一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系
技术领域
本实用新型属于结构工程技术领域，尤其涉及一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系。大跨度指跨度不小于60米。
背景技术
空间管桁架体系是由较大截面贯通主管和多根与其相贯焊接并规则性布置的较小截面支管所构成的新型空间大跨度桁架结构，由于其体系轻盈、受力合理、刚度较大、外观优美，主要应用于体育场馆、机场候机楼、展览馆等大跨度空间建筑的屋盖结构体系中。
落地弧形空间管桁架体系是其中一类重要的空间大跨度结构形式。由于建筑外观造型的需要，建筑屋盖和侧墙往往会涉及较多的曲线边界。该类体系通过将屋盖管桁架进行曲线延伸至地面并进行支座固定，构成屋盖和侧墙的统一管桁架结构形式，基于整体体系受力性能模式，使其能在较小自重的前提下跨越极大的空间跨度，同时给建筑内部空间的设置带来更好的发挥余地。
当空间跨度较大时，由管桁架组成的单层网壳体系将会出现很大的层高和很大尺寸的构件，不仅结构体系刚度、变形挠度难以满足规范要求，同时也为施工吊装和焊接操作带来巨大的困难。而多层网壳体系由于构件密集、重量大，导致网壳结构占用空间大、节点复杂、建筑透光性差等问题，因而其应用也受到很大的限制。因而合理有效的网壳体系设计方案是保证其承载性能和实施可行性的一个重要因素。
在落地弧形管桁架体系中，双层叠合网壳体系设计方案可较好解决上述管桁架单层网壳体系、多层网壳体系所存在的诸多缺陷。该体系通过两个单层网壳体系的重合区域的局部腹杆连接而形成整体受力体系，非重合区域仍各自为单层网壳体系，具有重量轻、跨度大、刚度大的优点。
此外，当双层叠合网壳体系同时涉及大跨度、大悬挑、大开洞等复杂建筑功能时，结构体系将存在汇交构件较多、部件拼装复杂、体系受力性能复杂以及节点强化处理等问题，合理有效的叠合网壳体系的形式设计及拼装方案也是保证其承载性能的一个重要因素。
综上所述，研究一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系的形式及设计方法，以适用于内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系及承载是十分必要的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系，可以实现内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系设计及承载。
该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合整体受力及承载模式的设计原则，在充分发挥整体结构体系较大刚度和较轻自重的同时，基于由落地弧形管桁架旋转生成并进行外切边、内圆开口处理的高低屋面双层网壳叠合构成方案实现大跨度(跨度不小于60米)、大悬挑(悬挑不小于20米)、大开洞(开洞不小于20米)的大跨空间建筑造型及功能。
本实用新型的设计思路基于内圆开口、外三切边的高低屋面双层叠合网壳的有效结合和整体受力模式：
首先，以径向布置的落地弧形空间管桁架为基本单元，通过中心旋转复制并相互连接组成多榀管桁架，构成满足建筑外观造型需要的高、低屋面单层网壳体系；其次，通过内圆开口、外三切边方式对高、低屋面单层网壳体系进行边界处理，并按一定规则进行叠合拼装，有效结合为整体受力模式的双层叠合网壳体系；最后，通过非线性稳定极限性能分析，并控制体系变形、构件应力等，保障结构体系的整体受力承载性能，避免出现失稳破坏。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系，包括由高屋面网壳和低屋面网壳相对叠合组成的中心支撑构架、高低屋面网壳连接腹杆、缺口封闭桁架；
