CN110331808A - 一种金属穹顶结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属穹顶结构，涉及钢结构建筑领域，其技术方案要点是，包括相互插接的多个接插件和钢梁；所述的接插件在周圈设有多个的嵌槽，钢梁的两端嵌挂在相邻两个接插件的嵌槽内，三个接插件和三根钢梁可按设定需求嵌挂安装共同形成拼接的三角最小单元，所述钢梁和接插件以最小单元拼接成多个单元以形成穹顶结构。其技术效果是：拼接式搭接金属穹顶，钢梁和接插件形成若干三角最小单元，施工效率得到大幅提升；利用圆形的接插件、连接件过渡的设计，在装配过程中的，能够在空间位置上精确定位，提高了装配的精度。

Description

一种金属穹顶结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑领域，特别涉及一种金属穹顶结构及其安装方法。

背景技术

传统的建筑设计，为了考虑支承结构，设计屋面结构时，跨度相对较小。现代化的建筑设计，建筑屋面的结构越来越复杂，比如各大商场的穹顶都设计成拱形，具有曲率连续的曲面或者具有弧面，对于该种屋面结构，通常布置上多块钢化玻璃，可以形成采光顶，但是形成穹顶的支承龙骨并不好施工安装设计，大型金属构件的搭接较为麻烦，且搭接方法的成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属穹顶结构，其具有搭接方便、成型效率高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种金属穹顶结构，包括相互插接的多个接插件和钢梁；所述的接插件在周圈设有多个的嵌槽，钢梁的两端嵌挂在相邻两个接插件的嵌槽内，三个接插件和三根钢梁可按设定需求嵌挂安装共同形成拼接的三角最小单元，所述钢梁和接插件以最小单元拼接成多个单元以形成穹顶结构。

通过采用上述技术方案，利用钢梁和接插件拼接出三角最小单元，改变了传统的搭建穹顶的模式，钢梁可挂嵌在接插件内形成限位，可预搭接成型，成型后的结构在施工时，方便操作工人在进行焊接；该种金属穹顶结构可应用在不同规模的建筑上，可根据建筑物的规格等比例放大或缩小适配，尤其是目前大型建筑上，该种搭建式穹顶，利用该种挂嵌的连接方式，利用接插件的嵌槽留有活动余量，利于装配。

进一步设置：穹顶结构的下侧设有可拆除的胎架，所述胎架包括至少两根且水平布置在地面上的底梁和垂直于底梁的一根中心立柱及四根支承立柱；底梁之间以中点相互交错，所述底梁的中点位置处设有中心立柱，中心立柱上布置有接插件；在底梁的正负方向上设有支承立柱，在每一个支承立柱上均布置有接插件；所述底梁上的支承立柱对应同一竖直方向上的接插件连接进行支承。

通过采用上述技术方案，穹顶结构在施工安装时，需要借助胎架，利用胎架在下方做辅助支撑，便于接插件和钢梁的搭接成型。

进一步设置：所述底梁设有两根，分别为第一底梁和第二底梁，第一底梁和第二底梁以交错点为原点建立坐标系（X,Y,Z），第一底梁的正X方向和负X方向的支承立柱各设有一根，第二底梁的正Y方向和负Y方向的支承立柱各设有一根。

