CN101302775A - 螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构，其包括四角锥模块单元、下弦杆、上盖板、下盖板、螺栓；四角锥模块单元由上弦杆、斜腹杆、肋板、腹杆顶端板和腹杆底端板组成；斜腹杆下端和腹杆底端板连接，上端与腹杆顶端板连接，腹杆顶端板与上弦杆连接，肋板设置在腹杆顶端板上。不同四角锥模块单元之间在上弦层通过上盖板和螺栓连接，在下弦层通过下弦杆、下盖板和螺栓连接，装配好的四角锥模块单元通过支座节点固定在支承结构上，从而形成螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构。本发明的结构单元实现工业化生产，而现场则全部采用螺栓连接，避免现场焊接，缩短施工周期和施工成本，适用于各种形式的四角锥空间网格结构体系。

Description

螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种采用四角锥体系的空间网格结构，更具体地说，涉及一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构。

背景技术

空间网格结构以其结构自重轻、跨越空间能力强等优势，在工业建筑和民用建筑中得到了极大的推广和应用，其中尤以采用四角锥体系的空间网格结构应用最为广泛。目前常用的四角锥空间网格结构一般采用螺栓球节点或焊接球节点，上下弦杆及腹杆一般选用钢管。随着在工程中的应用，这种结构体系暴露出一些自身的不足，主要表现在以下几个方面：

1、这种结构体系的节点和构件是分别在工厂制作，然后在现场进行拼装，因此现场工作量大，构件的工厂化和模块单元预制程度低，现场施工周期较长，施工成本较高。

2、对于焊接球节点四角锥空间网格结构，现场焊接工作量大，焊接质量不易保证，同时存在一定的焊接应力和变形。

3、采用螺栓球节点的四角锥空间网格结构，现场采用不可见的螺栓连接，对零件制作精度要求高，且由于现场施工误差等原因容易造成螺栓的“假拧紧”现象，带来一定的结构安全隐患。

发明内容

为克服上述现有四角锥空间网格结构技术方面的不足，本发明提供一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构。

本发明的技术方案如下：

一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构，包括四角锥模块单元、下弦杆、上盖板、下盖板、螺栓；其特征是：所述四角锥模块单元包括上弦杆、斜腹杆、肋板、腹杆顶端板和腹杆底端板，其中斜腹杆在下端与腹杆底端板焊接连接，上端与腹杆顶端板焊接连接，肋板通过焊接设置在腹杆顶端板上，上弦杆与腹杆顶端板焊接连接；所述四角锥模块单元之间的上弦层通过在上盖板和腹杆顶端板之间设置螺栓连接；所述四角锥模块单元之间的上弦杆之间通过螺栓连接；所述四角锥模块单元在下弦层的节点处，下弦杆、下盖板和腹杆底端板通设置过螺栓连接，从而构成螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构。

所述螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的四角锥模块单元可分为中四角锥模块单元、边四角锥模块单元、角四角锥模块单元。中四角锥模块单元的腹杆顶端板外边缘与上弦杆外边缘相平，并在腹杆顶端板上设置一个螺栓孔、一个肋板。边四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板不与上弦杆外边缘相平，而是向上弦杆外边缘凸出，凸出长度约为两个上弦杆翼缘宽度，且腹杆顶端板上设置两个螺栓孔和三块肋板，其余两个腹杆顶端板的构造与中四角锥模块单元相同。角四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板的构造与边四角锥模块单元上位于结构周边上的腹杆顶端板构造构造相同；位于结构内部的腹杆顶端板与中四角锥模块单元的腹杆顶端板相同；而位于结构角部的腹杆顶端板不与上弦杆外边缘相平，而是向外上弦杆外边缘凸出，向外凸出的宽度相当于上弦杆的翼缘宽度，即当角四角锥模块单元的上弦杆现场拼装完周边槽钢时，上弦杆的外边缘宜与腹杆顶端板相平，且位于结构角部的腹杆顶端板上设置一块肋板，不设置螺栓孔。对于角四角锥模块单元，当现场拼装完周边槽钢时，需在周边槽钢的角部焊接一块肋板。对于角四角锥模块单元而言，其所有部件的组装可在工厂预制完成。

