CN105821963A - 单层空间网格结构装配式双环节点 - Google Patents

单层空间网格结构装配式双环节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于单层空间网格结构的装配式双环节点，主要包括五个部分：一是中心上、下节点环，设有螺栓孔；一是工字型连接件，翼缘处设有螺栓孔；一是大封板和小封板，为矩形钢板，大封板与工字型连接件焊接，小封板设有螺栓孔，与次要杆件杆端焊接；一是高强螺栓，连接上、下节点环和工字型连接件，连接上节点环和小封板；一是主要杆件和次要杆件，为矩形钢管。节点环可仅连接主要杆件，也可既连接主要杆件，又连接次要杆件；节点环与杆件之间可成一定角度。本发明节点适用于单层空间网格结构，具有力学性能好、可装配性高、施工速度快、施工质量易于控制以及施工成本低等特点。

Description

单层空间网格结构装配式双环节点
技术领域
本发明涉及建筑业空间结构设计技术领域，具体为一种适用于单层空间网络结构的装配式双环节点。
背景技术
随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，单层空间结构建筑造型的变化越来越灵活，被广泛运用在大型标志性钢结构建筑中。建筑造型的发展就意味着对建筑结构有了更高的要求。单层空间网格结构中，杆件和节点是其两个重要组成部分，而节点设计则是结构设计安全可靠的重要保证，包括节点形式及其刚度、强度等。焊接空心球节点和螺栓球节点是空间网格结构的主要节点形式。通过长期的工程经验，设计师们以这些节点为基础，衍生出了不同种类的节点形式。其中，装配式节点具有可工厂化批量生产、施工周期短等特点，受到广泛关注。
现阶段，运用于单程空间网格结构的装配式节点主要有：螺栓球节点和板式节点。螺栓球节点各部件均可在工厂批量生产，现场装拆方便。但高度精细化的加工带来了成本的提高，且在应用中一般将其按铰接节点处理，不建议在单层空间网格结构中使用。板式节点的连接方案简单可行，但是节点本身的设计限制了结构的杆件只能采用工字型截面，且同一个节点的所有杆件连接在一个中心锭上，导致杆件部分主次，所有杆件的高度必须相同，造成了材料的浪费。
本发明提出的一种单层空间网格结构装配式双环节点，装配性能好，加工精度要求低，既可连接主要杆件，也可连接次要杆件，在单层空间网格结构中具有良好的应用前景。
发明内容
技术问题：针对现有装配式节点存在的问题，本发明的目的在于提出一种单层空间网格结构装配式双环节点，其能够通过普通机械加工实现，装配性高，成本较低。
技术方案：本发明是一种单层空间网格结构装配式双环节点，该双环节点包括：上节点环、下节点环、主要杆件、封板连接件、高强螺栓；其中，上节点环、下节点环同轴设置，封板连接件固定在主要杆件的内端，在封板连接件上设有螺孔，高强螺栓通过该螺孔将主要杆件与上节点环和下节点环连接。
所述的上节点环、下节点环的外周连接主要杆件，还可将两主要杆件替换为次要杆件，且次要杆件仅与上节点环连接。
所述次要杆件杆端与小封板焊接，再通过高强螺栓与上节点环连接。
所述封板连接件为矩形厚钢板，在上、下翼缘设有螺栓孔，且设有内螺纹，通过高强螺栓与上、下节点环连接，与主要杆件为焊接。
所述的小封板为矩形钢板，设有螺栓孔，且带有螺纹，一面焊接在次要杆件杆端，一面通过高强螺栓与上节点环连接。
所述主要杆件和次要杆件为矩形截面的钢管，每个杆件杆端与封板焊接；主要杆件的数量与封板连接件的数量相同；主要杆件与上、下节点环均相连，次要杆件仅与上节点环相连。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明中，结构对加工精度要求低，普通的机械加工即可实现，且加工原材料易获取；
2)本发明属于装配式节点，其各部分构件均可在工厂批量生产，焊接作业也均在工厂完成，预制程度高；现场直接安装就位，最大程度的减少了施工过程对环境的影响，降低了现场工人的劳动强度以及施工的难度，具有施工速度快、施工质量易于控制以及施工成本低等特点；
3)本发明运用在可区分主要受力杆件和次要受力杆件的单层空间网格结构中，可同时连接主要杆件和次要杆件，节约材料，使得结构造型轻盈；
4)本发明中，节点环、高强螺栓以及封板连接件之间形成了有效的连接，保证了节点的强度和刚度，且上、下两个高强螺栓使得本发明具有良好的弯矩传递性能。
附图说明
图1为本发明实施例一的节点构造平面图；
图2为本发明实施例一装配完成后结构示意图；
图3为本发明实施例一装配方法示意图；
图4为本发明实施例一装配完成节点1-1剖面图；
图5为本发明实施例一上节点环平面图和正立面图；
图6为本发明实施例一下节点环平面图和正立面图；
图7为本发明实施例二的节点构造平面图；
图8为本发明实施例二装配完成后结构示意图；
图9为本发明实施例二装配方法示意图；
图10为本发明实施例二装配完成节点2-2剖面图；
