CN109487913B - 用于大网格结构的格构式杆件单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大网格结构的格构式杆件单元，其涉及建筑业空间结构技术领域，包括：多根相平行设置的柱肢，焊接在每一根柱肢的两端的连接节点球，连接在相邻所述柱肢之间的腹杆，分别焊接在每一个所述连接节点球上的端管，端连接件，与所述端连接件通过焊接方式或通过法兰连接方式相连接的球体；所述腹杆与所述柱肢之间采用相贯焊接；所述端连接件为两个，每一个所述端连接件与所述柱肢一端的所有所述端管相焊接连接；所述端连接件具有与所述柱肢数量相等的连接部，每一个连接部由所述端连接件的中心向外延伸，相邻所述连接部之间的夹角相同。本申请能够提高杆件的受力性能，且具有更好的经济性。

Description

用于大网格结构的格构式杆件单元

技术领域

本发明涉及建筑业空间结构技术领域，特别涉及一种用于大网格结构的格构式杆件单元。

背景技术

在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车库等建筑中，都采用的是一种上部为大跨度空间钢结构，下部为钢筋混凝土结构的建筑工程。随着社会的发展，大跨空间要向超大跨度发展，而目前的网格结构随着跨度的进一步增大会出现一些不可避免的问题。对于超大跨度，尤其是针对200m跨度以上的空间结构，一般都必须采用大网格结构，即网格的尺寸比常规的不超过5m的网格大很多，该类网格结构中网格的尺寸可达10m、甚至20m以上。由于网格尺寸过大，常规的圆钢管截面的杆件单元已经无法适用，主要原因是由于其较为细长且质量较大，圆钢管截面远不能被充分利用，导致其承载力降低较大，钢材利用率低，用钢量高。

例如，在公开号为CN105133732A的中国专利申请中提出了一种用于大跨度网格的格构组装单元，图1为现有技术中一种用于大跨度网格的格构组装单元的结构图，如图1所示，格构杆件的腹杆(图1中杆件上交叉的杆件)采用节点板6与杆件3连接，因此需要在杆件3上预先焊接节点板6，并对节点板6进行开孔；同时在交叉点处，腹杆还需要进行开孔，进而采用焊接或螺栓连接，可见，在该格构组装单元的安装过程中工序多而复杂，且制作费用高。其次，分支杆2连接在转换杆4上，转换杆4需采用钢管截面，分支杆2需要开设较长的相贯线，然后再进行相贯焊接。由于规范缺乏相关相贯节点承载力验算公式，需要专门进行有限元分析验算其相贯节点承载力，因此设计相对繁琐，加工制作也较为复杂。最后，转换杆4采用法兰5连接焊接球体1时，需要再额外设置端板，这样会再增加材料使用量。因此，亟需一种新的格构式杆件单元以至少解决上述问题中的一种。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于大网格结构的格构式杆件单元，其能够提高杆件的受力性能，且具有更好的经济性。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种用于大网格结构的格构式杆件单元，所述格构式杆件单元包括：多根相平行设置的柱肢，焊接在每一根柱肢的两端的连接节点球，连接在相邻所述柱肢之间的腹杆，分别焊接在每一个所述连接节点球上的端管，端连接件，与所述端连接件通过焊接方式或通过法兰连接方式相连接的球体；

所述腹杆与所述柱肢之间采用相贯焊接；所述端连接件为两个，每一个所述端连接件与所述柱肢一端的所有所述端管相焊接连接；所述端连接件具有与所述柱肢数量相等的连接部，每一个连接部由所述端连接件的中心向外延伸，相邻所述连接部之间的夹角相同。

优选地，所述柱肢至少采用圆钢管、截面为矩形的钢管和截面为正方形的钢管中的一种。

优选地，所述腹杆至少采用圆钢管、截面为矩形的钢管和截面为正方形的钢管中的一种。

优选地，相邻的两个所述柱肢之间的位于两端之间的所述腹杆呈曲折状分布，且与所述柱肢之间的夹角大于0度，小于90度；相邻的两个所述柱肢之间的位于两端的所述腹杆垂直于所述柱肢。

优选地，所述柱肢的数量为3或4。

优选地，当所述柱肢的数量为三根时，所述端连接件包括热弯钢板和第一钢板，所述第一钢板的一端焊接在所述热弯钢板的弯折处，所述第一钢板形成一个连接部，所述热弯钢板的一端形成一个连接部，所述热弯钢板的另一端形成一个连接部。