所述高屋面网壳、低屋面网壳均为三角网壳，三角网壳由径向落地弧形管桁架经旋转复制排布、环向管桁架连接后的网壳经外三切边制得，中心设有圆形开口；所述高低屋面网壳连接腹杆位于高、低屋面网壳的平面重合区域，用于连接高屋面网壳和低屋面网壳；所述缺口封闭桁架用于封闭连接中心支撑构架中高屋面网壳和低屋面网壳外三切边交汇的缺口。
进一步地，所述径向落地弧形管桁架基于中心定位点，间隔3°～8°旋转复制生成径向落地弧形管桁架组合体，每个高网壳、低网壳的径向落地弧形管桁架对应处于同一径向位置；各榀径向落地弧形管桁架之间分别通过环向管桁架相贯连接，环向管桁架之间构成网格，网格的距离为3m～6m。
进一步地，所述三角网壳分别采用正三角形和倒三角形边线进行外三切边，中心支撑构架的平面重合区域仅在三角网壳的外三切边、内圆之间，最短距离不小于4个网格。三角网壳的3个外切边均设置有外切边弧形管桁架，为两端落地支撑形式。
进一步地，所述三角网壳还设置有6道径向水平支撑和2道环向水平支撑；所述径向水平支撑由连接两榀径向管桁架同一弦杆层的弦层内斜撑杆组成，由内圆边界延伸至落地处构成一道，6道径向水平支撑分别设置于三角网壳落地端的两侧；环向水平支撑由连接两榀环向管桁架的同一弦杆层的弦层内斜撑杆组成，2道环向水平支撑分别设置于内圈边界、外圈弧形管桁架拐角处。
进一步地，双层叠合网壳体系的重合区域、非重合区域分别表现为三层网壳、单层网壳形式；三层网壳厚度为跨度的1/12-1/20，对应单层网壳厚度为跨度的1/36～1/60。
进一步地，所述三角网壳构件截面为圆管，节点形式为相贯连接；落地弧形管桁架的主管、支管尺寸分别为400mm～700mm、100mm～400mm；相贯节点连接强度不足时，增设隔板进行节点加强。
进一步地，所述缺口封闭桁架位于高、低网壳外三切边交汇的六处缺口处，由径向平面桁架、环向平面桁架正交布置构成双向桁架体系；其中，在靠近高网壳一端，缺口封闭桁架伸入外切边以内3m-10m，端部设置有弧边界平面桁架，弧边界平面桁架的平面位置与外切边弧形管桁架的平面位置平行，弧边界平面桁架与高屋面网壳的下弦杆直接连接或通过连接腹杆悬挂连接；在靠近低网壳一端，环向平面桁架位于低屋面网壳径向管桁架的上弦杆、下弦杆之间，并与外切边弧形管桁架相贯连接。
进一步地，径向平面桁架的间距为10m～15m，环向平面桁架间距与三角网壳的环向管桁架间距一致。以满足底部大空间的建筑入口功能需要；环向平面桁架间距为3m-6m，相对布置较密一些，以增大双向桁架体系的整体刚度。
进一步地，还包括位于高、低网壳外三切边桁架交汇处的平面重合区域的钢支撑筒。所述钢支撑筒位于高、低网壳外三切边交汇的南、北四个方位，钢支撑筒由钢支撑筒竖框柱、钢支撑筒水平梁、钢支撑筒斜腹杆支撑所组成，结构形式为中心支撑钢框架结构；钢支撑筒的上端作为低屋面网壳下弦层对应位置节点的球铰支座进行竖向支撑；为满足抗震要求，支座形式为抗震球支座，将上部钢屋盖结构与下部钢支撑筒脱开。进一步地，钢支撑筒的设置是可选方案；当建筑跨度不大且双层叠合网壳体系的整体刚度足够时，可不设置钢支撑筒，即不考虑竖向内部支撑。当建筑跨度较大且整体刚度较弱时，钢支撑筒在作为双层叠合网壳体系的竖向支撑结构的同时，也可作为建筑电梯、楼梯井道并通向观光走廊功能而使用。
进一步地，双层叠合网壳体系的内圆开口尺寸、外三切边位置均可根据建筑造型要求进行适当调整，其中高屋面网壳、低屋面网壳的外三切边也可分别为正等腰三角形、倒等腰三角形形式，并不会影响本实用新型双层叠合网壳体系的各部件组成和拼装方式。
上述圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系在内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系设计及承载中的应用，所述大跨度复杂空间建筑为跨度不小于60米且满足特殊建筑功能、特殊曲面幕墙造型的大空间公共民用建筑。
