CN110397168A - 一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，包括：屋盖结构，具有第一连接部；山墙结构，具有第二连接部；连接节点，包括沿第一方向相互扣合的第一环臂和第二环臂、以及设于第一环臂和/或第二环臂上用于限制第一环臂和第二环臂发生相对运动的限位件；第一环臂与第一连接部连接，第二环臂与第二连接部连接；第一环臂和第二环臂的两个支臂之间均形成有供两者沿第二方向和第三方向分别发生相对滑动的第一滑动空间和第二滑动空间。通过第一环臂和第二环臂的可双向滑动的节点构造设计，释放了这两个方向上的弯矩，屋盖结构和山墙结构在不传力的方向变形互不影响，传力更加直接高效，降低了用钢量，减少了工程成本。

Description

一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构

技术领域

本发明涉及大跨度钢结构技术领域，具体涉及一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构。

背景技术

在钢结构工程中，节点是杆件连接、结构传力的枢纽，设计原则在于连接直接，传力高效，尤其是要能实现计算模型假定与实际工程一致，存在工程安全隐患，是结构设计的关键。

在大跨度屋盖设计中，屋盖和山墙的连接往往设计为刚接，即六个自由度均耦合，变形一致，这种连接设计简单，但是由于屋盖和山墙是刚度差别很大的两种受力体系，导致局部弯矩较大，杆件截面大，用钢量高，且安装复杂、施工成本高。

因此，需要设计一种传力结构简单高效、用钢量少，施工方便的节点连接结构应用到大跨度屋盖设计中的屋盖与山墙的连接结构中。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中屋盖和山墙之间的传力体系存在的山墙与屋盖变形一致、局部弯矩大、节点传力结构复杂低效的技术问题，从而提供一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，包括：

屋盖结构，具有第一连接部；

山墙结构，具有第二连接部；

连接节点，包括沿第一方向相互扣合的第一环臂和第二环臂、以及设于所述第一环臂和/或所述第二环臂上用于限制所述第一环臂和所述第二环臂发生沿第一方向的相对运动的限位件；所述第一环臂的两个支臂与所述第一连接部连接，所述第二环臂的两个支臂与所述第二连接部连接；所述第一环臂的两个支臂之间形成有供所述第一环臂和所述第二环臂在第二方向上发生相对滑动的第一滑动空间，所述第二环臂的两个支臂之间形成有供所述第一环臂和所述第二环臂在第三方向上发生相对滑动的第二滑动空间。

进一步地，所述第二环臂的两个支臂分别通过销轴铰接于所述第二连接部对应的两个端部。

进一步地，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直。

进一步地，所述第一环臂、所述第二环臂和所述限位件均采用箱型柱制成。

进一步地，所述限位件固定连接在所述第二环臂的两个支臂之间。

进一步地，所述第一环臂与所述第二环臂和所述限位件的接触面上均设有降摩擦结构。

进一步地，所述降摩擦结构包括设置在所述第一环臂与所述第二环臂或所述限位件上的不锈钢板、以及设置在所述第二环臂和所述限位件与所述第一环臂的接触面上的聚四氟乙烯板。

进一步地，所述第一连接部为设置在所述屋盖结构上的焊接球，所述第一环臂的两个支臂通过杆件焊接固定在所述焊接球上。

进一步地，所述焊接球焊接固定在所述屋盖结构的相邻两根弦杆之间，所述焊接球上还焊接固定有若干所述屋盖结构的斜杆。

进一步地，所述第二连接部为两个固定在所述山墙结构的上弦杆上的连接片，所述销轴贯穿所述第二环臂的支臂和所述连接片以实现两者铰接。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，通过第一环臂和第二环臂的可双向滑动的节点构造设计，释放了这两个方向上的弯矩，降低了对山墙结构的杆件截面要求，减少用钢量；另外，第一环臂和第二环臂在第一方向上相互扣合并通过限位件限制发生相对运动的结构设计，可以将山墙结构在第一方向上的风力荷载通过连接节点直接传力到屋盖结构，屋盖结构和山墙结构在不传力的方向变形互不影响，传力更加直接高效；具有连接节点传力简洁高效，用钢量少，施工方便，工程成本低的优点。

