CN104790525A - 预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构，包括位于上层的多个H型铝合金杆件、位于下层的多个H型铝合金杆件、位于上层的H型铝合金杆件通过上层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的上端相连，位于下层的H型铝合金杆件通过下层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的下端相连，在上层螺栓装配节点的下盖板和下层螺栓装配节点的上盖板上分别固定有若干个等角度间隔的连接板，上层螺栓装配节点与相邻的下层螺栓装配节点之间通过斜拉索相连，其两端分别固定在各自节点的相应的连接板上，形成预应力螺栓装配双层铝合金网壳结构。本发明能够提高铝材强度的利用效能，增强结构的稳定承载力，降低结构的建造成本。

Description

预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构

所属技术领域

本发明涉及一种预应力铝合金网壳结构，更具体地说，涉及一种预应力螺栓装配双层铝合金网壳结构。

背景技术

铝合金是一种新型的空间网壳材料。铝合金与钢材相比，密度仅为钢材的1/3，轻盈的结构体系有利于抗震设计，同时自重的降低减小了对下部支座的负担，这一优势在大跨度空间结构中更为明显。铝在空气中能够氧化出致密层，从而阻止内部的铝的进一步腐蚀，因此，在较强腐蚀环境下服役的建筑结构非常适合使用铝合金，如游泳馆、化工和煤炭行业的储藏仓库和生产厂房、以及海上结构等。此外，铝合金结构外形美观结构轻盈，在使用阶段免维护，使用寿命长，有着良好的综合经济效益，且铝合金材料结构可以回收，响应了国家绿色建筑、可持续发展的理念。

目前常用的铝合金网壳结构形式主要是H型单层铝合金网壳结构和佛伦蒂尔小双层铝合金网壳结构。随着在工程中的应用，这两种铝合金网壳结构体系暴露出一些自身的不足，主要表现在：1)H型单层铝合金网壳结构中节点只是连接了H型铝合金杆件的上下翼缘，并没有连接腹板，导致节点的抗剪刚度较弱，降低了结构的稳定承载力；2)H型单层铝合金网壳结构属于单层网壳结构，其承载力主要受稳定控制，因此铝合金材料强度难于充分发挥，降低了材料利用率；3)佛伦蒂尔小双层铝合金网壳结构的节点为毂式节点，抗弯刚度较弱，导致此结构体系的整体稳定性较差；4)佛伦蒂尔小双层铝合金网壳结构虽然包括上下两层杆件，但是由于毂式节点本身的局限性，导致上下两层杆件之间的距离较小，导致此结构体系的整体稳定性较差、材料强度难于充分发挥，降低了材料利用率。

发明内容

本发明针对现有铝合金网壳结构技术方面的不足和铝合金材料不适宜焊接的难题，旨在开发一种能够提高铝材强度的利用效能，增强结构的稳定承载力，降低结构的建造成本的预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构。本发明的技术要点如下：

一种预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构，包括位于上层的多个H型铝合金杆件、位于下层的多个H型铝合金杆件、位于上层的H型铝合金杆件通过上层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的上端相连，位于下层的H型铝合金杆件通过下层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的下端相连，所述的螺栓装配节点包括上盖板、下盖板、中心肋管和肋板，肋板与中心肋管连接在一起，中心肋管通过螺栓与上盖板、下盖板连接在一起；H型铝合金杆件的上翼缘通过螺栓与螺栓装配节点的上盖板连接在一起，H型铝合金杆件的下翼缘通过螺栓与螺栓装配节点的下盖板连接在一起，H型铝合金杆件的腹板通过螺栓与螺栓装配节点的肋板连接在一起，其特征在于，在上层螺栓装配节点的下盖板和下层螺栓装配节点的上盖板上分别固定有若干个等角度间隔的连接板，上层螺栓装配节点与相邻的下层螺栓装配节点之间通过斜拉索相连，其两端分别固定在各自节点的相应的连接板上，形成预应力螺栓装配双层铝合金网壳结构。

螺栓装配节点的中心肋管中最好浇筑满混凝土。

本发明涉及的预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构使承载力进而由刚度和稳定控制，提高了结构体系的整体稳定性，从而使铝合金材料强度得以充分发挥，提高材料利用率，满足建筑对更大跨度的要求；并且通过将拉索引入，使上下两层的网格构件高度增大，而优化的节点也使得连接更加紧密和安全。

附图说明

图1为本发明预应力螺栓装配双层铝合金网壳结构的三维示意图；

图2为本发明的三维示意图；

图3为本发明下层螺栓装配节点的三维示意图；

图4为本发明螺栓装配节点的三维示意图。

图中：1、上层H型铝合金杆件，2、下层H型铝合金杆件，3、上层螺栓装配节点，4、下层螺栓装配节点，5、竖铝合金圆腹杆，6、上盖板，7、下盖板，8、螺栓，9、中心肋管，10、肋板，11、铝合金斜拉索，12、连接板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例螺栓装配双层铝合金网壳结构，包括上层H型铝合金杆件1、下层H型铝合金杆件2、上层螺栓装配节点3、下层螺栓装配节点4、竖铝合金圆腹杆5和螺栓8。在本发明里，上层螺栓装配节点3和下层螺栓装配节点4结构基本相同，不同之处主要是：前者位于竖腹杆5的上部，且其下盖板有凸向腹部的连接板，后者位于竖铝合金圆腹杆5的下部，其上盖板有凸向腹部的连接板。

螺栓装配双层铝合金网壳结构的上层H型铝合金杆件1和下层H型铝合金杆件2的布置形式采用三向网格。预应力铝合金斜拉索11作为其斜腹杆，铝合金圆杆剪为其竖腹杆，施加预应力后整个体系形成带腹杆的预应力双层铝合金网壳。