所述螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构，通过支座节点固定在下部支承结构上。支座可分为下弦支座和上弦支座，上弦支座又可分为上弦边支座和上弦角支座。下弦支座包括支座肋板、支座底板、肋管；支座肋板与下盖板之间、肋管与下盖板之间可通过焊接连接；支座肋板与支座底板之间、肋管与支座底板之间可通过焊接连接，上述焊接可在工厂完成，即在工厂将下盖板、支座肋板、支座底板和肋管焊接成一个单元。上弦边支座包括支座肋板、支座底板；支座肋板与腹杆顶端板之间、支座肋板与支座底板之间通过焊接连接，其支座肋板与腹杆顶端板之间的焊接、支座肋板与支座底板之间连接可在工厂预制完成。上弦角支座包括支座肋板、支座底板；支座肋板与腹杆顶端板之间、支座肋板与支座底板之间通过焊接连接，其所有焊接可在工厂完成。

位于螺栓连接预制四角锥空间网格结构周边的四角锥模块单元在现场拼装时，需在周边上弦杆上增设一条周边槽钢，以增加上弦杆的刚度和强度。

所述上弦和下弦杆可由槽钢、角钢、钢板、矩形钢管中的任一种构成；斜腹杆可由钢管、角钢构成；螺栓为普通螺栓。

本发明的有益效果是通过把四角锥空间网格结构中若干根杆件在工厂做成一个模块单元后，运到现场后进行组装，较好地解决焊接球节点结构现场焊接工作量大以及存在焊接应力和变形的问题；它通过在单元和构件之间采用可见的螺栓连接方式，避免螺栓球节点存在的假拧紧现象及相应的存在安全隐患的问题。同时，由于该结构中的大部分杆件均在工程预制成模块单元，因此减小了现场拼装工作量，降低了施工周期，节约了施工成本。特别适合在中小跨度四角锥空间网格结构中应用。

附图说明

图1为本发明的三维结构体系示意图；

图2为四角锥模块单元装配示意图；

图3为四角锥模块单元三维示意图；

图4为四角锥模块单元角部1轴测图；

图5为四角锥模块单元角部1俯视图；

图6为四角锥模块单元角部2俯视图；

图7为四角锥模块单元角部2仰视图；

图8为四角锥模块单元角部3后视轴测图；

图9为四角锥模块单元角部3前视轴测图；

图10为中间上弦节点轴测图；

图11为中间上弦节点仰视图；

图12为周边上弦节点轴测图；

图13为中间下弦节点轴测图；

图14为中间下弦节点分解图；

图15为周边下弦节点轴测图；

图16为角部下弦节点轴测图；

图17为下弦支座轴测图；

图18为上弦周边支座轴测图；

图19为上弦角部支座轴测图；

图中，1：四角锥模块单元，2：下弦杆，3：上盖板，4：下盖板，5：螺栓，6：上弦杆，7：斜腹杆，8：腹杆底端板，9：肋板，10：腹杆顶端板，11：螺栓孔，12：支座肋板，13：支座底板，14肋管，15：周边槽钢

具体实施方式

如图1和图2所示，螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构包括四角锥模块单元1，下弦杆2，上盖板3，下盖板4，螺栓5。四角锥模块单元1在工厂预制，包括上弦杆6，斜腹杆7，腹杆底端板8，肋板9、腹杆顶端板10和预留螺栓孔11。运至现场后不同四角锥模块单元之间在上弦节点处通过上盖板3和螺栓5连接，在下弦节点处通过下弦杆2、下盖板4和螺栓5连接。四角锥模块单元1之间的上弦杆6之间通过螺栓5连接，螺栓数量根据上弦杆的尺寸可设置两个或多个，本实施例设置4个，如图3所示。现场将四角锥模块单元拼装完毕后，需在结构周边上弦杆增加一条周边槽钢15，以增加周边上弦杆的刚度和强度。