2.本发明提供的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，连接节点的第二环臂通过销轴铰接连接在第二连接部上的方式，与第一环臂和第二环臂的可双向滑动节点构造配合，可以释放屋盖结构和山墙结构连接处三个方向上的弯矩，避免由于两个结构体系刚度差距大引起的局部弯矩过大而产生设计困难的问题。

3.本发明提供的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，连接节点可以在工厂预制，并在现场地面焊接在屋盖结构和山墙结构上，高空安装销轴，无高空焊接，施工方便，且施工质量有保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双向滑动铰接连接节点的轴测图；

图2为本发明实施例提供的双向滑动铰接连接节点的平面图；

图3为本发明实施例提供的双向滑动铰接连接节点在图2中A－A面的竖向布置图；

图4为本发明实施例提供的双向滑动铰接连接节点在图2中B－B面的竖向布置图。

附图标记说明：1、屋盖结构；11、第一连接部；2、山墙结构；21、第二连接部；3、连接节点；31、第一环臂；32、第二环臂；33、限位件；4、销轴；5、降摩擦结构；51、不锈钢板；52、聚四氟乙烯板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在大跨度屋盖的钢结构设计中，屋盖结构1要承受屋面风荷载和自重，通过竖向承力构件直接将力传至基础；山墙结构2往往设计成自承重结构，除承受自身重量，还将水平风荷载传到屋盖结构1上，但不承受屋盖结构1的竖向荷载，屋盖结构1和山墙结构2在不传力的方向的变形需要为互不影响的结构设计。

如图1－4所示的一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，包括屋盖结构1、山墙结构2和连接节点3。其中，屋盖结构1具有第一连接部11，山墙结构2具有第二连接部21，连接节点3连接在第一连接部11和第二连接部21之间。

具体的，连接节点3包括沿第一方向相互扣合的第一环臂31和第二环臂32、以及设于第一环臂31和/或第二环臂32上用于限制第一环臂31和第二环臂32发生沿第一方向的相对运动的限位件33。第一环臂31的两个支臂分别与第一连接部11连接，第二环臂32的两个支臂分别与第二连接部21连接。第一环臂31的两个支臂之间形成有供第一环臂31和第二环臂32在第二方向上发生相对滑动的第一滑动空间，第二环臂32的两个支臂之间形成有供第一环臂31和第二环臂32在第三方向上发生相对滑动的第二滑动空间。

第一环臂31和第二环臂32在第一方向上相互扣合并通过限位件33限制发生相对运动的结构设计，可以将山墙结构2在第一方向上的风力荷载通过连接节点3直接传力到屋盖结构1，传力更加直接高效；同时第一环臂31和第二环臂32可沿第二方向和第三方向发生相对滑动的结构设计，使屋盖结构1和山墙结构2在这两个方向上的变形互不影响，也释放了这两个方向上的弯矩，从而降低对山墙结构2的杆件截面要求，减少了大跨度屋盖钢结构工程的用钢量。

在本实施例中，第一环臂31、第二环臂32和限位件33均采用箱型柱制成。箱型柱由四块板组成，四道角焊缝，按强度需要分段设计成全焊透坡口与局部焊头坡口两种形式，箱型柱内设有横隔板，主要横隔板与腹板采用融化嘴电渣焊进行焊接，普通横隔板与盖覆板间三面焊接箱，形柱外侧在各标高处设有与主梁次梁垂直支撑连接的牛腿和眼板，柱与柱之间的连接采用焊接和顶紧相结合形式。采用箱型柱制成的连接节点3具有强度高、重量轻、材质均匀、坚韧性好、安装方便等优点。在其他实施方式中，第一环臂31、第二环臂32和限位件33还可以H型柱和钢管柱等进行替代。