优选地，两根所述端管焊接在所述热弯钢板朝向所述第一钢板的一侧，分别位于所述第一钢板的左右两侧；一根所述端管焊接在所述热弯钢板背向所述第一钢板的一侧。

优选地，当所述柱肢的数量为四根时，所述端连接件包括第二钢板和两个第一钢板，一个所述第一钢板的一端焊接在所述第二钢板一侧的中部，另一个所述第一钢板的一端焊接在所述第二钢板的另一侧的中部，两个所述第一钢板分别形成一个连接部，所述第二钢板的一端形成一个连接部，所述第二钢板的另一端形成一个连接部。

优选地，两根所述端管焊接在所述第二钢板的一侧，分别位于一个所述第一钢板的左右两侧；两根所述端管焊接在所述第二钢板的另一侧，分别位于另一个所述第一钢板的左右两侧。

优选地，所述端连接件背向所述柱肢的一端焊接有第一端板，所述球体上连接有第二端板，所述第一端板与所述第二端板之间通过螺栓实现固定连接。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的格构式杆件单元优选于用于大网格结构，尤其针对200m跨度以上的空间结构。该格构式杆件单元中柱肢与腹杆之间采用相贯线焊接，其连接简单方便、耗材少且制作费用低，可以节约费用达10％左右，具有更好的经济性。其次，该格构式杆件单元中端管与球体之间设置有端连接件，彼此之间通过焊接的方式连接，通过该端连接件及相应的焊接方式可以有效保证端管与球体之间强度以及承载性能。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为现有技术中一种用于大跨度网格的格构组装单元的结构图。

图2为本申请中用于大网格结构的格构式杆件单元的结构图。

图3为柱肢的数量为三个时图2中A-A处的剖面示意图。

图4为柱肢的数量为四个时图2中A-A处的剖面示意图。

图5为本申请中柱肢与腹杆连接处的示意图。

图6为本申请中端连接件与球体通过法兰连接方式相连接的示意图。

图7为图6中B-B处的剖面图。

图8为本申请中端连接件与球体通过焊接方式相连接的示意图。

图9为图8中B-B处的剖面图。

以上附图的附图标记：

10、柱肢；20、腹杆；30、端管；40、端连接件；401、热弯钢板；402、第一钢板；403、第二钢板；404、连接部；50、球体；60、连接节点球；70、法兰；701、第一端板；702、第二端板。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够提高杆件的受力性能，且使得格构式杆件单元具有更好的经济性，在本申请中提出了一种用于大网格结构的格构式杆件单元，图2为本申请中用于大网格结构的格构式杆件单元的结构图，图5为本申请中柱肢与腹杆连接处的示意图，图6为本申请中端连接件与球体通过法兰连接方式相连接的示意图，图7为图6中B-B处的剖面图，图8为本申请中端连接件与球体通过焊接方式相连接的示意图，图9为图8中B-B处的剖面图，如图2、图5至图9所示，本申请中的格构式杆件单元可以包括：多根相平行设置的柱肢10，焊接在每一根柱肢10的两端的连接节点球60，连接在相邻柱肢10之间的腹杆20，分别焊接在每一个连接节点球60上的端管30，端连接件40，与端连接件40通过焊接方式或通过法兰70连接方式相连接的球体50；腹杆20与柱肢10之间采用相贯焊接；端连接件40为两个，每一个端连接件40与柱肢10一端的所有端管30相焊接连接；端连接件40具有与柱肢10数量相等的连接部404，每一个连接部404由端连接件40的中心向外延伸，相邻连接部404之间的夹角相同。

如图2所示，多根柱肢10相平行设置，为了能够提高整个格构式杆件单元的整体承载力，提高钢材的利用率，柱肢10的数量均采用三或四。在一种实施方式中，图3为柱肢的数量为三个时图2中A-A处的剖面示意图，如图3所示，该实施方式中柱肢10的数量为三，由于三角形具有最高的稳定性，因此，三根柱肢10之间呈正三角形设置。在另一种实施方式中，图4为柱肢的数量为四个时图2中A-A处的剖面示意图，如图4所示，该实施方式中柱肢10的数量为四，四根柱肢10之间呈正方形或矩形设置。在上述实施方式中，柱肢10至少可以采用圆钢管、截面为矩形的钢管和截面为正方形的钢管中的一种。

如图2至图4，多根腹杆20连接在相邻柱肢10之间，腹杆20的两端分别与柱肢10之间采用相贯线焊接，如此，可以在保证强度和承载性能的基础上使得腹杆20与柱肢10之间的连接加工变的简单方便，有利于降低制作费用。另外，腹杆20与柱肢10形成的整体外观更为整洁、美观。

