CN101519893B - 多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法，包括如下工艺过程：将每个汇交瓣式空间网壳节点分解为几个独立的构造单元，该构造单元包括若干个节点瓣和一个中心圆柱；根据构造单元的几何数据，制作构造单元的钢结构坯件；根据各构造单元的几何相贯信息，对节点瓣坯件进行加工，形成带焊接坡口的节点瓣模块，对中心圆柱加工出基准孔和基准面，形成中心圆柱模块；将同为一组的成型的构造单元模块，在工装台上定位、拼装，然后依次将相邻的节点瓣与节点瓣以及节点瓣模块与中心圆柱模块点焊，形成节点；节点焊接；节点热处理；节点加工和表面处理。本发明方法制作工艺流程短、自动化程度高、生产效率高、制作成本低。

Description

多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法

(一)技术领域

本发明涉及一种焊接网壳节点的制作方法。属钢结构建筑结构构件技术领域。

(二)背景技术

由于钢结构建筑造型新颖美观、重量轻、跨度大、抗震性能好、尺寸精度高、建设周期短，已被广泛地应用于各种大型场馆、基础设施、高塔等领域，如：体育场馆、会展中心、广播电视塔等标志性建筑。节点是钢架结构中的重要结构构件，它起着连接中间杆件、传递杆件内力的作用，因此节点的制造质量会影响到整体网架的受力、安全性的高低。同时，制作工艺的水平也会影响到节点的美观性，工程的进度和造价等。目前，社会已进入个性化需求时代，相应的，造型个性化的建筑越来越受到社会的欢迎，而这些建筑又通常由钢结构来实现。异形化建筑的流行，催生了新的钢结构节点形态-多杆汇交瓣式空间网壳节点的社会需求。为适应整个建筑造型和力学要求，这种多杆汇交瓣式空间网壳节点具有不同以往的钢结构节点的特点，这类节点从外形上看，通常由好几瓣组成，而且瓣与瓣之间的夹角，每个瓣的长度，厚度，仰角和扭角(见补充说明)也不尽相同，因此在一个大型建筑中，所有的节点都会不同，采用传统的钢板或者钢管组焊制作工艺制作这类钢结构节点已经变的不再适合；采用铸造工艺制作此类节点，其刚度和耐拉耐压性都比较高，但其制作工艺繁琐，制作成本较高，外观质量不高，而且由于重量过大，也不会适合建筑的每个部位。目前最先进的制作工艺是先将节点分解为翼板，腹板(见附图1)，及中间棱柱，然后分别直接以翼板，腹板，和中间棱柱为加工单元精加工，最后再将加工好的翼板，腹板和中间带加工槽的棱柱组合拼接、焊接成形。这种工艺的特点为：加工的精度要求非常的高；加工的量非常的大；节点拼装的工作量非常的大也非常的难，不利于批量化生产作业，制作成本也非常的高。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，并针对多杆汇交空间瓣式网壳节点的多样性，提出一种简化工艺过程、降低加工难度、减少加工量和提高节点的外观质量并降低制作成本的多杆汇交瓣式空间网壳节点的制作方法。

本发明的目的是这样实现的：一种多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法，主要包括如下工艺过程：

(1)分解节点：将每个汇交瓣式空间网壳节点分解为几个独立的构造单元，该构造单元包括若干个节点瓣和一个中心圆柱，分别进行编号并采集其几何数据信息。

(2)构造单元坯件制作：根据构造单元的几何数据，制作构造单元的钢结构坯件，以便加工设备进行加工和大批量生产。

(3)构造单元坯件加工：根据各构造单元的几何相贯信息，利用具有

相贯线运作能力的加工设备对节点瓣坯件进行加工，一次成型，形成带焊接坡口的节点瓣模块，对中心圆柱加工出基准孔和基准面，形成中心圆柱模块，所述节点瓣模块和中心圆柱模块一起构成构造单元模块。

(4)节点拼装：将同为一组的成型的构造单元模块，按照编号顺序和几何数据信息，在工装台上定位、拼装，然后依次将相邻的节点瓣与节点瓣以及节点瓣模块与中心圆柱模块点焊，形成节点。

(5)节点焊接：对成型的节点进行全面焊接。

(6)节点热处理：对焊接完成的节点进行回火处理，以消除焊接应力，回火后对其进行无损检测。

(7)节点加工：把热处理完成、无损检测合格的节点固定，对节点的各构造单元模块端面进行铣削加工，加工完成后对节点进行数据检测。

(8)表面处理：对检测合格的节点依次进行表面除油，打磨，喷砂除锈，涂装处理。

本发明多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法，所述的分解节点步骤中，先构造各节点瓣之间的等切面，利用等切面均匀将节点分解成数目与节点的瓣数相同的节点瓣和一个中心圆柱，并按顺时针或逆时针对节点瓣编号，然后采集各构造单元的几何数据，生成格式化的含有节点几何信息的数据文件；