通过以上技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系，其结构体系构造合理，可以实现内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系设计及承载，充分发挥双层叠合网壳体系的高整体刚度、高承载性能优点。该结构体系以径向布置的落地弧形空间管桁架为基本单元，通过中心旋转复制并相互连接，构成满足建筑外观造型需要的高、低屋面网壳；基于经过不同外切边、内圆开口边界处理的高、低屋面网壳的叠合整体受力模式，可达到在尽量减轻自重的前提下，跨越极大的空间跨度。基于非线性稳定极限承载力性能分析，本实用新型的结构便于通过整体刚度(变形值控制)、承载力(应力比控制)等指标控制，来进一步保证整体结构体系的合理有效。该结构体系的构件组成模块明确，传力清晰，整体体系刚度大、承载力高，在大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系中具有广阔的应用前景。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：
图1a-1d分别是本实用新型圆形内开口的外三切边双屋面叠合网壳体系实施例的结构示意图、高屋面网壳示意图、低屋面网壳示意图、高低屋面网壳连接腹杆示意图。
图1e、1f分别是缺口封闭桁架示意图、钢支撑筒示意图。
图2是本实用新型双屋面叠合网壳体系实施例的俯视平面图，即图1中A-A剖切的示意图；
图3是本实用新型双屋面叠合网壳体系实施例的剖切侧视图，即图1中B-B剖切的示意图；
图4a-4d分别是图2的高屋面网壳上弦层、高屋面网壳下弦层、低屋面网壳上弦层、低屋面网壳下弦层的俯视平面展开图；
图5是图2的单榀径向落地弧形管桁架C-C剖面图；
图6是图2的单榀径向落地弧形管桁架D-D剖面图；
图7是图2的高屋面网壳的外切边弧形管桁架E-E剖面图；
图8是图2的低屋面网壳的外切边弧形管桁架F-F剖面图；
图9a-9c分别是图2西南角处的缺口封闭桁架的结构示意图、径向平面桁架G-G剖面图、环向平面桁架H-H剖面图；
图10a-10c分别是图2东南角处的钢支撑筒的结构示意图、J-J剖面图、K-K剖面图；
图11是双屋面叠合网壳体系实施例的部件拼装流程图，图中数字为部件标号。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.高网壳径向管桁架上弦杆；2.高网壳径向管桁架腹杆；3.高网壳径向管桁架下弦杆；4.高网壳环向桁架上弦杆；5.高网壳环向桁架腹杆；6.高网壳环向桁架下弦杆；7.高网壳上弦层径向水平支撑；8.高网壳下弦层径向水平支撑；9.高网壳外圈上弦层环向水平支撑；10.高网壳外圈下弦层环向水平支撑；11.高网壳内圈上弦层环向水平支撑；12.高网壳内圈下弦层环向水平支撑；13.低网壳径向管桁架上弦杆；14.低网壳径向管桁架腹杆；15.低网壳径向管桁架下弦杆；16.低网壳环向桁架上弦杆；17.低网壳环向桁架腹杆；18.低网壳环向桁架下弦杆；19.低网壳上弦层径向水平支撑；20.低网壳下弦层径向水平支撑；21.低网壳外圈上弦层环向水平支撑；22.低网壳外圈下弦层环向水平支撑；23.低网壳内圈上弦层环向水平支撑；24.低网壳内圈下弦层环向水平支撑；25.高低网壳径向连接腹杆；26.高低网壳环向连接腹杆；27.缺口封闭桁架的径向桁架上弦杆；28.缺口封闭桁架的径向桁架腹杆；29.缺口封闭桁架的径向桁架下弦杆；30.缺口封闭桁架的环向桁架上弦杆；31.缺口封闭桁架的环向桁架腹杆；32.