通过采用上述技术方案，第一底梁和第二底梁交错点定为原点，于中心利用中心立柱支承，并在原点的周圈根据规律布置有多个支承立柱，完成对钢梁的支撑。

进一步设置：所述中心立柱和接插件之间及支承立柱和接插件之间均设有连接件，所述螺栓连接在中心立柱或支承立柱的顶部，且连接件的上侧设有供接插件嵌设限位的连接槽。

通过采用上述技术方案，连接件安装在中心立柱或支承立柱上，利用连接件过渡调整，可以在空间上提供一个方位上的调整，在钢梁与接插件于空间上配合时，更为方便。

进一步设置：所述接插件呈套管状设置，接插件的嵌槽布置在圆周的侧壁上，连接件上的连接槽呈环形与接插件相适配。

通过采用上述技术方案，钢梁具有一定的厚度，利用套管状的接插件，两两相邻嵌槽的间距即为钢梁截面的竖向宽度，在组装时，避免相邻钢梁的侧边相互抵触。

进一步设置：所述钢梁的端部设有钩部，钩部具有向下的凹槽，钢梁的钩部嵌设至嵌槽内后，凹槽挂接在接插件上。

通过采用上述技术方案，钢梁端部的钩部利用凹槽嵌设在接插件上，钩部挂嵌在接插件的本体上，在竖向方向上具有一个活动余量，便于嵌设和调整。

进一步设置：所述中心立柱和支承立柱均为多段式拼接结构，所述拼接结构包括分别第一段体和第二段体，第一段体和第二段体端部的设有缺口，缺口端面Z形拼接，第一段体和第二段体位于缺口位置处设有互连的螺栓。

通过采用上述技术方案，中心立柱和支承立柱的分段设计，在穹顶结构施工安装完成后，可以方便的在中部位置对胎架进行拆卸。

进一步设置：所述第一段体和第二段体相互抵触的内侧面上分别设有相互限位的限位块和限位槽，限位块于内侧面上竖向布置两个，且凸起方向相反。

通过采用上述技术方案，分段设计后，需要考虑连接强度，限位块和限位槽的设计增加了连接强度，抗扭曲能力，增加立柱的支撑稳定性。

本发明的另一目的是提供一种金属穹顶结构的安装方法，其具有搭接方便、成型效率高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种金属穹顶结构的安装方法，包括以下步骤：S01，安装胎架，预先将第一底梁和第二底梁十字交错的嵌设连接形成底梁；

S02，安装支承框架，取钢材嵌设成矩形框架结构，将矩形框架结构嵌设安装在底梁上，并在其中一对角线上插接第三底梁；

S03，取中心立柱和支承立柱，以交错点为原点建立坐标系E1（X,Y,Z），心立柱安装在十字交错的中心点位置处，第一底梁的正X方向和负X方向的支承立柱各设有一根，第二底梁的正Y方向和负Y方向的支承立柱各设有一根，中心立柱和支承立柱预设连接件；

S04，搭接穹顶结构，取多个接插件和钢梁， 将中心立柱上的接插件记为X，支承立柱上的接插件记为E；底梁上的穹顶底座支点记为F；X、E、F所在点处于同一平面上，且于XF之间的空间位置上布置多个接插件，在本实施方式中，所包含的接插件的规格有如下数量：1X、4A、4B、4C、4D、4E、4F共计25个；

具体的，在安装穹顶结构时，从任一F点开始安装，将钢梁的钩部挂嵌在接插件的嵌槽内，先连接F-B、B-A、A-F，形成拼接的三角最小单元，再安装B-C、C-E、E-B和A-E、E-C、C-A,形成四个相连的三角最小单元，接下来安装C-D、D-E和E-D、D-C及D-X、X-D、D-D完成相接的三角最小单元。至此，已完成1/4的拼装工作，余下3/4按上述方法安装，最终形成穹顶结构。

此处，对规律延伸布置具体举例，如在X、E、F所在同一平面上，增设有四个接插件E，则在第一底梁1的正X方向和负X方向的外侧再布置一根支承立柱，第二底梁的正Y方向和负Y方向的外侧再布置一根支承立柱。

S05，焊接穹顶结构，将嵌设结构焊接一体；

S06，拆除胎架。

通过采用上述技术方案，这种方法中，金属穹顶结构采用的是钢梁和接插件拼接而成的，钢梁可挂嵌在接插件内形成限位，可预搭接成型，成型后的结构在施工时，方便操作工人在进行焊接；该种金属穹顶结构可应用在不同规模的建筑上，可根据建筑物的规格等比例放大或缩小适配，尤其是目前大型建筑上，该种搭建式穹顶，利用该种挂嵌的连接方式，利用接插件的嵌槽留有活动余量，利于装配，形成的跨度大。