图11为本发明实施例二上、下节点环平面图和正立面图。
图中：1、上节点环，2、下节点环，3、主要杆件，4、次要杆件，5、封板连接件，6、高强螺栓，7、小封板。
具体实施方式
中心上节点环和下节点环，由实心圆环削切加工而成；节点环可既连接主要杆件，又连接次要杆件，也可仅连接主要杆件；节点环与杆件之间可以一定角度连接；根据连接的主要杆件和次要杆件数量来决定上节点环和下节点环的削切边数；在封板连接件和节点环上均设有螺栓孔，以实现两者的连接；
封板连接件为矩形厚钢板，在上、下翼缘设有螺栓孔，且设有内螺纹，通过高强螺栓与上、下节点环连接，与主要杆件为焊接；
小封板，为矩形钢板，设有螺栓孔，且带有螺纹，一面焊接在次要杆件杆端，一面通过高强螺栓与上节点环连接；
高强螺栓，由螺母、螺杆和螺帽组成，通过高强螺栓，将节点环分别和封板连接件、小封板相连；
主要杆件和次要杆件，为矩形钢管，每个杆件杆端与封板焊接；主要杆件的数量与封板连接件的数量相同；主要杆件与上、下节点环均相连，次要杆件仅与上节点环相连。
本发明提供了两个实施例。实施例一适用于能明确区分主要受力杆件和次要受力杆件的单层空间网格结构，尤其是单层三角形空间网格结构；实施例二适用于杆件受力较均匀的单层空间网格结构。实施例一与实施例二的区别为连接的杆件不同，主要体现在：实施例一上、下节点环连接四根主要杆件，上节点环连接两根次要杆件；实施例二上、下节点环连接六根主要杆件。
为使本发明的内容更加明显易懂，下面结合附图和具体实例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例一
图1至图6为本发明实施例一的节点示意图，是区分主要受力杆件和次要受力杆件的单层空间网格结构中的节点。结合图1、图2和图3，本发明主要包括五个部分：一是中心节点环，分上节点环1和下节点环2，由实心圆环削切加工而成，环上设有螺栓孔，可与主要杆件3和次要杆件4相连；一是封板连接件5，在上、下翼缘设有螺栓孔；一是小封板7，为矩形钢板，设有螺栓孔，一面焊接在次要杆件4杆端，一面通过高强螺栓6与上节点环连接；一是高强螺栓6，连接上、下节点环和封板连接件，连接上节点环和小封板；一是主要杆件3和次要杆件4，为矩形或方形钢管，主要杆件的数量为四，次要杆件的数量为二。
图3是本发明节点的装配方法示意图，在工厂预制中心上环节点1、下节点环2、主要杆件3、次要杆件4、封板连接件5、高强螺栓6和小封板7，高强螺栓与封板连接件、小封板的焊接，封板连接件和主要杆件的焊接，以及小封板和次要杆件的焊接均在工厂完成，焊接好的构件在施工现场再通过将高强螺栓穿过中心节点环之后，用螺帽拧紧进行连接。
图4是装配完成后节点的剖面三维图。
图5是中心上节点环1的构造，在工厂由圆环削切而成，杆件的数量决定了中心节点环的外径以及削切边数量，削切宽度与杆件的宽度相同；在削切边中部设有带螺纹的螺栓孔；圆环的内直径要为拧紧螺帽预留出足够的空间。
图6是中心下节点环2的构造。
实施例二
图7至图10为本发明实施例二的示意图。当单层空间网架结构的各个杆件受力较均匀时，中心节点环连接的所有杆件均为主要杆件3，其他构件及连接方式与实施例一相同。
下面对本发明加工及装配过程进行说明：
1.根据工程具体情况，对单层空间网格结构进行设计，确定节点的受力情况，确定节点形式为实施例一或者实施例二以及杆件的规格；
2.根据第一步的数据，进一步计算出中心节点环、封板连接件及高强螺栓的尺寸，确定高强螺栓的性能等级及钢材的牌号。其中，封板连接件的高与杆件高相同。
3.根据第二步的数据，在工厂完成各构件的加工及焊接。其中，高强螺栓穿过封板连接件，螺母和封板连接件焊接在一起，封板连接件焊有螺母的一面再与主要杆件焊接。小封板、高强螺栓和次要杆件以同样地方式进行焊接。加工时要考虑到各构件安装时所需的间隙。
4.将在工厂加工好的各构件运输到现场，实施例一先装配主要杆件部分，将封板连接件上的两螺栓分别穿过上、下节点环，在节点环内部，用螺帽将螺栓拧紧。再将小封板上的螺栓穿过上节点环，在节点环内部，用螺帽将螺栓拧紧。实施例二则只需拧紧主要杆件和上、下节点环的高强螺栓。
5.施工时，建议根据具体单层空间网格结构的跨度和造型来选择安装方式。可采用高空分块安装法，采用少量脚手架，把在地面上已组装好的小块网格吊装到设计标高就位，然后与相邻的小块网格连接成整体。亦可采用高空累积滑移法，在网格一端高空组装一段网格，滑移厚让出该段网格的组装平台，便可组装第二段网格并与第一段网格连成整体，在高空滑移一段距离，再组装一段网格，如此重复，直至组装最后一段网格，即完成整个网格结构的安装工作。
本发明中所述实施例仅为本发明的优选实施方式，并非用来限定本发明的实施范围。应当指出：凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与改进润饰，都应作为本发明的技术范畴及保护范围。

