CN104763155A - 非圆管三向网格单层网壳的精确装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的精确装配方法，其拼装单元包含一个具有六根牛腿的放射形星型节点、一根水平向一字形杆件和两根斜向一字形杆件，六根牛腿中的两根为水平向牛腿，这三根杆件与一根水平向牛腿和处于水平向牛腿同侧的两根斜向牛腿分别相接；牛腿的上下表面都焊有一个不等边的耳板角钢；一字形杆件的每端的上下表面都焊接有一个不等边的耳板角钢；每个耳板角钢两条边中的长边沿着牛腿和一字形杆件的轴线方向且其长边所在的面上开有两个椭圆孔，两条边中的短边与长边垂直且其短边所在的面上开有一个圆孔，本发明可以采用简易装置和方法解决了非圆形截面钢管构件对接的施工精度调校问题，提高了施工精度。

Description

非圆管三向网格单层网壳的精确装配方法

技术领域

本发明涉及空间结构的装配方法，尤其是涉及非圆形截面杆三向网格单层网壳的精确装配方法。

背景技术

三向网格是空间网壳的常用拓扑形式，结构由众多长短不一、方向不同的杆件连接构成。由于不可避免的制作误差和安装累计误差，容易造成这种结构在装配合拢阶段出现因误差大而无法安装构件或构件严重偏离设计位置的情况。常规应对做法是先在地面搭设支撑脚手架，再在支撑脚手架上放置并用千斤顶等工具对构件进行强行合拢，虽然能够勉强装配成形，但极易在结构内叠加了施工附加内力，使结构的实际内力与设计内力严重不符，造成结构使用的安全隐患。

就复杂曲面网壳结构的施工精度控制而言，与圆管仅需Z轴单向轴线控制不同，矩形、梯形、椭圆形等非圆形截面钢管需要X、Y、Z三个方向轴线的同步控制，当对接误差出现时，非圆形截面钢管的调整难度远远大于圆管。目前尚没有一个针对非圆形截面构件对接、不产生施工附加内力的调校方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的精确装配方法，使之方便施工成形和满足精度控制要求。为此，本发明采用以下技术方案：

一种由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的精确装配方法，

所述方法基于由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的以下分解：非圆形截面杆件的三向网格单层网壳结构在吊装前被分解为许多拼装单元，其特征在于：每个拼装单元包含一个具有六根牛腿的放射形星型节点、一根水平向一字形杆件和两根斜向一字形杆件，六根牛腿中的两根为水平向牛腿，这三根一字形杆件与一根水平向牛腿和处于水平向牛腿同侧的两根斜向牛腿分别相接；每根牛腿的上表面和下表面都焊有一个不等边的耳板角钢；在每根一字形杆件的两端，每端的上表面和下表面都焊接有一个不等边的耳板角钢；每个耳板角钢相垂直两条边中的长边沿着牛腿和一字形杆件的轴线方向且其长边所在的面上开有两个椭圆孔，两条边中的短边与长边垂直且其短边所在的面上开有一个圆孔，所有的耳板角钢尺寸及开孔的位置都相同；每个放射形星型节点上表面六个耳板角钢的短边绕该节点上表面中心的旋转方向相同，每个放射形星型节点下表面六个耳板角钢的短边绕该节点下表面中心的旋转方向也相同，而上、下表面之间六个耳板角钢短边的旋转方向相反；每根一字形杆件上表面两端的两个耳板角钢的短边朝向相反，每根一字形杆件下表面两端的两个耳板角钢的短边朝向也相反，同一端上、下表面的两个耳板角钢的短边朝向相反；