所述的构造单元的坯件制作步骤中：

1)所述节点瓣坯件的制作方法如下：首先根据节点瓣的腹板和翼板的尺寸，将钢板切割成条形，然后组焊成规则的方形钢管作为节点瓣坯件的母件，用超声波仪器对节点瓣的标准母件进行无损探测，并进行尺寸检验，将检验合格的节点瓣的母件按照构造单元的最大尺寸切割成节点瓣坯件；

2)所述中心圆柱的制作方法如下：选择圆钢棒，根据步骤(1)生成的中心圆柱尺寸把它切割，形成中心圆柱零件；

所述的节点焊接步骤中，施焊前，先对成型的节点的中心圆柱火焰预热，然后按照编号顺序分别进行全面无遗漏的上下翼板与中心圆柱打底焊、腹板打底脚焊、翼板间打底焊、上下翼板圆周焊、翼板侧焊和腹板角焊、节点瓣内侧的焊缝焊接，焊接完成后保温，然后对焊接完成后的节点进行打磨；

所述的节点加工步骤中，节点的端面加工，是将节点固定在可以绕x轴和z轴转动的回转工作台上进行的。

本发明方法特点为：以构造单元模块为加工单位，加工的量明显的少。具有制作工艺流程短、自动化程度高、生产效率高等特点。在保证精度和美观度的前提下，大大的降低制作成本。采用节点拆分组合，数字化加工的方法使得该发明适合于标准化、批量化、自动化生产，还可以很灵活的应用于对几何形状各异的网壳节点加工制作中。

(四)附图说明

图1为本发明涉及的汇交瓣式空间网壳节点示意图。

图2为本发明涉及的汇交瓣式空间网壳节点分解图。

图3为本发明的节点焊接示意图。

图中：中心圆柱1、节点瓣2、翼板2.1、腹板2.2、上下翼板与中心圆柱打底焊3、腹板打底脚焊4、翼板间打底焊5、上下翼板圆周焊6、翼板侧焊和腹板角焊7、节点瓣内侧的焊缝焊接8。

(五)具体实施方式

本发明的制作工艺包括如下步骤：

(1)分解节点：将每个汇交瓣式空间网壳节点(附图1)分解为几个独立的构造单元(附图2)，该构造单元包括若干个节点瓣和一个中心圆柱，分别进行编号并采集其几何数据信息。

(2)构造单元坯件制作：根据构造单元的几何数据，制作构造单元的钢结构坯件，以便加工设备进行加工和大批量生产。

(3)构造单元坯件加工：根据各构造单元的几何相贯信息，利用具有相贯线运作能力的加工设备对节点瓣坯件进行加工，一次成型，形成带焊接坡口的节点瓣模块，对中心圆柱加工出基准孔和基准面，形成中心圆柱模块，以便于后续节点拼装和加工步骤中准确定位。所述节点瓣模块和中心圆柱模块一起构成构造单元模块。

(4)节点拼装：将同为一组的成型的构造单元模块，按照编号顺序和几何数据信息，在工装台上定位、拼装，然后依次将相邻的节点瓣模块与节点瓣以及节点瓣模块与中心圆柱模块点焊，形成节点。

(5)节点焊接：对成型的节点进行全面焊接。具体方法如下：施焊前，先对成型的节点的中心圆柱火焰预热；然后按照编号顺序分别进行全面无遗漏的上下翼板与中心圆柱打底焊、腹板打底脚焊、翼板间打底焊、上下翼板圆周焊、翼板侧焊和腹板角焊、节点瓣内侧的焊缝焊接(附图3)；焊接完成后保温；然后对焊接完成后的节点进行打磨。

(6)节点热处理：对焊接完成的节点进行回火处理，以消除焊接应力，回火后用超声波对节点的焊缝进行无损检测。

(7)节点加工：把热处理完成、无损检测合格的节点固定，对节点的各构造单元模块端面进行铣削加工，加工完成后对节点进行数据检测。节点的端面加工，是将节点固定在可以绕x轴和z轴转动的回转工作台上进行的。

(8)表面处理：对检测合格的节点依次进行表面除油，打磨，喷砂除锈，涂装处理。

在上述基础上，本发明可以有如下各种实施方式：

1)、所述的分解节点步骤中，先构造各节点瓣之间的等切面(即为相邻节点瓣夹角的等分面)，利用等切面均匀将节点分解成数目与节点的瓣数相同的节点瓣和一个中心圆柱；并按一定方向(顺时针或逆时针)对节点瓣编号，然后采集各构造单元的几何数据，生成格式化的含有节点几何信息的数据文件；

2)、所述的构造单元的坯件制作步骤中，节点瓣坯件的尺寸是上述分解后能够形成各节点瓣单元模块形状的最大尺寸，例如标准长度的长方体，也可以是三棱柱、圆柱体等。中心圆柱则可由标准圆钢或铸造圆钢经机械加工后获取；