相邻的两个柱肢10之间的位于两端之间的腹杆20呈曲折状分布，例如，该部分腹杆20与柱肢10之间的夹角大于0度，小于90度，相邻的两个柱肢10之间的位于两端的腹杆20垂直于柱肢10。在具体的实施方式中，相邻的两个柱肢10之间的位于两端之间的腹杆20与柱肢10之间的夹角可以根据腹杆20设置的数量所决定，腹杆20设置的数量越多，腹杆20与柱肢10之间的夹角越大。在满足格构式杆件单元的承载能力的基础上，腹杆20数量可以设置的偏少，如此，可以减少材料的使用量，以提高经济性，另外也可以减小整个格构式杆件单元的重量。在上述实施方式中，腹杆20至少可以采用圆钢管、截面为矩形的钢管和截面为正方形的钢管中的一种，作为优选地，腹杆20采用钢管的形状可以与柱肢10所采用的钢管形状相匹配，从而使得两者之间的结合格构式杆件单元具有最好的承载能力。

如图2，每一根柱肢10的两端分别焊接有连接节点球60，连接节点球60一方面用于与端管30相焊接连接，另外一方面还可以与位于两端的腹杆20相焊接连接，从而使得腹杆20垂直于柱肢10。例如，当柱肢10的数量为三时，垂直于柱肢10的腹杆20的数量为3。

如图2，格构式杆件单元中的端连接件40为两个，每一个连接节点球60上焊接一个端管30，端管30的一端焊接在连接节点球60上，端管30的另一端向格构式杆件单元的中心处靠拢，用于与端连接件40相连接。例如，当格构式杆件单元一侧的端管30数量为三时，三根端管30聚拢焊接在一个端连接件40上。

如图7，当柱肢10的数量为三根时，端连接件40包括热弯钢板401和第一钢板402，第一钢板402的一端焊接在热弯钢板401的弯折处，第一钢板402形成一个连接部404，热弯钢板401的一端形成一个连接部404，热弯钢板401的另一端形成一个连接部404。通过上述方式使得端连接件40具有与柱肢10数量相等的连接部404且每一个连接部404由端连接件40的中心向外延伸，相邻连接部404之间的夹角相同。在本实施方式中，相邻连接部404之间的夹角为120度。

如图6所示，两根端管30焊接在热弯钢板401朝向第一钢板402的一侧，分别位于第一钢板402的左右两侧；一根端管30焊接在热弯钢板401背向第一钢板402的一侧。整个端连接件40延伸方向的端部可以直接焊接在球体50上，或者整个端连接件40延伸方向的端部通过法兰70连接方式连接在球体50上。

如图8所示，当端连接件40延伸方向的端部直接焊接在球体50上时，沿重力方向，第一钢板402位于热弯钢板401的下方。因为热弯钢板401为一整块钢板热加工而成，其整体具有较高的强度，所以使得热弯钢板401的上下两侧均焊接连接有端管30，完全通过其与端管30相连接，端管30将柱肢10、腹杆20等的重量全部传递至热弯钢板401上。进一步的，为了防止热弯钢板401受到沿重力方向的剪切力而导致热弯钢板401的端部与球体50脱离，通过焊接在热弯钢板401下方的第一钢板402可以最大程度的起到支撑作用，以抵住热弯钢板401，热弯钢板401与第一钢板402的焊接处只需承受重力方向的力，不会或较少的受到水平方向的力，如此，第一钢板402不会折弯而导致焊接处失效或损坏。当端连接件40受到沿重力方向向上的分力时，热弯钢板401的两端与重力方向呈60度夹角，球体50与热弯钢板401的焊接处能够较好的承受住该分力，在一定程度上可以避免焊接处的失效或损坏。

如图6所示，当端连接件40延伸方向的端部通过法兰70连接方式连接在球体50上时，端连接件40背向柱肢10的一端焊接有第一端板701，球体50上连接有第二端板702，第一端板701与第二端板702之间通过螺栓实现固定连接。端连接件40与第一端板701之间的焊接方式与上文中提到的端连接件40与球体50之间的焊接方式相同，沿重力方向，第一钢板402位于热弯钢板401的下方。球体50与第二端板702之间也可以通过端连接件40焊接在一起，端连接件40与球体50、第二端板702之间的焊接方式与上文中提到的端连接件40与球体50之间的焊接方式相同，在此不再赘述。

如图9所示，当柱肢10的数量为四根时，端连接件40包括第二钢板403和两个第一钢板402，一个第一钢板402的一端焊接在第二钢板403一侧的中部，另一个第一钢板402的一端焊接在第二钢板403的另一侧的中部，两个第一钢板402分别形成一个连接部404，第二钢板403的一端形成一个连接部404，第二钢板403的另一端形成一个连接部404。通过上述方式使得端连接件40具有与柱肢10数量相等的连接部404且每一个连接部404由端连接件40的中心向外延伸，相邻连接部404之间的夹角相同。在本实施方式中，相邻连接部404之间的夹角为90度。

