CN107663904A - 网壳结构及其箱型节点支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网壳结构及其箱型节点支架，所述箱型节点支架包括位于内部的腹板和接合板，所述接合板连接相邻腹板，组成空心内箱，所述腹板从所述空心内箱中心向外延伸，所述腹板的外侧上端和外侧下端设置有横向板，所述横向板外侧用于与主梁杆件的翼缘板相连接，所述接合板、所述腹板及所述横向板之间的连接部分相互焊接固定。本发明能接合及拼装不同尺寸、不同角度及旋转角度的H型钢主梁杆件，节点处连接简单易行，受力合理。

Description

网壳结构及其箱型节点支架

技术领域

本发明渉及大跨度单层网壳钢结构领域，尤其涉及一种网壳结构及其箱型节点支架。

背景技术

网壳结构是一种空间杆系结构，兼具杆系和壳体的性质，受力合理，节省材料，可以实现较大的跨度，可以完成优美的建筑造型。因此，该结构在国内外颇受关注，具有广阔的发展前景。

网壳结构通常由轻质高强的钢材、铝合金等材料制成。按壳体形式可分为球面、柱面、椭圆抛物面、双曲抛物面等(大跨度空间结构--网壳结构的历史与发展，符立勇等，《工程建设与设计》)，随着技术的进步和对审美要求的提升，空间异形曲面结构也有了更加广泛的使用。能够展现建筑极高的美学价值的空间异形曲面，往往具备不对称性，导致空间几乎每一根梁杆、每一个节点的受力状态、连接方向都不一样，梁杆和节点的连接方式和尺寸形状也有较大的区别。

目前工程界常用的节点类型包括铸钢节点、球形螺栓节点、焊接球节点、相贯节点、箱型节点等。铸钢节点适用于复杂角度、不同尺寸连接，但对于空间异形曲面，各节点均不同，不适宜采用铸模批量生产，成本会极大提升(铸钢节点的工程应用与研究，刘锡良等，工业技术)。球形节点也可适应多角度、多尺寸连接，但只能用于圆形钢管连接，且杆件尺寸较大时，节点球径大，影响建筑造型。相贯节点常用于简单结构的连接，刚度较小，承受荷载能力较其它形式弱，且在杆件数量多、角度变化的情况下制作困难。

箱型节点因其刚度大，造型美观，在很多场合得到应用。但是箱型节点对多角度、多尺寸杆件连接的适应性较球形和铸钢节点在设计和施工上更为困难，且节点重量大，增加了结构负担。部分研究者采用圆管(单层箱形截面曲面网壳节点，专利号2012203824315)或X型板(一种用于箱形截面曲面网壳的X型节点板，专利号201410387484X)的方法来适应多角度杆件连接。圆管节点曲面连接位杆件切割和焊接工艺复杂，质量控制难；X型板最多只能连接四条杆件，适用性差。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种网壳结构的箱型节点支架，旨在解决现有技术中节点处连接复杂的缺陷。

本发明的网壳结构的箱型节点支架，包括位于内部的腹板和接合板，所述接合板连接相邻腹板，组成空心内箱，所述腹板从所述空心内箱中心向外延伸，所述腹板的外侧上端和外侧下端设置有横向板，所述横向板外侧用于与主梁杆件的翼缘板相连接，所述接合板、所述腹板及所述横向板之间的连接部分相互焊接固定。