四角锥模块单元1中的肋板9可分为三角肋板15和平面肋板16，针对不同的四角锥模块单元选择不同类型的肋板。

四角锥模块单元1可分为中四角锥模块单元、边四角锥模块单元、角四角锥模块单元。中四角锥模块单元的腹杆7数量为四个，上弦杆6数量也为四个，在腹杆7与上弦杆6的交汇处，腹杆7焊于腹杆顶端板10下面，肋板9和上弦杆6焊接于腹杆顶端板10的上面；腹杆顶端板10外边缘与上弦杆6外边缘相平，并在腹杆顶端板10上设置一个螺栓孔11、一块肋板9(三角肋板)，其各组件的相对位置如图3、图4、图5所示。边四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板10的边缘不与上弦杆6外边缘相平，而是向上弦杆6外边缘凸出，凸出长度约为上弦杆6翼缘宽度的两倍，且在其上设置两个螺栓孔11和三个肋板9(一个三角肋板、两个平面肋板)，以便拼装周边槽钢15，两个平面肋板的设置要注意在腹杆顶端板上留足周边槽钢15的空间，螺栓孔11、肋板9、腹杆顶端板10的相对位置如图6、图7所示；其余两个腹杆顶端板10的构造与中四角锥模块单元的腹杆顶端板10相同。角四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板10的构造与边四角锥上位于结构周边上的腹杆顶端板10构造相同；位于结构内部的腹杆顶端板10构造与中四角锥模块单元的腹杆顶端板10构造相同；位于结构角部的腹杆顶端板10与其它腹杆顶端板有所区别，其外边缘不与上弦杆6外边缘相平，而是向外上弦杆6外边缘凸出，向外凸出的宽度相当于上弦杆6的翼缘宽度，即当在角四角锥模块单元的上弦杆拼装完周边槽钢15时，上弦杆6的外边缘宜与腹杆顶端板10相平，其腹杆顶端板10上设置一块肋板9(平面肋板)，不设置螺栓孔11，当角四角锥模块单元拼装完周边槽钢15时，需在周边槽钢15角部焊接一块肋板9(平面肋板)，对于角四角锥模块单元，与其连接的周边槽钢及周边槽钢上的肋板可在工厂将其拼装成一个整体单元，如图8、图9所示。

两个(结构边上)或四个(结构中间)四角锥模块单元之间交汇的地方通过设置一块上盖板螺栓连接，如图10～图12所示。结构下弦层的节点处，一个四角锥模块单元与两个(角部)、三个(边上)或四个(中间)下弦杆通过一个下盖板和两个、三个或四个螺栓连接，如图13～图16所示。上弦杆可由槽钢、角钢、钢板、矩形钢管中的一种构成，本实施例采用槽钢，如图4所示。斜腹杆可由钢管、角钢中的一种构成，本实施例采用圆钢管，如图4所示。下弦杆可由槽钢、角钢、钢板、矩形钢管中的一种构成，本实施例采用槽钢，如图13所示。

在下弦节点处，也可采用下弦杆在一个方向贯通而另一方向打断的形式，其中贯通的下弦杆若存在翼缘则需切除其在节点范围的那部分翼缘，如图14所示。

螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的支座可分为下弦支座和上弦支座，上弦支座又可分为上弦边支座和上弦角支座，下弦支座包括支座肋板12、支座底板13、肋管14，支座肋板12与下盖板4之间、肋管14与下盖板4之间可通过焊接连接，支座肋板12与支座底板13之间、肋管14与支座底板13之间可通过焊接连接，上述焊接可在工厂完成，即在工厂将下盖板4、支座肋板12、支座底板13和肋管14焊接成一个单元，如图17所示。上弦边支座包括支座肋板12、支座底板13，支座肋板12与腹杆顶端板10之间、支座肋板12与支座底板13之间通过焊接连接，其中支座肋板12与腹杆顶端板10之间的焊接可在工厂完成，现场仅需要焊接支座肋板12与支座底板13之间连接，如图18所示。上弦角支座包括支座肋板12、支座底板13，支座肋板12与腹杆顶端板10之间、支座肋板12与支座底板13之间通过焊接连接，其所有焊接可在工厂完成，即将角四角锥模块单元与角上弦支座在工厂焊接成一个单元，如图19所示。

通过在支座底板13与下部支承结构的上预埋板之间设置锚栓或者焊缝将螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构固定在下部的支承结构上。

进行螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的制作安装时，首先根据螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的设计图纸，划分四角锥模块单元及相应配件，然后按照设计图纸尺寸即构造在工厂将中四角锥模块单元、边四角锥模块单元、角四角锥模块单元、上盖板、下盖板、下弦杆、支座节点等结构组件及其它相应配件进行精确加工，随后将这些组件及配件运送至施工现场，现场安装时，可根据现场安装设备和空间条件，或采用散装法，或采用分块安装法、或采用整体装配顶升法进行模块单元等组件及配件的安装固定。

Claims (8)