缺口封闭桁架的环向桁架下弦杆；33.缺口封闭桁架的弧边界桁架上弦杆；34.缺口封闭桁架的弧边界桁架腹杆；35.缺口封闭桁架的弧边界桁架下弦杆；36.缺口封闭桁架与高网壳边界连接腹杆；37.高网壳外切边桁架上弦杆；38.高网壳外切边桁架腹杆；39.高网壳外切边桁架下弦杆；40.低网壳外切边桁架上弦杆；41.低网壳外切边桁架腹杆；42.低网壳外切边桁架下弦杆；43.钢支撑筒竖框柱；44.钢支撑筒水平梁；45.钢支撑筒斜腹杆支撑；46.钢支撑筒顶部转换支座节点；47.中心定位点。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本实用新型所述一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系的技术方案进行详细说明。
在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的。
如图1a-1f以及图2、3所示，本实用新型的一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系包括高屋面网壳、低屋面网壳、高低屋面网壳连接腹杆和缺口封闭桁架。所述高屋面网壳(图1b)位于双层叠合网壳体系的上层或外层，是以间隔一定角度中心旋转复制生成的若干榀径向落地弧形管桁架组合体为基础，经过环向管桁架连接、外三切边处理而构成的三角网壳，三角网壳中心设有圆形开口；所述低屋面网壳(图1c)位于双层叠合网壳体系的下层或内层，构件组成方式同高屋面网壳，并与其一起相对叠合组成中心支撑构架；所述高低屋面网壳连接腹杆(图1d)位于高、低屋面网壳之间的平面重合区域，用于连接高屋面网壳和低屋面网壳。所述缺口封闭桁架(图1e)位于高、低屋面网壳外三切边交汇的六处缺口位置，用于封闭连接中心支撑构架中高屋面网壳和低屋面网壳外三切边交汇的缺口。
上述的相对叠合是指高屋面网壳位于中心支撑构架的上层或外层，低屋面网壳位于中心支撑构架的下层或内层，构成低屋面网壳的三角网壳与构成高屋面网壳的三角网壳形状呈中心对称。
具体地，如图1b、图4a-4b所示，所述高屋面网壳以由高网壳径向管桁架上弦杆1、高网壳径向管桁架腹杆2、高网壳径向管桁架下弦杆3组成的单榀径向落地弧形管桁架为高网壳基本单元；对于圆形内开口的双层叠合网壳体系，高网壳基本单元以中心定位点47为旋转中心，间隔一定角度进行旋转复制生成高网壳径向落地弧形管桁架组合体，间隔角度优选为3°～8°。
如图1c、图4c-4d所示，所述低屋面网壳以由低网壳径向管桁架上弦杆13、低网壳径向管桁架腹杆14、低网壳径向管桁架下弦杆15组成的单榀径向落地弧形管桁架为低网壳基本单元；类似地，对于圆形内开口的双层叠合网壳体系，低网壳基本单元也以中心定位点47为旋转中心，间隔角度与高屋面网壳相同，进行旋转复制生成低网壳径向落地弧形管桁架组合体。每个高网壳基本单元、低网壳基本单元均处于同一径向位置。
本实施例中间隔角度为4.5°，共计80榀径向落地弧形管桁架。
如图1b-1c所示，以所述高屋面网壳的高网壳径向落地弧形管桁架组合体为基础，在其各榀高网壳基本单元之间通过高网壳环向桁架上弦杆4、高网壳环向桁架腹杆5、高网壳环向桁架下弦杆6进行相贯连接以提供侧向支撑，并构成高网壳整体受力结构，即三角网壳，三角网壳中心设有圆形开口。类似地，以所述低屋面网壳的低网壳径向落地弧形管桁架组合体为基础，在其各榀低网壳基本单元之间通过低网壳环向桁架上弦杆16、低网壳环向桁架腹杆17、低网壳环向桁架下弦杆18进行相贯连接以提供侧向支撑，并构成低网壳整体受力结构，即三角网壳，同样地，三角网壳中心设有圆形开口。环向管桁架之间构成网格，网格的距离为3m～6m。