进一步设置：在步骤S04中，以三角最小单元规律拼接成穹顶的1/4，再拼接穹顶对称位置的1/4，最后利用其余的三角最小单元进行补充拼接。

通过采用上述技术方案，分批拼接，先后搭接的部分穹顶的不会产生集中受力，搭接更稳定。

综上所述，本发明具有以下有益效果：1、拼接式搭接金属穹顶，钢梁和接插件形成若干三角最小单元，施工效率得到大幅提升；

2、利用圆形的接插件、连接件过渡的设计，在装配过程中的，能够在空间位置上精确定位，提高了装配的精度；

3、钢梁和接插件形成若干三角最小单元，能够自由的组装，尤其是规律的曲面结构可以利用这种搭接方式，更重要的是非规律曲面结构，采用该种挂嵌的连接方式，利用接插件的嵌槽留有活动余量，可形成较为复杂的非规律曲面结构。

附图说明

图1是底梁、中心立柱和支承立柱的结构示意图；

图2是穹顶结构的1/4结构示意图；

图3是钢梁与接插件的连接结构示意图；

图4是金属穹顶结构的俯视图；

图5是一种金属穹顶结构的立体图

图6是图1中的G处单放大示意图；

图7是中心立柱和支承立柱上的H处拼接结构的结构示意图。

图中，1、第一底梁；2、第二底梁；3、底梁；4、支承框架；5、第三底梁；6、中心立柱；7、支承立柱；8、连接件；81、连接槽；9、接插件；91、嵌槽；10、钢梁；11、钩部；12、凹槽；13、第一段体；14、第二段体；15、限位块；16、限位槽；17、缺口；18、胎架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

第一种优选实施方式：

一种金属穹顶结构，如图1所示，安装时，需要先搭建胎架18，胎架18包括至少两根且水平布置在地面上的底梁3，底梁3设有两根，分别为第一底梁1和第二底梁2，第一底梁1和第二底梁2之间以中点相互交错，第一底梁1和第二底梁2以交错点为原点建立坐标系（X,Y,Z）。

底梁3还设有支承框架4，支承框架4包括相互插接形成矩形结构并嵌设在第一底梁1和第二底梁2上，支承框架4的任一对角线上还插接有第三底梁5。底梁1的支承框架4增加了底梁1支撑的稳定性，穹顶结构的重量通过中心立柱6和支承立柱7传递第一底梁1和第二底梁2上，尤其是在第一底梁1和第二底梁2的交错点上，产生应力集中，支承框架4很好的将应力分散，改善支撑稳定性。

如图2所示，底梁3的中点位置处设有中心立柱6，中心立柱6朝向正Z方向延伸。第一底梁1的正X方向和负X方向的支承立柱7各设有一根，第二底梁2的正Y方向和负Y方向的支承立柱7各设有一根。

如图2、图4和图5所示，中心立柱6上布置有接插件9，且在每一个支承立柱7上均布置有接插件9。

如图3所示，接插件9呈套管状设置，接插件9在周圈设有多个沿圆周布置的嵌槽91，接插件9的嵌槽91布置在圆周的侧壁上，在接插件9的周圈的嵌槽91内挂接有多个的钢梁10。钢梁10的端部设有钩部11，钩部11具有向下的凹槽12，钢梁10的钩部11嵌设至嵌槽91内后，凹槽12挂接在接插件9上。

如图2、图4所示，将中心立柱6上的接插件9记为X，支承立柱7上的接插件9记为E；底梁3上的穹顶底座支点记为F。X、E、F所在点处于同一平面上，且于XF之间的空间位置上布置多个接插件9，在本实施方式中，所包含的接插件9的规格有如下数量：1X、4A、4B、4C、4D、4E、4F共计25个。

具体的，在安装穹顶结构时，从任一F点开始安装，将钢梁10的钩部11挂嵌在接插件9的嵌槽91内，先连接F-B、B-A、A-F，形成拼接的三角最小单元，再安装B-C、C-E、E-B和A-E、E-C、C-A,形成四个相连的三角最小单元，接下来安装C-D、D-E和E-D、D-C及D-X、X-D、D-D完成相接的三角最小单元。至此，已完成1/4的拼装工作，余下3/4按上述方法安装，最终形成穹顶结构。