优选地，所述空心内箱的上端面设置有顶板，所述空心内箱的下端面设置有底板。

优选地，所述顶板和所述底板均为正六边形。

优选地，相邻两块横向板与顶板的交界处，以及相邻两块横向板与底板的交界处设置有加强板。

优选地，上端的所述横向板和下端的所述横向板之间还设置有纵向板，所述纵向板连接所述腹板的外侧。

优选地，所述腹板朝向所述空心内箱的中轴线。

本发明还提供一种网壳结构，包括主梁杆件和前述任一项所述的箱型节点支架，所述主梁杆件的翼缘板与所述横向板外侧连接。

优选地，所述主梁杆件的翼缘板与所述横向板之间形成预设角度，且所述主梁杆件的中轴线与所述空心内箱的中轴线相交。

优选地，每个所述箱型节点支架连接的所述主梁杆件的数量为2-6个。

优选地，所述网壳结构为球面、柱面、椭圆抛物面、双曲抛物面或异形曲面的单层网壳。

本发明的箱型节点支架，通过调整腹板的尺寸和位置、腹板与横向的接合板的结合位置和角度，即可接合及拼装不同尺寸、不同角度及旋转角度的H型钢主梁杆件，节点处连接简单易行。

此外，本发明节点支架形体规则，受力合理，主梁中轴线指向空心内箱中心，主梁高在节点位置与节点高度相适应，梁身能设计为两端节点高度限制条件下的均匀变截面梁，便于分析计算的大跨度单层网壳钢结构的整体受力情况。

同时，该节点支架还符合大跨度网壳钢结构的刚性要求，优于直通式节点设计；连接位置均可为外露直线焊缝，较球形节点施工方便且质量易于保证；较球形节点和非规则箱型节点造型更美观；整体结构重量较球形节点、铸钢节点、整体箱型节点得以减轻；本发明通过工业化设计，能保证制作工艺简单，工序一致，适于批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的箱型节点支架的立体结构示意图；

图2为图1所示实施例的外环部分的结构示意图；

图3为图1所示实施例的内核部分的结构示意图；

图4为本发明实施例的网壳结构的局部结构示意图；

图5为本发明的主梁杆件轴线方向平面投影图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明所指“上下”“内外”等方位是以图1所示的视图为基准。

本发明提出一种网壳结构的箱型节点支架。

参照图1至图5，本实施例提出的箱型节点支架优选为六角空心箱型钢构节点，用于大跨度异形单层网壳钢结构，结构主梁杆件为变截面H型钢。

该实施例的箱型节点支架包含42个零件，顶板1为顶面正六边形翼缘板，底板2为底面正六边形翼缘板，顶部及底部共十二块加强板3，外环十二块横向板4，外环四块纵向板5(相对的正面及反面没有纵向板)，内核六块腹板6和内核六块接合板7。主梁杆件12优选为主梁H型钢杆件。需要说明的是，根据实际需求，也可以省略部分部件，如省略顶板、底板、纵向板及加强板等。

接合板7连接相邻腹板6，组成空心内箱，腹板6从空心内箱中心向外延伸，腹板6的外侧上端和外侧下端设置有横向板4，横向板4外侧用于与主梁杆件12的翼缘板相连接，接合板7、腹板6及横向板4之间的连接部分相互焊接固定。其它各部件之间的连接部分也可相互焊接固定。

顶板1设置于空心内箱的上端面，底板2设置于空心内箱的下端面。顶板1和底板2均为正六边形，受力合理，造型美观。当然也可以为其它多边形结构。加强板3位于相邻两块横向板4与顶板1的交界处，以及相邻两块横向板4与底板2的交界处。纵向板5位于上端的横向板4和下端的横向板4之间，纵向板5连接腹板6的外侧。此外，腹板6朝向空心内箱中轴线10。

根据结构整体计算分析，设计确定节点支架和主梁杆件12的尺寸，与同一节点支架相连的各主梁杆件12在节点处梁高相同。

拼接节点支架过程中，先将节点支架每个侧面的外环横向板4、外环纵向板5以及内核腹板6按设计要求焊接，形成六组拼装单元，每个单元的内核腹板6均指向空心内箱中轴线10。将六组拼装单元和六块内核接合板7拼成六角空心箱型，焊接牢固。加装顶板1、底板3和加强板3，并焊接牢固。最后在顶板1、底板2的中心和节点支架各侧面与主梁杆件连接的定位点出做冲孔标记11。