高屋面网壳、低屋面网壳相对叠合组成的中心支撑构架，每个高网壳、低网壳的径向落地弧形管桁架对应处于同一径向位置。如图1b-1c、图2所示，高屋面网壳、低屋面网壳分别采用正三角形、倒三角形的边线进行外三切边处理，使得高屋面网壳、低屋面网壳的重合区域仅局限在内环附近。作为优选方案，为提高整体结构体系的刚度，各外切边中心距离内圆开口边界的最短重合区域距离不小于4个网格尺寸。
如图1b、图7，高屋面网壳的3个外切边均设置为外切边弧形管桁架形式进行结构边界支撑，以增大整体结构的边界刚度；高网壳外切边弧形管桁架为两端落地弧形支撑形式，由高网壳外切边桁架上弦杆37、高网壳外切边桁架腹杆38、高网壳外切边桁架下弦杆39所组成。
如图1c、图8，低面网壳的3个外切边均设置为外切边弧形管桁架形式进行结构边界支撑；类似地，低网壳外切边弧形管桁架为两端落地弧形支撑形式，由低网壳外切边桁架上弦杆40、低网壳外切边桁架腹杆41、低网壳外切边桁架下弦杆42所组成。
作为优选方案，高网壳外切边弧形管桁架、低网壳外切边弧形管桁架的上下弦杆主管(37、39、40、42)、腹杆支管(38、41)的尺寸分别参照高网壳、低网壳径向落地弧形管桁架的上下弦杆主管(1、3、13、15)、腹杆支管(2、14)的尺寸进行初步选取，并通过后续受力性能分析进行最终确定。
如图2、图4所示，高屋面网壳、低屋面网壳还分别设置有6道径向水平支撑、2道环向水平支撑，以分别提高高屋面网壳、低屋面网壳的各自整体结构体系扭转刚度。所述径向水平支撑由连接两榀径向管桁架同一弦杆层的弦层内斜撑杆组成，由内圆边界延伸至落地处构成一道，6道径向水平支撑分别设置于高屋面网壳、低屋面网壳的三个落地端两侧；高网壳的每道水平支撑由高网壳上弦层径向水平支撑7、高网壳下弦层径向水平支撑8所组成，低网壳的每道水平支撑由低网壳上弦层径向水平支撑19、低网壳下弦层径向水平支撑20所组成。
环向水平支撑由连接两榀环向管桁架的同一弦杆层的弦层内斜撑杆组成，2道环向水平支撑分别设置于内圈边界、外圈弧形管桁架拐角处。如图2、图4所示，内圆环向水平支撑位于内圈同一平面位置，包括高屋面网壳的高网壳内圈上弦层环向水平支撑11、高网壳内圈下弦层环向水平支撑12和低屋面网壳的低网壳内圈上弦层环向水平支撑23、低网壳内圈下弦层环向水平支撑24。外圆环向水平支撑各自设置在高屋面网壳、低屋面网壳的3个落地端弧形拐角处，包括高屋面网壳的高网壳外圈上弦层环向水平支撑9、高网壳外圈下弦层环向水平支撑10和低屋面网壳的低网壳外圈上弦层环向水平支撑21、低网壳外圈下弦层环向水平支撑22。
如图1a、1d所示，高低屋面网壳连接腹杆位于高屋面网壳、低屋面网壳之间，平面位置为外三切边、内圆开口之间的重合区域(图2)，如图1e所示，高低屋面网壳连接腹杆包括连接高屋面网壳下弦杆和低屋面网壳上弦杆的竖腹杆，以及固定竖腹杆的高低网壳径向连接腹杆25、高低网壳环向连接腹杆26。高、低屋面网壳叠合连接成整体体系后，重合区域表现为三层网壳结构、非重合区域表现为单层网壳结构。
高屋面网壳、低屋面网壳、高低屋面网壳连接腹杆组装完成后，最终形成的单榀径向落地弧形管桁架基本单元由高网壳径向管桁架上弦杆1、高网壳径向管桁架腹杆2、高网壳径向管桁架下弦杆3、高低网壳的径向连接腹杆25、低网壳径向管桁架上弦杆13、低网壳径向管桁架腹杆14、低网壳径向管桁架下弦杆15七构件组成；分为高网壳局部切割型(图5)、低网壳局部切割型(图6)、高低网壳同时局部切割型三种结构组成形式。
作为优选方案，由于双层叠合网壳体系的总厚度实际对应为三层网壳层高，包括高屋面网壳层高、高低屋面网壳连接层高、低屋面网壳层高；双层叠合网壳体系的总厚度优选为总跨度的1/12-1/20，对应每个单层网壳的厚度优选为1/36～1/60。双层叠合网壳体系的构件截面一般为圆管形式，连接节点对应为相贯连接节点；落地弧形管桁架基本单元的主管尺寸一般为400mm～700mm，支管尺寸一般为100mm～400mm；相贯连接节点处支管尺寸一般不大于主管尺寸；相贯节点连接强度不足时，还需要增设隔板等方式进行节点加强。
