CN110258806A - 承插连接空间网格结构的榫卯式节点及空间网格结构 - Google Patents
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Abstract
一种承插连接空间网格结构的榫卯式节点及空间网格结构，该榫卯式节点，包括：毂环体，其侧壁上设有若干卯槽，毂环体上设有贯穿毂环体上下表面的中心空洞；梁，其一端设有榫头，所述榫头连接在毂环体的卯槽内；以及固定部件，可穿过中心空洞将毂环体和梁固定，防止梁在竖直方向上滑出毂环体。本发明具有构造简单，加工安装方便，传力明确可靠的特点；还能省工省时地提供成本合理、质量可靠、便于维修的空间网格钢结构。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种承插连接空间网格结构的榫卯式节点及空间网格结构。
背景技术
榫卯连接(燕尾槽)是中国木结构中常用的一种连接方式，本发明拟将其应用于空间网格结构，形成一种新型的榫卯连接钢管或工字钢的空间网格节点。
康奈尔大学的L.C.Urquhart教授说：“现代结构工程师要通过逐步改进结构设计方法和结构使用高强度材料，来建造更经济的结构。”也可以说，低成本高质量是现代结构工程的最重要的目标。近30年来，中国空间网格钢结构快速发展，对于空间网格结构，节点的力学性能是结构安全的决定性因素。
目前，空间网格结构常用的节点可分为焊接节点和装配式节点两种。装配式中螺栓连接式节点最为常用，但有时装配构造复杂，成本较高，装配时间长。为了达到低成本高质量的目的，本发明提出了新型承插连接空间网格结构的榫卯式节点。榫卯连接概念多用于木结构，现在也被用到钢管脚手架，但尚未应用于空间网格结构。因为新型承插连接空间网格结构的榫卯式节点构造和受力原理简单，承载力高，近似刚性连接，比普通装配式节点经济效益好，装配时间短，引入到空间网格节点体系中是有优势的。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种承插连接空间网格结构的榫卯式节点及空间网格结构，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种承插连接空间网格结构的榫卯式节点，包括：
毂环体，其侧壁上设有若干卯槽，毂环体上设有贯穿毂环体上下表面的中心空洞；
梁，其一端设有榫头，所述榫头连接在毂环体的卯槽内；以及
固定部件，可穿过中心空洞将毂环体和梁固定，防止梁在竖直方向上滑出毂环体。
作为本发明的另一个方面还提供了一种空间网格结构，内含有如上所述的榫卯式节点。
基于上述技术方案可知，本发明的承插连接空间网格结构的榫卯式节点及空间网格结构相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本发明具有构造简单，加工安装方便，传力明确可靠的特点；
2、本发明的榫卯式节点能省工省时地提供成本合理、质量可靠、便于维修的空间网格钢结构。
附图说明
图1-1为本发明第一实施例中的榫卯式节点的组装爆炸结构示意图；
图1-2为图1-1的俯视方向结构示意图；
图1-3为图1-1的剖面结构示意图；
图1-4为图1-1中榫头的结构示意图；
图1-5为图1-1中圆管梁的横截面结构示意图；
图1-6为本发明第一实施例中的榫卯式节点的立体结构示意图；
图1-7为图1-1中的毂环横截面示意图；
图1-8为图1-1中毂环的立体结构示意图；
图1-9为图1-1中垫片的结构示意图；
图2-1为本发明第二实施例中的榫卯式节点的组装爆炸结构示意；
图2-2为图2-1的俯视方向结构示意图；
图2-3为图2-1的剖面结构示意图；
图2-4为本发明第二实施例中的榫卯式节点的俯视方向示意图；
图2-5为图2-1中的六角形垫片结构示意图；
图2-6为图2-1中毂环的横截面示意图；
图2-7为图2-1中毂环的立体结构示意图；
图2-8为图2-1中H型梁横的立体结构示意图。
上图中，附图标记如下：
1-毂环；2-榫头；3-圆管梁；4-盖垫片；5-螺栓；6-垫圈；7-螺母；8-卯槽；9-毂环；10-H型梁；11-六角垫片；12-榫头；13-中心空洞。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种榫卯式节点，包括：
毂环体，其侧壁上设有若干卯槽，毂环体上设有贯穿毂环体上下表面的中心空洞；
梁，其一端设有榫头，所述榫头连接在毂环体的卯槽内；以及
固定部件，可穿过中心空洞将毂环体和梁固定，防止梁在竖直方向上滑出毂环体。
其中，所述的卯槽为燕尾型槽，燕尾型槽的窄端设在远离毂环体中心的一端。
其中，若干所述卯槽均匀分布在毂环体侧壁上。
其中，所述卯槽的个数为4个、6个或9个。
其中，所述卯槽的宽度大于榫头的宽度。
其中，所述毂环体采用的材料包括钢材或铝合金。
其中，所述的毂环体上设有弧形凹槽，弧形凹槽设在相邻的两个卯槽之间。
其中，所述的梁包括H型或圆管型；
所述H型的梁靠近榫头的一端呈楔形。
其中，所述固定部件包括：
至少两个垫片，其分别设置在毂环体顶部和底部，用于防止榫头在垂直方向上脱离卯槽；