1、一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构，包括四角锥模块单元、下弦杆、上盖板、下盖板、螺栓，其特征是：所述四角锥模块单元包括上弦杆、斜腹杆、肋板、腹杆顶端板和腹杆底端板，斜腹杆在下端与腹杆底端板焊接连接，上端与腹杆顶端板焊接连接，肋板通过焊接设置在腹杆顶端板上，上弦杆与腹杆顶端板焊接连接；所述四角锥模块单元之间的上弦层通过在上盖板和腹杆顶端板之间设置螺栓连接，四角锥模块单元之间的上弦杆之间通过螺栓连接，在下弦层的节点处，下弦杆和四角锥模块单元之间通过在下盖板和腹杆底端板之间设置螺栓连接，装配好的四角锥模块整体结构通过支座节点固定在下部支承结构上。

2、根据权利要求1所述的螺栓连接预制四角锥空间网格结构，其特征是：位于螺栓连接预制四角锥空间网格结构周边的四角锥模块单元在现场拼装时，需在周边上弦杆上增设一条周边槽钢。

3、根据权利要求1所述的螺栓连接预制四角锥空间网格结构，其特征是：四角锥模块单元可分为中四角锥模块单元、边四角锥模块单元、角四角锥模块单元。中四角锥模块单元的腹杆顶端板外边缘与上弦杆外边缘相平，并在腹杆顶端板上设置一个螺栓孔、一个肋板。边四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板外边缘不与上弦杆外边缘相平，而是向上弦杆外边缘凸出，凸出长度约为两个上弦杆翼缘宽度，且腹杆顶端板上设置两个螺栓孔和三块肋板，其余两个腹杆顶端板的构造与中四角锥模块单元的腹杆顶端板相同。角四角锥模块单元中，位于结构周边上的两个腹杆顶端板的构造与边四角锥模块单元上位于结构周边上的腹杆顶端板相同；位于结构内部的腹杆顶端板的构造与中四角锥模块单元的腹杆顶端板构造相同；位于结构角部的腹杆顶端板外边缘不与上弦杆外边缘相平，而是向外上弦杆外边缘凸出，向外凸出的宽度相当于上弦杆的翼缘宽度，即当角四角锥模块单元的上弦杆现场拼装完周边槽钢时，上弦杆的外边缘宜与腹杆顶端板外边缘相平，且位于结构角部的腹杆顶端板上设置一块肋板，不设置螺栓孔。对于角四角锥模块单元，当现场拼装完周边槽钢时，需在周边槽钢的角部焊接一块肋板。

4、根据权利要求1所述的螺栓连接预制四角锥空间网格结构，其特征是：上弦杆和下弦杆可由槽钢、角钢、钢板、矩形钢管中的任一种构成；斜腹杆可由角钢、钢管中的任一种构成；螺栓为普通螺栓。

5、根据权利要求1所述的螺栓连接预制四角锥空间网格结构，其特征是：通过在支承结构上的预埋板与支座底板之间设置焊缝或者锚栓将螺栓连接预制四角锥空间网格结构固定在下部支承结构上。

6、一种螺栓连接预制四角锥空间网格结构的上弦支座，其特征是：上弦支座又可分为上弦边支座和上弦角支座，上弦边支座包括支座肋板、支座底板；支座肋板与腹杆顶端板之间、支座肋板与支座底板之间通过焊接连接，其支座肋板与腹杆顶端板之间的焊接、支座肋板与支座底板之间连接可在工厂预制完成；上弦角支座包括支座肋板、支座底板；支座肋板与腹杆顶端板之间、支座肋板与支座底板之间通过焊接连接，其所有焊接可在工厂完成。

7、一种螺栓连接预制四角锥空间网格结构的下弦支座，其特征是：下弦支座包括支座肋板、支座底板、肋管；支座肋板与下盖板之间、肋管与下盖板之间可通过焊接连接，支座肋板与支座底板之间、肋管与支座底板之间可通过焊接连接，上述焊接可在工厂完成，即在工厂将下盖板、支座肋板、支座底板和肋管焊接成一个单元。

8、一种螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的制作安装方法，其特征在于：首先根据螺栓连接预制装配四角锥空间网格结构的设计图纸，划分四角锥模块单元及相应配件，然后按照设计图纸尺寸即构造在工厂将中四角锥模块单元、边四角锥模块单元、角四角锥模块单元、上盖板、下盖板、下弦杆、支座节点等结构组件及其它相应配件进行精确加工，随后将这些组件及配件运送至施工现场，现场安装时，可根据现场安装设备和空间条件，或采用散装法，或采用分块安装法、或采用整体装配顶升法进行模块单元等组件及配件的安装固定。

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