000mm的圆均分20等份，在每个等份及圆的四个象限点均匀设置立柱，圈梁上方设置主梁，所述主梁共四层，由竖直方向1/4圆弧四等分获得，整体结构为三角形和四边形桁架单元，主梁第一层是将辅助圆均分成8等份，将交点与中间立柱顶部相连，形成三角形单元，主梁第二层是将第一层主梁呈45°辐射状延伸到第二层辅助圆，获得交点绕圆周依次相连，形成三角形单元和四边形单元相间形式，主梁第三层在西南、西北、东北、东南四个方向将第二层主梁呈45°辐射状延伸到第三层辅助圆，获得交点相连，主梁第四层与圈梁通过立柱相连，圈梁上部第四层正视方向在两根竖直主梁之间设有温室门，第一层主梁设有四个可开合的天窗。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构跨度为12m，在同样跨度下，提高了机械化操作能力，为立体耕作农业提供了可靠的设施环境；

（2）本发明所述主梁第一层设有四个天窗，配合下侧方通风口即可任由自然通风，达到节能之效果，能使热空气的上下对流通风发挥出最佳的效能；

（3）本发明通过借鉴芡实叶脉脉络结构，提供一种高强度、强光照、省材料、便于机械化操作的穹顶温室骨架结构，分析证明，芡实叶脉的分叉结构及分叉角度不仅可以转移集中应力的作用，提高整体结构强度，而且在保证温室足够强度的前提下，可节省材料。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1仿芡实叶脉穹顶温室架构正视图；

图2仿芡实叶脉穹顶温室架构俯视图；

图3仿芡实叶脉穹顶温室架构参数图；

图4仿芡实叶脉穹顶温室主梁参数图；

附图标记：1、圈梁，2、中间立柱，3、主梁，4、温室门，5、天窗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

如图所示，一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构，包括圈梁1、中间立柱2、主梁3、温室门4和天窗5，所述圈梁1是将一个半径为6000mm的圆均分20等份，在每个等份及圆的四个象限点均匀设置立柱，圈梁1上方设置主梁3，所述主梁3共四层，由竖直方向1/4圆弧四等分获得，整体结构为三角形和四边形桁架单元，主梁3第一层是将辅助圆均分成8等份，将交点与中间立柱2顶部相连，形成三角形单元，主梁3第二层是将第一层主梁3呈45°辐射状延伸到第二层辅助圆，获得交点绕圆周依次相连，形成三角形单元和四边形单元相间形式，主梁3第三层在西南、西北、东北、东南四个方向将第二层主梁3呈45°辐射状延伸到第三层辅助圆，获得交点相连，主梁3第三层南向横梁是由主梁3第二层竖直向下获得，以连接主梁3第四层的温室门4，主梁3第三层东、西、北三个方向横梁一端与西南、西北、东北、东南四个方向横梁相连，另一端以主梁3第二层横梁竖直向下方向呈与之对称结构，主梁3第四层与圈梁1通过立柱相连，圈梁1上部第四层正视方向在两根竖直主梁之间设有温室门4，主梁3第一层设有四个可开合的天窗5。

由于地区差异及实际客观需要，各地区不同的温室用途对温室骨架大小有不同的要求，另外，不同的覆盖材料选择也因不同地区不同温室用途而有所区别，本发明只提供一种便于机械化操作的温室结构。可以确定的是用本发明的架构方法，在同样大小具有同等承载能力的温室骨架，本发明设计的用材更省，光照更强。

技术特征：

1.一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构，其特征在于：具体包括以下步骤：

s1、仿叶脉脉络分布穹顶温室骨架结构的建模：采用逆向工程技术提取叶脉典型支撑结构，基于结构仿生方法，利用autocad软件建立穹顶温室骨架结构的三维模型，包括圈梁、中间立柱、主梁、温室门和天窗，穹顶温室骨架结构为半球形，由三角形和四边形单元组合而成，网壳单元由上至下采用逐层分级形式，第一层主梁由辅助圆均分8等份所得；

s2、荷载组合分析：查找相应的规范和标准，综合考虑企业、地理环境等对穹顶温室骨架结构的设计要求，荷载组合采用恒载+风载，恒载+雪载的组合形式，各荷载的取值方法为：恒载按第1-4层最大多边形单元自重与其覆盖材料的重量之和，作用方向为水平投影方向，风载的计算公式为wk＝w0(μzμs-k0)，雪载的计算公式为sk＝s0μrceiectg；

s3、穹顶温室骨架结构力学分析：对三角形单元的穹顶温室骨架结构进行强度、刚度和稳定性校验，强度考虑内轴力和弯矩作用，校验公式为刚度用最大挠度来衡量，即受弯主梁的最大挠度，稳定性采用平面外稳定校验方法，校验公式为

2.根据权力要求1所述的一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构，其特征在于：所述步骤s1采用逆向工程软件geomagicstudio对提取的脉络三维模型进行修复还原，且步骤s1中穹顶温室骨架结构底层半径和高度为6米，由上层至下层采用2^x指数形式逐层分级，共4级，每级分支角度为45°。

3.根据权力要求1所述的一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构，其特征在于：所述步骤s3恒载按穹顶温室骨架结构第1-4层最长梁水平投影重量之和取值。

技术总结
本发明应用于温室骨架结构设计领域，具体的说是一种仿芡实叶脉穹顶温室骨架结构。包括圈梁、中间立柱、主梁、温室门、天窗，所述圈梁是将圆均分20等份，在每个等份及圆的四个象限点均匀设置立柱，圈梁上方设置主梁，所述主梁共四层，由竖直方向1/4圆弧四等分获得，整体结构为三角形和四边形桁架单元，圈梁上部第四层正视方向在两根竖直主梁之间设有温室门，第一层主梁设有四个可开合的天窗，本发明通过借鉴芡实叶脉脉络结构，提供一种高强度、强光照、省材料、便于机械化操作的穹顶温室骨架结构，分析证明，芡实叶脉的分叉结构及分叉角度不仅可以转移集中应力的作用，提高整体结构强度，而且在保证温室足够强度的前提下，可节省材料。

技术研发人员：关姝杰
受保护的技术使用者：沈阳大学
技术研发日：2021.05.24
技术公布日：2021.08.03