螺栓，其穿过中心空洞将毂环体和梁固定；
其中，所述固定部件还包括用于加固连接的垫圈；
其中，所述的垫片包括十字形或六角形。
本发明还公开了一种空间网格结构，内含有如上所述的榫卯式节点。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
在本发明第一实施例中，承插连接空间网格结构的榫卯式节点的组成主要包括带四个卯槽的毂环1、圆管梁的榫头2、圆管梁3、上下大垫片4、在中心连接上下垫片的高强螺栓5、上下小垫圈垫圈6、在中心连上下垫片高强度螺栓螺母7、毂环的卯槽8，如图1-1至图1-9所示。
在本发明第二实施例中：承插连接空间网格结构的榫卯式节点的组成主要包括带六个卯槽的毂环9、六个带榫头的H型钢梁10、六角垫片11、H型钢梁的榫头12、上下大垫片4、在中心接连上下垫片的高强螺栓5、上下小垫圈6、在中心连接上下垫片高强栓螺母7、毂环的卯槽8，如图2-1至图2-8所述。
在本发明一些实施例中，榫卯式节点的毂环体可分为两种，带四个卯槽的节点毂环体(如图1-7和图1-8所示)和带六个卯槽的节点毂环体(如图2-6和图2-7所示)；节点梁可以用圆管梁(如图1-5所示)或H型梁(如图2-8所示)；节点梁的榫头可以分为两种：圆管普通榫头(如图1-4和图1-5所示)和H型梁的普通榫头(如图2-8所示)；节点的毂环体的卯槽可以分为两种，带四个凹燕尾槽的毂环体(如图1-7、图1-8所示)和带六个带凹燕尾槽的的毂环体(图2-2、图2-6和图2-7所示)；节点的上下垫片也可以分为两种，十字形垫片(如图1-9所示)和六角形垫片(如图2-5所示)；节点的其他的部分包括螺栓、螺栓的螺母和小垫圈，如无特殊要求，都按节点的设计要求确定。
承插连接空间网格结构的榫卯式节点采用了承插连接概念，如图1-1和图2-1所示。环焊铸件(榫头)与圆管或H型梁环焊后，节点的毂环体与梁可以连在一起。节点的每个榫头可以一个一个的插入节点的毂环体的卯槽，这种榫头和卯槽燕尾的结合形式会防止梁的水平位移(如图1-6和图2-2所示)。为了防止梁拔出，榫头插入卯槽燕尾后，螺栓穿过放置在榫头和卯槽燕尾结合处两端的上下大垫片中心和小垫圈中心，再用螺栓、螺母将两端连接(如图1-2和图2-4所示)，以约束梁的垂直位移(如图1-3和图2-3所示)。为了确保设计的容错性，毂环体的卯槽燕尾要比梁的榫头要大一点，安装要求可以参考单层网壳嵌入式毂节点的规范。由于新型承插连接空间网格结构的榫卯式节点的形状特殊，这种节点应该采用高屈服强度钢材制作毂环体，榫头构件，螺栓和螺母，如钢材Q345，而节点的梁和垫片可以采用普通钢材。
做新型承插连接空间网格结构的榫卯式节点的设计要考虑的控制参数包括：毂环墙厚度、毂环体外径、毂环体和榫头的高度、榫头型、榫头最大和最小宽度、卯槽燕尾的深度、毂环体卯槽燕尾的数量和采用的材料。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种榫卯式节点，其特征在于，包括：
毂环体，其侧壁上设有若干卯槽，毂环体上设有贯穿毂环体上下表面的中心空洞；
梁，其一端设有榫头，所述榫头连接在毂环体的卯槽内；以及
固定部件，可穿过中心空洞将毂环体和梁固定，防止梁在竖直方向上滑出毂环体。
2.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述的卯槽为燕尾型槽，燕尾型槽的窄端设在远离毂环体中心的一端。
3.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
若干所述卯槽均匀分布在毂环体侧壁上。
4.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述卯槽的个数为4个、6个或9个。
5.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述卯槽的宽度大于榫头的宽度。
6.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述毂环体采用的材料包括钢材或铝合金。
7.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述的毂环体上设有弧形凹槽，弧形凹槽设在相邻的两个卯槽之间。
8.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述的梁包括H型或圆管型；
所述H型的梁靠近榫头的一端呈楔形。
9.根据权利要求1所述的榫卯式节点，其特征在于，
所述固定部件包括：
至少两个垫片，其分别设置在毂环体顶部和底部，用于防止榫头在垂直方向上脱离卯槽；
螺栓，其穿过中心空洞将毂环体和梁固定；
作为优选，所述固定部件还包括用于加固连接的垫圈；
作为优选，所述的垫片包括十字形或六角形。
10.一种空间网格结构，其特征在于，内含有如权利要求1-9任一项所述的榫卯式节点。
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