如图5、图6所示，作为可选方案，对于高低屋面网壳连接腹杆，内圆开口边界第一个网格内的高低网壳的径向连接腹杆25可不设置，以作为建筑内环形观光走廊功能使用。
如图1e、图9所示，所述缺口封闭桁架位于高、低网壳外三切边交汇的六处缺口位置，由径向平面桁架、环向平面桁架、弧边界平面桁架所组成，其中径向平面桁架、环向平面桁架正交设置，构成双向桁架整体受力体系。径向平面桁架由径向桁架上弦杆27、径向桁架腹杆28、径向桁架下弦杆29构成，环向平面桁架由环向桁架上弦杆30、环向桁架腹杆31、环向桁架下弦杆32构成，弧边界平面桁架由弧边界桁架上弦杆33、弧边界桁架腹杆34、弧边界桁架下弦杆35构成。
如图1a、1e、图9所示，在每个缺口处，径向平面桁架以中心定位点47为旋转中心，间隔一定角度进行旋转复制生成径向平面管桁架组合体，结构形式为落地弧形管桁架，间隔角度一般为3°～8°；本实施例中间隔角度为6.0°，每个缺口共计4榀径向平面桁架。环向平面桁架对应高、低屋面网壳的径向落地弧形管桁架网格间距设置。
如图1a、图2、图9所示，所述缺口封闭桁架的靠近高屋面网壳外切边桁架一端位于高屋面网壳的径向管桁架下弦杆3内侧，采用伸入高屋面网壳的外切边桁架以内一定距离进行连接，伸入范围为3m-10m；缺口封闭桁架的靠近高屋面网壳外切边桁架一端的边界设置弧边界平面桁架，弧边界平面桁架的下端部分与高屋面网壳的径向管桁架下弦杆3位于同平面圆弧上，可直接与其相贯连接；弧边界平面桁架的上端部分其平面位置与外切边弧形管桁架的平面位置平行，并与高屋面网壳的径向管桁架下弦杆3、环向桁架下弦杆6、外切边桁架下弦杆36为脱开状态，增设缺口封闭桁架与高网壳边界连接腹杆36进行悬挂相贯焊接连接。
如图1a、图2、图9所示，所述缺口封闭桁架的靠近低屋面网壳外切边桁架一端位于低屋面网壳的径向管桁架上弦杆13、径向管桁架下弦杆15之间的内部范围，径向平面桁架、环向平面桁架的端部均直接与低屋面网壳的外切边弧形管桁架的外切边桁架上弦杆40、外切边桁架腹杆41、外切边桁架下弦杆42相贯焊接连接即可。
作为优选方案，径向平面桁架和环向平面桁架正交布置构成双向桁架体系，同时承载侧向和竖向的荷载作用。与双层叠合网壳体系的主体构件截面形式对应，缺口封闭桁架的构件截面一般也为圆管截面，由于布置相对较密，构件尺寸相对较小，主管一般为200mm～400mm，支管一般为100mm～200mm；落地径向平面桁架的间距为10m～15m，以满足底部大空间的建筑入口功能需要；环向平面桁架间距为3m-6m，相对布置较密一些，以增大双向桁架体系的整体刚度。
如图1a、图1f、图10所示，所述钢支撑筒位于高、低网壳外三切边桁架交汇处附近的平面重合区域，如图所示，可分为东南、西南、东北、西北四个平面方位；钢支撑筒由钢支撑筒竖框柱43、水平环向连接钢支撑筒竖框柱43的钢支撑筒水平梁44以及斜向支撑钢支撑筒水平梁44与钢支撑筒竖框柱43交点的钢支撑筒斜腹杆支撑45所组成，结构形式为中心支撑钢框架结构。钢支撑筒的上端通过在钢支撑筒顶部转换支座节点46设置球铰支座，对低屋面网壳下弦层也即低网壳径向管桁架下弦杆15的对应位置节点进行竖向支撑；为满足抗震要求，支座形式为抗震球支座，将上部双层叠合网壳屋盖结构与下部钢支撑筒脱开。
作为优选方案，当建筑跨度较大且整体刚度较弱时，钢支撑筒在作为双层叠合网壳体系的竖向支撑结构的同时，也可作为建筑电梯、楼梯井道并通向观光走廊功能而使用；但当建筑跨度不大且双层叠合网壳体系的整体刚度足够时，也可不设置钢支撑筒，即不考虑竖向内部支撑。