Claims (6)

1.一种单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，该双环节点包括：上节点环(1)、下节点环(2)、主要杆件(3)、封板连接件(5)、高强螺栓(6)；其中，上节点环(1)、下节点环(2)同轴设置，封板连接件(5)固定在主要杆件(3)的内端，在封板连接件(5)上设有螺孔，高强螺栓(6)通过该螺孔将主要杆件(3)与上节点环(1)和下节点环(2)连接。
2.根据权利要求1所述的单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，所述的上节点环(1)、下节点环(2)的外周连接主要杆件(3)，还设有次要杆件(4)与上节点环(1)连接。
3.根据权利要求2所述的单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，所述次要杆件(4)杆端与小封板(7)焊接，再通过高强螺栓与上节点环连接。
4.根据权利要求1所述的单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，所述封板连接件(5)为矩形厚钢板，在上、下翼缘设有螺栓孔，且设有内螺纹，通过高强螺栓(6)与上、下节点环连接，与主要杆件(3)为焊接。
5.根据权利要求3所述的单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，所述的小封板(7)为矩形钢板，设有螺栓孔，且带有螺纹，一面焊接在次要杆件杆端，一面通过高强螺栓与上节点环(1)连接。
6.根据权利要求3所述的单层空间网格结构装配式双环节点，其特征在于，所述主要杆件(3)和次要杆件(4)为矩形截面的钢管，每个杆件杆端与封板焊接；主要杆件的数量与封板连接件的数量相同；主要杆件与上、下节点环均相连，次要杆件仅与上节点环相连。
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