所述方法包括以下安装过程；结构施工按照从下往上的流程逐圈进行，一圈的所有拼装单元吊装完成并合拢后进行该圈拼装单元调校，待调校完成后再吊装上一圈的拼装单元；

拼装单元吊装时，把处于吊装状态的拼装单元的水平向一字形杆件与其水平相邻的已安装的放射形星型节点的水平向牛腿相连、两根斜向一字形杆件分别与其下部相邻的两个放射形星型节点的对应斜向牛腿相连；用连接螺杆穿过一字形杆件端部上耳板角钢短边所在面上的圆孔与放射形星型节点对应牛腿上耳板角钢短边所在面上的圆孔，把该连接螺杆两端的螺帽拧紧，再把一块开有四个椭圆孔的连接盖板盖在放射形星型节点和一字形杆件的耳板角钢的长边所在的面上，把四个螺栓分别插入四个椭圆孔并拧紧螺母，每根一字形杆件和其对应的放射形星型节点牛腿的上表面和下表面耳板角钢都进行上述连接装配，从而完成一个拼装单元吊装的吊装；重复以上拼装单元的安装过程，完成一圈所有拼装单元的吊装；

完成一圈拼装单元全部调校后，先将该圈所有放射形星型的牛腿与一字形杆件的连接接头进行点焊，然后再进行正常的全面施焊，实现节点与杆件的最终固定；最后，拆掉连接螺杆，割去耳板角钢。

所述调校装置包括“折角”形调校架，“折角”形调校架由一根垂直的槽钢和一根水平的挑架角钢组成，竖直的槽钢下端开有两个水平圆孔，这两个水平圆孔的间距与一字形杆件中耳板角钢长边所在面上开的两个椭圆孔的间距相同；槽钢的上端与挑架角钢的一端焊接，形成“折角”形调校架；

当所述网壳结构的一圈拼装单元装配合拢后，对安装该圈拼装单元时新增的所有放射形星型节点牛腿与一字形杆件连接接头之间的轴线是否对齐进行进行检查，对没有对齐的误差接头按照先下后上的顺序进行校正，即：先校正该圈拼装单元斜向一字形杆件与下圈拼装单元对应牛腿接头，再校正该圈拼装单元水平向一字形杆件与同圈拼装单元对应牛腿接头，每个接头的调校步骤为：

（1）、卸掉误差接头处的耳板角钢长边所在面上的盖板；

（2）、放松穿过一字形杆件端部耳板角钢短边所在面与放射形星型节点牛腿耳板角钢短边所在面的连接螺杆上的螺帽，但二者依然保持连接状态；

（3）、将“折角”形调校架安装在低位的一字形杆件或放射形星型节点牛腿上，用两个螺栓分别插入“折角”形调校架槽钢下端的两个水平圆孔和一字形杆件或放射形星型节点牛腿中耳板角钢长边所在面上对应的两个椭圆孔，拧紧两个螺栓上的螺母实现“折角”形调校架与一字形杆件或放射形星型节点牛腿的连接；

（4）、将千斤顶放在高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件上，千斤顶顶推挑架角钢，产生的反力将高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件向下移动，直至低位的一字形杆件或放射形星型节点牛腿和高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件的对应面轴线对齐；

（5）、拧紧一字形杆件耳板角钢短边所在面与放射形星型节点牛腿耳板角钢短边所在面连接螺杆两端的螺帽；

（6）、重新安装一字形杆件与放射形星型节点牛腿耳板角钢长边所在面上的连接盖板。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1、采用简易装置和方法解决了非圆形截面钢管构件对接的施工精度调校问题，提高了施工精度。

2、因为在调校前松开了误差接头，所以避免了因传统强力合拢而对结构产生的施工附加应力。同时，放射形星型节点和一字形杆件上的L形耳板角钢正反朝向的科学搭配，可以进一步抵消装配应力。保障结构的安全。

3、仅用两个螺栓就可连接“折角”形调校架与一字形杆件或放射形星型节点，用千斤顶顶推“折角”形调校架的挑架角钢即可调校结构的误差。调校装置装拆方便，调校方法简便。

4、因为牛腿与一字形杆件上均有耳板角钢，所以无需搭设支撑脚手架，只需在出现误差的构件上临时安装一个“折角”形调校架，临时放置一个千斤顶即可，使调校成本大大降低。

附图说明

图1a、图1b、图1c、图1d、图1e、图1f分别是几种典型三向网格单层网壳结构的透视图。

图2 a、图2b分别是放射形星型节点与一字形杆件的平面图。

图3是耳板角钢透视图。

图4是拼装单元平面图。

图5是拼装单元接头正立面图。

图6是图5中拼装单元接头Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图7是拼装单元对接装配示意图。

图8是调校前接头正立面图。

图9是调校时接头正立面图。

图10是调校时接头右侧视图。

图11是调校时接头顶视图。

图12是调校状态Ⅱ-Ⅱ剖面图。

图中：1、放射形星型节点，2、一字形杆件，3、牛腿，4、耳板角钢，5、椭圆孔，6、圆孔，7、拼装单元，8、连接螺杆，9、连接盖板，10、螺栓，11、槽钢，12、挑架角钢，13、水平圆孔，14、千斤顶。