此处，对规律延伸布置具体举例，如在X、E、F所在同一平面上，增设有四个接插件E，则在第一底梁1的正X方向和负X方向的外侧再布置一根支承立柱7，第二底梁2的正Y方向和负Y方向的外侧再布置一根支承立柱7。

如图6所示，中心立柱6和接插件9之间及支承立柱7和接插件9之间均设有连接件8，连接件8螺栓连接在中心立柱6或支承立柱7的顶部，在连接件8的上侧设有供接插件9嵌设限位的连接槽81，连接件8上的连接槽81呈环形与接插件9相适配。

如图7所示，中心立柱6和支承立柱7均为多段式拼接结构，拼接结构包括分别第一段体13和第二段体14，第一段体13和第二段体14端部的设有缺口17，缺口17端面Z形搭接，第一段体13和第二段体14位于缺口17位置处设有互连的螺栓。第一段体13和第二段体14相互抵触的内侧面上分别设有相互限位的限位块15和限位槽16，限位块15于内侧面上竖向布置两个，且凸起方向相反。

第二种优选实施方式

一种金属穹顶结构的安装方法，结合附图，包括以下步骤：

S01，安装胎架18，预先将第一底梁1和第二底梁2十字交错的嵌设连接形成底梁3；

S02，安装支承框架4，取钢材嵌设成矩形框架结构，将矩形框架结构嵌设安装在底梁3上，并在其中一对角线上插接第三底梁5；

S03，取中心立柱6和支承立柱7，以交错点为原点建立坐标系E1（X,Y,Z），心立柱安装在十字交错的中心点位置处，第一底梁1的正X方向和负X方向的支承立柱7各设有一根，第二底梁2的正Y方向和负Y方向的支承立柱7各设有一根，中心立柱6和支承立柱7预设连接件8；

S04，搭接穹顶结构，取多个接插件9和钢梁10， 将中心立柱上的接插件9记为X，支承立柱上的接插件9记为E；底梁上的穹顶底座支点记为F。X、E、F所在点处于同一平面上，且于XF之间的空间位置上布置多个接插件9，在本实施方式中，所包含的接插件9的规格有如下数量：1X、4A、4B、4C、4D、4E、4F共计25个。

具体的，在安装穹顶结构时，从任一F点开始安装，将钢梁的钩部挂嵌在接插件9的嵌槽内，先连接F-B、B-A、A-F，形成拼接的三角最小单元，再安装B-C、C-E、E-B和A-E、E-C、C-A,形成四个相连的三角最小单元，接下来安装C-D、D-E和E-D、D-C及D-X、X-D、D-D完成相接的三角最小单元。至此，已完成1/4的拼装工作，余下3/4按上述方法安装，最终形成穹顶结构。

此处，对规律延伸布置具体举例，如在X、E、F所在同一平面上，增设有四个接插件E，则在第一底梁1的正X方向和负X方向的外侧再布置一根支承立柱7，第二底梁2的正Y方向和负Y方向的外侧再布置一根支承立柱7。

S05，焊接穹顶结构，将嵌设结构焊接一体；

S06，拆除胎架18，

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种金属穹顶结构，其特征在于：包括相互插接的多个接插件(9)和钢梁(10)；所述的接插件(9)在周圈设有多个的嵌槽(91)，钢梁(10)的两端嵌挂在相邻两个接插件(9)的嵌槽(91)内，三个接插件(9)和三根钢梁(10)可按设定需求嵌挂安装共同形成拼接的三角最小单元，所述钢梁(10)和接插件(9)以最小单元拼接成多个单元以形成穹顶结构。

2.根据权利要求1所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：穹顶结构的下侧设有可拆除的胎架(18)，所述胎架(18)包括至少两根且水平布置在地面上的底梁(3)，底梁(3)之间以中点相互交错；所述底梁(3)的中点位置处设有中心立柱(6)，中心立柱(6)上布置有接插件(9)；在底梁(3)的正负方向上设有支承立柱(7)，在每一个支承立柱(7)上均布置有接插件(9)；所述底梁(3)上的支承立柱(7)对应同一竖直方向上的接插件(9)连接进行支承。