如图8所示，两根端管30焊接在第二钢板403的一侧，分别位于一个第一钢板402的左右两侧；两根端管30焊接在第二钢板403的另一侧，分别位于另一个第一钢板402的左右两侧。在该实施方式中，整个端连接件40延伸方向的端部也可以直接焊接在球体50上，或者整个端连接件40延伸方向的端部通过法兰70连接方式连接在球体50上。当端连接件40延伸方向的端部直接焊接在球体50上时，沿重力方向，一个第一钢板402位于第二钢板403的上方，另一个第一钢板402位于第二钢板403的下方。第二钢板403为一整块钢板，其具有较高的强度，所以使得第二钢板403的上下两侧及两端共焊接连接有四根端管30，完全通过其与端管30相连接，端管30将柱肢10、腹杆20等的重量全部传递至第二钢板403上。进一步的，为了防止第二钢板403受到沿重力方向的剪切力而导致第二钢板403的端部与球体50的焊接处脱离，通过焊接在第二钢板403下方和上方的第一钢板402可以最大程度的起到支撑作用，以抵住第二钢板403，第二钢板403与第一钢板402的焊接处只需承受重力方向或重力相反方向的力，不会或较少的受到水平方向的力，如此，第一钢板402不会折弯而导致第一钢板402与第二钢板403的焊接处失效或损坏。整个端连接件40延伸方向的端部通过法兰70连接方式连接在球体50上的实施方式与原理与柱肢10的数量为三根时的实施例中相同，在此不再赘述。

本申请中的格构式杆件单元优选于用于大网格结构，尤其针对200m跨度以上的空间结构。该格构式杆件单元中柱肢10与腹杆20之间采用相贯线焊接，其连接简单方便、耗材少且制作费用低，可以节约费用达10％左右，具有更好的经济性。其次，该格构式杆件单元中端管30与球体50之间设置有端连接件40，彼此之间通过焊接的方式连接，通过该端连接件40及相应的焊接方式可以有效保证端管30与球体50之间强度以及承载性能。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于大网格结构的格构式杆件单元，其特征在于，所述格构式杆件单元包括：多根相平行设置的柱肢，焊接在每一根柱肢的两端的连接节点球，连接在相邻所述柱肢之间的腹杆，分别焊接在每一个所述连接节点球上的端管，端连接件，与所述端连接件通过焊接方式或通过法兰连接方式相连接的球体；

所述腹杆与所述柱肢之间采用相贯焊接；所述端连接件为两个，每一个所述端连接件与所述柱肢一端的所有所述端管相焊接连接；所述端连接件具有与所述柱肢数量相等的连接部，每一个连接部由所述端连接件的中心向外延伸，相邻所述连接部之间的夹角相同；

相邻的两个所述柱肢之间的位于两端之间的所述腹杆呈曲折状分布，且与所述柱肢之间的夹角大于0度，小于90度；相邻的两个所述柱肢之间的位于两端的所述腹杆垂直于所述柱肢；

所述柱肢的数量为3或4；

当所述柱肢的数量为三根时，所述端连接件包括热弯钢板和第一钢板，所述第一钢板的一端焊接在所述热弯钢板的弯折处，所述第一钢板形成一个连接部，所述热弯钢板的一端形成一个连接部，所述热弯钢板的另一端形成一个连接部；两根所述端管焊接在所述热弯钢板朝向所述第一钢板的一侧，分别位于所述第一钢板的左右两侧；一根所述端管焊接在所述热弯钢板背向所述第一钢板的一侧；

当所述柱肢的数量为四根时，所述端连接件包括第二钢板和两个第一钢板，一个所述第一钢板的一端焊接在所述第二钢板一侧的中部，另一个所述第一钢板的一端焊接在所述第二钢板的另一侧的中部，两个所述第一钢板分别形成一个连接部，所述第二钢板的一端形成一个连接部，所述第二钢板的另一端形成一个连接部；两根所述端管焊接在所述第二钢板的一侧，分别位于一个所述第一钢板的左右两侧；两根所述端管焊接在所述第二钢板的另一侧，分别位于另一个所述第一钢板的左右两侧。

2.根据权利要求1所述的用于大网格结构的格构式杆件单元，其特征在于，所述柱肢至少采用圆钢管和截面为矩形的钢管中的一种。

3.根据权利要求1所述的用于大网格结构的格构式杆件单元，其特征在于，所述腹杆至少采用圆钢管和截面为矩形的钢管中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于大网格结构的格构式杆件单元，其特征在于，所述端连接件背向所述柱肢的一端焊接有第一端板，所述球体上连接有第二端板，所述第一端板与所述第二端板之间通过螺栓实现固定连接。