具体实施方式

图1示例性地显示了几种三向网格单层网壳结构。以下结合附图对本发明的装配方法和调校方法作举例性介绍。

一、非圆形截面杆三向网格单层网壳的装配方法：

1、结构的分解。如图2、3、4、5、6、7所示，非圆形截面杆件的三向网格单层网壳结构，被分解为许多拼装单元7，这些拼装单元7在地面组装完成，每个拼装单元7包含一个具有六根牛腿的放射形星型节点1、一根水平向一字形杆件2和两根斜向一字形杆件2，每个放射形星型节点1的六个牛腿3均匀分布，六根牛腿中的两根为水平向牛腿，这三根一字形杆件与一根水平向牛腿和处于水平牛腿同侧的两根斜向牛腿分别相接；每个牛腿的上表面和下表面都焊有一个不等边的耳板角钢4；在每根一字形杆件2的两端，每端的上表面和下表面都焊接有一个不等边的耳板角钢4。每个耳板角钢4相垂直两条边中的长边沿着牛腿和一字形杆件的轴线方向且其长边所在的面上开有两个椭圆孔5、两条边中的短边与长边垂直且其短边所在的面上开有一个圆孔6，所有的耳板角钢4尺寸及开孔的位置都相同。

每个放射形星型节点上表面六个耳板角钢的短边绕该节点上表面中心的旋转方向相同，每个放射形星型节点下表面六个耳板角钢的短边绕该节点下表面中心的旋转方向也相同，而上、下表面之间六个耳板角钢短边的旋转方向相反；每根一字形杆件上表面两端的两个耳板角钢的短边朝向相反，每根一字形杆件下表面两端的两个耳板角钢的短边朝向也相反，同一端上、下表面的两个耳板角钢的短边朝向相反。

拼装单元内的构件连接方式为：用连接螺杆8穿过一字形杆件2端部上的耳板角钢4短边上的圆孔6与放射形星型节点1对应牛腿上的耳板角钢4短边上的圆孔6，把该连接螺杆8两端的螺帽拧紧。再把一块开有四个椭圆孔5的连接盖板9盖在放射形星型节点1和一字形杆件2的耳板角钢4的长边上，把四个螺栓10分别插入四个椭圆孔5并拧紧螺母。一根一字形杆件2和其对应的放射形星型节点1牛腿的上表面和下表面同时进行连接装配，从而完成一个拼装单元7的装配。

2、结构的装配。结构施工按照从下往上的流程逐圈进行，一圈的所有拼装单元吊装完成并合拢后再吊装上一圈的拼装单元。吊车一次只吊装一个拼装单元7，装配时，把该拼装单元7的水平向一字形杆件2与其水平相邻的一个放射形星型节点1的水平向牛腿相连、两根斜向一字形杆件2分别与其下部相邻的两个放射形星型节点1的斜向牛腿相连。用连接螺杆8穿过一字形杆件2端部上的耳板角钢4短边上的圆孔6与放射形星型节点1对应牛腿上的耳板角钢4短边上的圆孔6，把该连接螺杆8两端的螺帽拧紧。再把一块开有四个椭圆孔5的连接盖板9盖在放射形星型节点1和一字形杆件2的耳板角钢4的长边上，把四个螺栓10分别插入四个椭圆孔5并拧紧螺母。一根一字形杆件2和其对应的放射形星型节点1牛腿的上表面和下表面同时进行连接装配，从而完成一个拼装单元7的装配。同理，完成一圈所有拼装单元的装配。