节点瓣坯件的制作：

首先根据节点瓣的腹板2.2和翼板2.1(附图1)的尺寸，将钢板切割成条形，然后组焊成规则的方形钢管作为节点瓣坯件的母件；用超声波仪器对节点瓣的标准母件进行无损探测，并进行尺寸检验；将检验合格的节点瓣的母件按照构造单元的最大尺寸切割成节点瓣坯件。

中心圆柱的制作：

选择圆钢棒，根据步骤1)生成的中心圆柱尺寸把它切割，形成中心圆柱零件。

上述参照的实施条例对发明的描述只是说明性，而不构成对它的限定。

补充说明：

1、多杆汇交瓣式网壳节点(附图1)的特点：节点瓣与节点瓣的圆周夹角不同；每个瓣的尺寸、扭角和仰角均不尽相同；不同的节点，瓣数不同，在一个大型的建筑里面，每个节点都可能不一样。

注释：

扭角：节点瓣的侧面与垂直于端面且过中心圆柱中心线的夹角。

仰角：节点瓣的端面与过该节点瓣端面短棱的立面的夹角。

圆周夹角：以垂直于某一节点瓣的端面且过中心圆柱的中心线的立面为起点，任意垂直于一节点瓣的端面且过中心圆柱的中心线的立面与起点立面的夹角为圆周夹角。

2、将节点直接分解为节点瓣和中心圆柱，一是便于批量化制作节点瓣坯件；二是便于节点瓣坯件由具有相贯线运作能力的加工设备一次成型，加工出带焊接坡口的相贯配合图形的节点瓣。最终的结果是最大限度的减少工作量，保证加工的精度和自动流水线作业。

Claims (2)

1.一种多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法，其特征在于所述方法主要包括如下工艺过程：

(1)分解节点：将每个汇交瓣式空间网壳节点分解为几个独立的构造单元，该构造单元包括若干个节点瓣和一个中心圆柱，分别进行编号并采集其几何数据信息，

(2)构造单元坯件制作：根据构造单元的几何数据，制作构造单元的钢结构坯件，

(3)构造单元坯件加工：根据各构造单元的几何相贯信息，利用具有相贯线运作能力的加工设备对节点瓣坯件进行加工，一次成型，形成带焊接坡口的节点瓣模块，对中心圆柱加工出基准孔和基准面，形成中心圆柱模块，所述节点瓣模块和中心圆柱模块一起构成构造单元模块，

(4)节点拼装：将同为一组的成型的构造单元模块，按照编号顺序和几何数据信息，在工装台上定位、拼装，然后依次将相邻的节点瓣与节点瓣以及节点瓣模块与中心圆柱模块点焊，形成节点，

(5)节点焊接：对成型的节点进行全面焊接，

(6)节点热处理：对焊接完成的节点进行回火处理，以消除焊接应力，回火后对其进行无损检测，

(7)节点加工：把热处理完成、无损检测合格的节点固定，对节点的各构造单元模块端面进行铣削加工，加工完成后对节点进行数据检测，

(8)表面处理：对检测合格的节点依次进行表面除油，打磨，喷砂除锈，涂装处理。

2.根据权利要求1所述的一种多杆汇交瓣式空间网壳焊接节点的制作方法，其特征在于：

所述的分解节点步骤中，先构造各节点瓣之间的等切面，利用等切面均匀将节点分解成数目与节点的瓣数相同的节点瓣和一个中心圆柱，并按顺时针或逆时针对节点瓣编号，然后采集各构造单元的几何数据，生成格式化的含有节点几何信息的数据文件；

所述的构造单元的坯件制作步骤中：

1)所述节点瓣坯件的制作方法如下：首先根据节点瓣的腹板和翼板的尺寸，将钢板切割成条形，然后组焊成规则的方形钢管作为节点瓣坯件的母件，用超声波仪器对节点瓣的标准母件进行无损探测，并进行尺寸检验，将检验合格的节点瓣的母件按照构造单元的最大尺寸切割成节点瓣坯件；

2)所述中心圆柱的制作方法如下：选择圆钢棒，根据步骤(1)生成的中心圆柱尺寸把它切割，形成中心圆柱零件；

所述的节点焊接步骤中，施焊前，先对成型的节点的中心圆柱火焰预热，然后按照编号顺序分别进行全面无遗漏的上下翼板与中心圆柱打底焊、腹板打底脚焊、翼板间打底焊、上下翼板圆周焊、翼板侧焊和腹板角焊、节点瓣内侧的焊缝焊接，焊接完成后保温，然后对焊接完成后的节点进行打磨；

所述的节点加工步骤中，节点的端面加工，是将节点固定在可以绕x轴和z轴转动的回转工作台上进行的。

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