顶板1上设置有顶板中心冲孔标记8，底板2上设置有底板中心冲孔标记9，其中顶板中心冲孔标记8和底板中心冲孔标记9的连线即为空心内箱中轴线10(节点中轴线)。

主梁杆件12与节点支架连接，严格按照横向板冲孔标记11的定位位置安装，横向板4上设置有与主梁杆件12对位的第一冲孔标记13、第二冲孔标记14、第三冲孔标记15、第四冲孔标记16，根据需要可以正对、倾斜、旋转，但要保证主梁杆件中轴线17(垂直纸面方向)与空心内箱中轴线10相交(如图5)。

由于本发明节点支架制作技术简单，流程一致，质量控制易于掌握；节点支架形状规则，便于运输及储存，方便施工管理。节点支架和主梁杆件在制作上完全相互独立，可以根据施工条件，选择现车间预拼装、现场预拼装和吊装等方式进行施工。

本发明解决了异形大跨度单层网壳钢结构，变截面主梁以不同角度、不同尺寸与节点支架连接的难题，克服了直通连接刚度不足、箱式和球式连接重量过大等问题，H型钢结构的选用同时实现了建筑美学要求和对玻璃天幕的有效承托。

本发明还提供一种网壳结构，其局部图参见图4，包括主梁杆件12和前述任一项的箱型节点支架，主梁杆件12的翼缘板与横向板4外侧连接。腹板6的厚度与该面相连接的主梁杆件12的腹板厚度相适应。

主梁杆件12的翼缘板与横向板之间形成预设角度，且主梁杆件中轴线17与空心内箱中轴线10相交。主梁杆件12与节点连接面根据设计需要，可成任意角度，并可绕主梁杆件中轴线17旋转。每个箱型节点支架连接的主梁杆件的数量为2-6个。

网壳结构为球面、柱面、椭圆抛物面、双曲抛物面或异形曲面的单层网壳，可以实现较大的跨度，可以完成优美的建筑造型。

尽管通过以上实施案例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同组件来替换，如减少加强板3或接合板7的数量等。

Claims (10)

1.一种网壳结构的箱型节点支架，其特征在于，所述箱型节点支架包括位于内部的腹板和接合板，所述接合板连接相邻腹板，组成空心内箱，所述腹板从所述空心内箱中心向外延伸，所述腹板的外侧上端和外侧下端设置有横向板，所述横向板外侧用于与主梁杆件的翼缘板相连接，所述接合板、所述腹板及所述横向板之间的连接部分相互焊接固定。

2.如权利要求1所述的箱型节点支架，其特征在于，所述空心内箱的上端面设置有顶板，所述空心内箱的下端面设置有底板。

3.如权利要求2所述的箱型节点支架，其特征在于，所述顶板和所述底板均为正六边形。

4.如权利要求2所述的箱型节点支架，其特征在于，相邻两块横向板与顶板的交界处，以及相邻两块横向板与底板的交界处设置有加强板。

5.如权利要求1-4任一项所述的箱型节点支架，其特征在于，上端的所述横向板和下端的所述横向板之间还设置有纵向板，所述纵向板连接所述腹板的外侧。

6.如权利要求1-4任一项所述的箱型节点支架，其特征在于，所述腹板朝向所述空心内箱的中轴线。

7.一种网壳结构，其特征在于，包括主梁杆件和权利要求1-6任一项所述的箱型节点支架，所述主梁杆件的翼缘板与所述横向板外侧连接。

8.如权利要求7所述的网壳结构，其特征在于，所述主梁杆件的翼缘板与所述横向板之间形成预设角度，且所述主梁杆件的中轴线与所述空心内箱的中轴线相交。

9.如权利要求7所述的网壳结构，其特征在于，每个所述箱型节点支架连接的所述主梁杆件的数量为2-6个。

10.如权利要求7所述的网壳结构，其特征在于，所述网壳结构为球面、柱面、椭圆抛物面、双曲抛物面或异形曲面的单层网壳。