二、非圆形截面杆三向网格单层网壳的调校装置：

如图8、9、10、11、12所示，所述调校装置包括“折角”形调校架，“折角”形调校架由一根槽钢11和一根挑架角钢12组成，竖直的槽钢11下端开有两个水平圆孔13，这两个水平圆孔13的间距与一字形杆件2中耳板角钢4长边上开的两个椭圆孔5的间距相同。竖直槽钢11的上端与一根水平挑架角钢12的一端焊接，形成一个“折角”形调校架。安装时，将两个螺栓10分别穿过“折角”形调校架竖直槽钢11下端的两个水平圆孔13与一字形杆件2或放射形星型节点1牛腿3中耳板角钢4长边上对应的两个椭圆孔5，拧紧螺栓10上的螺母，实现“折角”形调校架与一字形杆件2或放射形星型节点1牛腿3的连接。

三、非圆形截面杆三向网格单层网壳的调校方法：

当网壳结构一圈的拼装单元装配合拢后，重新检查、测量该圈所有拼装单元的位置与方向，然后对所有放射形星型节点1牛腿3与一字形杆件2之间轴线没有对齐的误差接头进行校正。先校正该圈拼装单元7斜向一字形杆件2与下圈拼装单元7对应牛腿3接头，再校正该圈拼装单元7水平向一字形杆件2与同圈拼装单元7对应牛腿3接头，每个接头的调校步骤为：

（1）、卸掉误差接头耳板角钢4长边所在面上的盖板9；

（2）、放松穿过一字形杆件2端部耳板角钢4短边所在面与放射形星型节点1牛腿3耳板角钢4短边所在面的连接螺杆8上的螺帽，但二者依然保持连接状态；

（3）、将“折角”形调校架安装在低位的一字形杆件2或放射形星型节点1牛腿3上，用两个螺栓10分别插入“折角”形调校架槽钢11下端的两个水平圆孔13和一字形杆件2或放射形星型节点1牛腿3中耳板角钢4长边所在面上对应的两个椭圆孔5，拧紧两个螺栓10上的螺母实现“折角”形调校架与一字形杆件2或放射形星型节点1牛腿3的连接；

（4）、将一个千斤顶14放在高位的放射形星型节点1牛腿3或一字形杆件2上，千斤顶14顶推挑架角钢12横梁，产生的反力将高位的放射形星型节点1或一字形杆件2向下移动，直至两者对应面的轴线对齐。因为在调校过程中，一字形杆件2与放射形星型节点1的连接螺杆8处于放松状态，所以一字形杆件2或放射形星型节点1在调校的移动过程中几乎不会产生附加内力；

（5）、拧紧一字形杆件2与放射形星型节点1牛腿3连接螺杆8两端的螺帽；

（6）、重新安装一字形杆件2与放射形星型节点1牛腿3耳板角钢4长边所在面上的连接盖板9。

四、最终固定。完成一圈构件全部校正后，为了避免焊接变形影响结构安装的几何精度，先将该圈所有放射形星型节点1牛腿3与一字形杆件2的连接接头进行点焊，然后再进行正常的全面施焊，实现节点与杆件的最终固定。最后，拆掉所有连接螺杆8，割去所有耳板角钢4。

同理，其他各圈构件的安装流程与施工方法按照上述步骤和方法进行。

Claims (2)

1.一种由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的精确装配方法，

所述方法基于由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的以下分解：非圆形截面杆件的三向网格单层网壳结构在吊装前被分解为许多拼装单元，其特征在于：每个拼装单元包含一个具有六根牛腿的放射形星型节点、一根水平向一字形杆件和两根斜向一字形杆件，六根牛腿中的两根为水平向牛腿，这三根一字形杆件与一根水平向牛腿和处于水平向牛腿同侧的两根斜向牛腿分别相接；每根牛腿的上表面和下表面都焊有一个不等边的耳板角钢；在每根一字形杆件的两端，每端的上表面和下表面都焊接有一个不等边的耳板角钢；每个耳板角钢相垂直两条边中的长边沿着牛腿和一字形杆件的轴线方向且其长边所在的面上开有两个椭圆孔，两条边中的短边与长边垂直且其短边所在的面上开有一个圆孔，所有的耳板角钢尺寸及开孔的位置都相同；每个放射形星型节点上表面六个耳板角钢的短边绕该节点上表面中心的旋转方向相同，每个放射形星型节点下表面六个耳板角钢的短边绕该节点下表面中心的旋转方向也相同，而上、下表面之间六个耳板角钢短边的旋转方向相反；每根一字形杆件上表面两端的两个耳板角钢的短边朝向相反，每根一字形杆件下表面两端的两个耳板角钢的短边朝向也相反，同一端上、下表面的两个耳板角钢的短边朝向相反；