3.根据权利要求2所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述底梁(3)设有两根，分别为第一底梁(1)和第二底梁(2)，第一底梁(1)和第二底梁(2)以交错点为原点建立坐标系E1（X,Y,Z），第一底梁(1)的正X方向和负X方向的支承立柱(7)各设有一根，第二底梁(2)的正Y方向和负Y方向的支承立柱(7)各设有一根。

4.根据权利要求3所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述中心立柱(6)和接插件(9)之间及支承立柱(7)和接插件(9)之间均设有连接件(8)，所述螺栓连接在中心立柱(6)或支承立柱(7)的顶部，且连接件(8)的上侧设有供接插件(9)嵌设限位的连接槽(81)。

5.根据权利要求1所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述接插件(9)呈套管状设置，接插件(9)的嵌槽(91)布置在圆周的侧壁上，连接件(8)上的连接槽(81)呈环形与接插件(9)相适配。

6.根据权利要求1所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述钢梁(10)的端部设有钩部(11)，钩部(11)具有向下的凹槽(12)，钢梁(10)的钩部(11)嵌设至嵌槽(91)内后，凹槽(12)挂接在接插件(9)上。

7.根据权利要求1所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述中心立柱(6)和支承立柱(7)均为多段式拼接结构，所述拼接结构包括分别第一段体(13)和第二段体(14)，第一段体(13)和第二段体(14)端部的设有缺口(17)，缺口(17)端面Z形搭接，第一段体(13)和第二段体(14)位于缺口(17)位置处设有互连的螺栓。

8.根据权利要求7所述的一种金属穹顶结构，其特征在于：所述第一段体(13)和第二段体(14)相互抵触的内侧面上分别设有相互限位的限位块(15)和限位槽(16)，限位块(15)于内侧面上竖向布置两个，且凸起方向相反。

9.根据权利要求1～8任一所述的金属穹顶结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：S01，安装胎架(18)，预先将第一底梁(1)和第二底梁(2)十字交错的嵌设连接形成底梁(3)；

S02，安装支承框架(4)，取钢材嵌设成矩形框架结构，将矩形框架结构嵌设安装在底梁(3)上，并在其中一对角线上插接第三底梁(5)；

S03，取中心立柱(6)和支承立柱(7)，以交错点为原点建立坐标系E1（X,Y,Z），心立柱安装在十字交错的中心点位置处，第一底梁(1)的正X方向和负X方向的支承立柱(7)各设有一根，第二底梁(2)的正Y方向和负Y方向的支承立柱(7)各设有一根，中心立柱(6)和支承立柱(7)预设连接件(8)；

S04，搭接穹顶结构，取多个接插件(9)和钢梁(10)， 将中心立柱(6)上的接插件(9)记为X，支承立柱(7)上的接插件(9)记为E；底梁(3)上的穹顶底座支点记为F；X、E、F所在点处于同一平面上，且于XF之间的空间位置上布置多个接插件(9)，所包含的接插件(9)的规格有如下数量：1X、4A、4B、4C、4D、4E、4F共计25个；

具体的，在安装穹顶结构时，从任一F点开始安装，将钢梁(10)的钩部(11)挂嵌在接插件的嵌槽(91)内，先连接F-B、B-A、A-F，形成拼接的三角最小单元，再安装B-C、C-E、E-B和A-E、E-C、C-A,形成四个相连的三角最小单元，接下来安装C-D、D-E和E-D、D-C及D-X、X-D、D-D完成相接的三角最小单元；

至此，已完成1/4的拼装工作，余下3/4按上述方法安装，最终形成穹顶结构；

S05，焊接穹顶结构，将嵌设结构焊接一体；

S06，拆除胎架(18)。

10.根据权利要求9任意一项所述的安装方法，其特征在于：在步骤S04中，以三角最小单元规律拼接成穹顶的1/4，再拼接穹顶对称位置的1/4，最后利用其余的三角最小单元进行补充拼接。