作为优选方案，双层叠合网壳体系的内圆开口尺寸、外三切边位置均可根据建筑造型要求进行适当调整，其中高屋面网壳、低屋面网壳的外三切边也可分别为正等腰三角形、倒等腰三角形形式，并不会影响本实用新型双层叠合网壳体系的各部件组成和拼装方式。
如图11所示，本实用新型所述双层叠合网壳体系的具体部件拼装焊接流程如下：
(1)径向管桁架上弦杆1、径向管桁架腹杆2、径向管桁架下弦杆3组成高网壳落地弧形管桁架基本单元；径向管桁架上弦杆13、径向管桁架腹杆14、径向管桁架下弦杆15组成低网壳落地弧形管桁架基本单元；
(2)外切边桁架上弦杆37、外切边桁架腹杆38、外切边桁架下弦杆39组成高网壳外切边弧形管桁架；外切边桁架上弦杆40、外切边桁架腹杆41、外切边桁架下弦杆42组成低网壳外切边弧形管桁架；
(3)步骤(1)组成的高网壳基本单元、低网壳基本单元均以中心定位点47为旋转中心，间隔相同角度分别旋转复制生成高网壳落地弧形管桁架组合体、低网壳落地弧形管桁架组合体；高网壳、低网壳的各榀基本单元之间，分别连接环向桁架上弦杆(4、16)、环向桁架腹杆(5、17)、环向桁架下弦杆(6、18)构成高网壳整体结构、低网壳整体结构；
(4)高网壳整体结构、低网壳整体结构分别以步骤(2)组成的高网壳外切边弧形管桁架、低网壳外切边弧形管桁架为外切边，进行结构边界切割处理；
(5)在步骤(4)外切边处理后的高网壳体系、低网壳体系基础上，前者设置上下弦层径向水平支撑(7、8)、上下弦层环向水平支撑(9、10、11、12)，后者设置上下弦层径向水平支撑(19、20)、上下弦层环向水平支撑(21、22、23、24)，以提高整体结构扭转刚度；
(6)在高网壳体系、低网壳体系的平面叠合区域，连接径向连接腹杆(25)、环向连接腹杆(26)，构成双层叠合网壳的整体受力体系；
(7)径向桁架上弦杆27、径向桁架腹杆28、径向桁架下弦杆29拼装为径向平面桁架，环向桁架上弦杆30、环向桁架腹杆31、环向桁架下弦杆32拼装为环形平面桁架；径向平面桁架、环向平面桁架正交布置组装为缺口封闭桁架；
(8)缺口封闭桁架的靠近高网壳一端，通过弧边界桁架上弦杆33、弧边界桁架腹杆34、弧边界桁架下弦杆35拼装的弧边界平面桁架，直接连接或通过连接腹杆36连接至高网壳的径向管桁架下弦杆3、环向桁架下弦杆6、外切边桁架下弦杆36。缺口封闭桁架的靠近低网壳一端，直接连接至外切边桁架上弦杆40、外切边桁架腹杆41、外切边桁架下弦杆42；
(9)钢支撑筒竖框柱43、钢支撑筒水平梁44、钢支撑筒斜腹杆支撑45组装成钢支撑筒，上端通过钢支撑筒顶部转换支座节点46支撑双层叠合网壳体系。
本实用新型还提供一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系在内部圆形露天开口的大跨度复杂空间建筑的屋盖结构体系设计及承载中的应用，所述大跨度复杂空间建筑为跨度不小于60米且满足特殊建筑功能、特殊曲面幕墙造型的大空间公共民用建筑。
相比于现有技术的不足，本实用新型提供的一种圆形内开口的大跨度外三切边双屋面叠合网壳体系基于经过不同外三切边、内圆开口边界处理的高、低屋面网壳的叠合整体受力模式，并通过缺口封闭桁架的围合和钢支撑筒的竖向支撑，可达到在尽量减轻自重的前提下跨越极大的空间跨度。该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合整体受力及承载模式的设计原则，可实现涉及大跨度(跨度不小于60米)、大悬挑(悬挑不小于20米)、大开洞(开洞不小于20米)等复杂大跨空间建筑造型及功能的屋盖结构体系设计及承载。基于非线性稳定极限承载力性能分析，通过整体变形刚度、应力比承载、极限稳定等整体性能控制，可进一步保障本实用新型双层叠合网壳体系的高整体刚度、高承载性能优点。
本实用新型不局限于上述实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