螺栓装配节点分为中间结构螺栓装配节点和周边支承螺栓装配节点，中间结构螺栓装配节点包括上盖板、下盖板、中心肋管和肋板。

以下层螺栓装配节点为例，H型铝合金杆件下层螺栓装配节点包括上盖板6、下盖板7、中心肋管9和肋板10，中心肋管9包括圆形铝合金管、上端板、下端板，上端板和下端板中包括预留螺栓孔，通过螺栓8将中心肋管9与下层螺栓装配节点的上盖板6、下盖板7连接在一起，肋板10通过焊缝与中心肋管9连接在一起。下层螺栓装配节点的中心肋管9中浇筑满混凝土。下层螺栓装配节点的上盖板6在预留两排螺栓孔的中心线上通过挤压制作出六个凸出的连接板12，并保证上盖板为一个整体，因此六个连接板互成60°夹角，连接板分别位于六方向预留与H型铝杆件连接的两排螺栓孔的正中面上。下盖板并无此外凸连接板。

下层螺栓装配节点的上盖板6、下盖板7的预留螺栓孔分为内侧螺栓孔和外侧螺栓孔，下层螺栓装配节点的下盖板7的外侧螺栓孔与下层H型铝合金杆件2的下翼缘连接，内侧螺栓孔与中心肋管9的下端板连接；下层螺栓装配节点的上盖板6的外侧螺栓孔与下层H型铝合金杆件2的上翼缘连接，内侧螺栓孔与中心肋管9的上端板、竖铝合金圆腹杆5的下端板连接。

下层H型铝合金杆件2的上翼缘通过螺栓8与下层螺栓装配节点的上盖板6连接在一起，下层H型铝合金杆件2的下翼缘通过螺栓8与下层螺栓装配节点的下盖板7连接在一起，下层H型铝合金杆件2的腹板通过螺栓8与下层螺栓装配节点的肋板10连接在一起。

上层螺栓装配节点的构造及上层H型铝合金杆件与上层螺栓装配节点的连接方式与下层螺栓装配节点的情况完全对称。

螺栓装配双层铝合金网壳结构的竖铝合金圆腹杆5包括圆形铝合金管、上端板、下端板，上端板和下端板中包括预留螺栓孔，通过螺栓8将竖铝合金圆腹杆5与螺栓装配节点连接在一起，形成螺栓装配双层铝合金网壳结构。

进行螺栓装配双层铝合金网壳结构的制作安装时，首先根据螺栓装配双层铝合金网壳结构的设计图纸，在工厂将H型铝合金杆件、竖铝合金圆腹杆、螺栓装配节点及其相应配件进行精确加工，包括这些组件及配件的螺栓孔预留，中心肋管内浇筑满混凝土，肋板与中心肋管的焊接，分块上盖板、分块下盖板与中心肋管的焊接，所有焊接工作均在工厂进行，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螺栓装配和安装固定。下面以高空散装法为例进行说明。按照由周圈向中央、先下层后上层的施工顺序，首先在地面上进行周边支承下层螺栓装配节点的预拼装，根据测量放样的支座中线点安装周边支承螺栓装配节点并点焊固定后，进行首圈杆件安装。然后进行中间结构螺栓装配节点与杆件的安装，对于等高H型铝合金杆件下层螺栓装配节点，首先在地面上通过螺栓8将中心肋管9与下盖板7连接在一起，将预应力拉索与下盖板7连接在一起，然后吊至高空通过螺栓8依次将H型铝合金杆件2的下翼缘与下盖板7连接在一起、将H型铝合金杆件2的腹板与肋板10连接在一起，将预应力拉索与相邻节点下层装配节点上盖板上同方向的连接板相连。待6根H型铝合金杆件2均与下盖板7和肋板10连接完成后，再通过螺栓8将上盖板6分别与中心肋管9和H型铝合金杆件2的上翼缘连接在一起。中间结构下层螺栓装配节点与杆件安装完成后，进行上层铝合金网壳的螺栓装配和杆件安装固定，方法同下层铝合金网壳。最后通过螺栓8将竖铝合金圆腹杆5与下层螺栓装配节点的上盖板6和上层螺栓装配节点的下盖板7连接在一起，如此，按照由周圈向中央、先下层后上层逐级施工，最后连接完毕后通过拧紧拉索上的螺栓给体系施加预应力，完成后该预应力双层铝合金网壳结构安装完成。

Claims (2)

1.一种预应力螺栓装配式双层铝合金网壳结构，包括位于上层的多个H型铝合金杆件、位于下层的多个H型铝合金杆件、位于上层的H型铝合金杆件通过上层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的上端相连，位于下层的H型铝合金杆件通过下层的螺栓装配节点与竖铝合金圆腹杆的下端相连，所述的螺栓装配节点包括上盖板、下盖板、中心肋管和肋板，肋板与中心肋管连接在一起，中心肋管通过螺栓与上盖板、下盖板连接在一起；H型铝合金杆件的上翼缘通过螺栓与螺栓装配节点的上盖板连接在一起，H型铝合金杆件的下翼缘通过螺栓与螺栓装配节点的下盖板连接在一起，H型铝合金杆件的腹板通过螺栓与螺栓装配节点的肋板连接在一起，其特征在于，在上层螺栓装配节点的下盖板和下层螺栓装配节点的上盖板上分别固定有若干个等角度间隔的连接板，上层螺栓装配节点与相邻的下层螺栓装配节点之间通过斜拉索相连，其两端分别固定在各自节点的相应的连接板上，形成预应力螺栓装配双层铝合金网壳结构。

2.根据权利要求1所述的螺栓装配双层铝合金网壳结构，其特征在于，螺栓装配节点的中心肋管中浇筑满混凝土。