所述方法包括以下安装过程；结构施工按照从下往上的流程逐圈进行，一圈的所有拼装单元吊装完成并合拢后进行该圈拼装单元调校，待调校完成后再吊装上一圈的拼装单元；

拼装单元吊装时，把处于吊装状态的拼装单元的水平向一字形杆件与其水平相邻的已安装的放射形星型节点的水平向牛腿相连、两根斜向一字形杆件分别与其下部相邻的两个放射形星型节点的对应斜向牛腿相连；用连接螺杆穿过一字形杆件端部上耳板角钢短边所在面上的圆孔与放射形星型节点对应牛腿上耳板角钢短边所在面上的圆孔，把该连接螺杆两端的螺帽拧紧，再把一块开有四个椭圆孔的连接盖板盖在放射形星型节点和一字形杆件的耳板角钢的长边所在的面上，把四个螺栓分别插入四个椭圆孔并拧紧螺母，每根一字形杆件和其对应的放射形星型节点牛腿的上表面和下表面耳板角钢都进行上述连接装配，从而完成一个拼装单元吊装的吊装；重复以上拼装单元的安装过程，完成一圈所有拼装单元的吊装；

完成一圈拼装单元全部调校后，先将该圈所有放射形星型的牛腿与一字形杆件的连接接头进行点焊，然后再进行正常的全面施焊，实现节点与杆件的最终固定；最后，拆掉连接螺杆，割去耳板角钢。

2.如权利要求1所述的一种由非圆形截面杆件构成的三向网格单层网壳结构的精确装配方法，其特征在于：

其调校的方法采用以下调校装置：

所述调校装置包括“折角”形调校架，“折角”形调校架由一根垂直的槽钢和一根水平的挑架角钢组成，竖直的槽钢下端开有两个水平圆孔，这两个水平圆孔的间距与一字形杆件中耳板角钢长边所在面上开的两个椭圆孔的间距相同；槽钢的上端与挑架角钢的一端焊接，形成“折角”形调校架；

当所述网壳结构的一圈拼装单元装配合拢后，对安装该圈拼装单元时新增的所有放射形星型节点牛腿与一字形杆件连接接头之间的轴线是否对齐进行进行检查，对没有对齐的误差接头按照先下后上的顺序进行校正，即：先校正该圈拼装单元斜向一字形杆件与下圈拼装单元对应牛腿接头，再校正该圈拼装单元水平向一字形杆件与同圈拼装单元对应牛腿接头，每个接头的调校步骤为：

（1）、卸掉误差接头处的耳板角钢长边所在面上的盖板；

（2）、放松穿过一字形杆件端部耳板角钢短边所在面与放射形星型节点牛腿耳板角钢短边所在面的连接螺杆上的螺帽，但二者依然保持连接状态；

（3）、将“折角”形调校架安装在低位的一字形杆件或放射形星型节点牛腿上，用两个螺栓分别插入“折角”形调校架槽钢下端的两个水平圆孔和一字形杆件或放射形星型节点牛腿中耳板角钢长边所在面上对应的两个椭圆孔，拧紧两个螺栓上的螺母实现“折角”形调校架与一字形杆件或放射形星型节点牛腿的连接；

（4）、将千斤顶放在高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件上，千斤顶顶推挑架角钢，产生的反力将高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件向下移动，直至低位的一字形杆件或放射形星型节点牛腿和高位的放射形星型节点牛腿或一字形杆件的对应面轴线对齐；

（5）、拧紧一字形杆件耳板角钢短边所在面与放射形星型节点牛腿耳板角钢短边所在面连接螺杆两端的螺帽；

（6）、重新安装一字形杆件与放射形星型节点牛腿耳板角钢长边所在面上的连接盖板。