在本实施例中，第一环臂31竖向布置，第二环臂32水平布置。第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。在本实施例中，以第一方向为Y轴方向为例，第二方向则为Z轴方向，第三方向则为X轴方向。山墙结构2沿XZ平面设置，屋盖结构1沿XY平面设置，Y轴方向为山墙结构2和屋盖结构1的直接传力方向。如此设置，限位件33可以约束第一环臂31和第二环臂32发生沿Y轴方向上的位移，从而可以使山墙结构2承受的Y轴方向上的水平风荷载直接传递到通过连接节点3直接传力到屋盖结构1，而且山墙结构2和屋盖结构1在不传力的方向(X轴方向、Z轴方向以及X轴与Z轴的合力方向)上的一定位移量的变形范围内互不影响。另外，由于这种节点连接结构的山墙结构2无需承载屋盖结构1的竖直荷载，可以降低对山墙结构2的杆件截面要求，进而减少了桁架结构的用钢量，降低了工程成本。在其他实施方式中，第一环臂31和第二环臂32还可以沿其他方向布置，只要第一环臂31和第二环臂32之间的传力方向沿水平方向即可；同样第二方向和第三方向还可以不相互垂直，只要这两个方向均与第一方向垂直即可。

在本实施例中，第二环臂32的两个支臂分别通过销轴4铰接于第二连接部21对应的两个端部。第二连接部21为两个固定在山墙结构2的上弦杆上的连接片，销轴4贯穿第二环臂32的支臂和连接片以实现两者铰接。第二环臂32和第二连接部21之间通过销轴4铰接连接的方式，可以使山墙结构2与屋盖结构1围绕销轴4轴向(即X轴方向)转动，从而释放X轴方向上的弯矩。

在本实施例中，第一环臂31在两个支臂之间预留有供第二环臂32沿Z轴滑动的第一滑动空间，可以释放连接节点3在Z轴方向上的弯矩；第二环臂32在两个支臂之间预留有供第一环臂31沿X轴滑动的第二滑动空间，可以释放连接节点3在X轴上的弯矩；从而达到避免出现山墙结构2和屋盖结构1之间连接节点3的局部弯矩过大的问题。

具体的，第一滑动空间在Z轴方向上的长度和第二滑动空间在X轴方向上的长度根据模型计算屋盖结构1和山墙结构2在这两个方向上的位移量确定。

在本实施例中，第一连接部11为设置在屋盖结构1上的焊接球，第一环臂31的两个支臂通过杆件焊接固定在焊接球上。焊接球焊接固定在屋盖结构1的相邻两根弦杆之间，焊接球上还焊接固定有若干屋盖结构1的斜杆。第一环臂31焊接固定在焊接球上的结构设计，能更直接承受弦杆以及斜杆传递过来的作用力。

在本实施例中，限位件33固定连接在第二环臂32的两个支臂之间，用于限制第一环臂31和第二环臂32发生沿Y轴方向的相对位移，以方便Y轴方向上的作用力在第一环臂31和第二环臂32之间进行直接传力，提高传力的高效性。

进一步的，第一环臂31与第二环臂32的接触面、第一环臂31与限位件33的接触面上均设有降摩擦结构5。降摩擦结构5包括设置在第一环臂31与第二环臂32或限位件33上的不锈钢板51、以及设置在第二环臂32和限位件33与第一环臂31的接触面上的聚四氟乙烯板52。当第一环臂31和第二环臂32及限位件33发生相对滑动时，四氟乙烯板和不锈钢板51的设置，可以减少两者之间的摩擦力，确保能发生有效滑动。

在屋盖结构1和山墙结构2通过连接节点3连接的施工过程中，连接节点3在地面上焊接在屋盖结构1上，由于山墙结构2不提供屋盖结构1的竖向支撑，所以屋盖结构1安装不需要设置胎架，待山墙结构2定位后，在高空安装销轴4，即可实现屋盖结构1和山墙结构2的连接，在高空无焊接，施工方便安全。

综上所述，本发明实施例提供的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，采用第一环臂31和第二环臂32在Y轴方向上相互扣合并通过限位件33限制发生相对运动的结构设计，可以将山墙结构2在Y轴方向上的风力荷载通过连接节点3直接传力到屋盖结构1，传力更加直接高效；同时第一环臂31和第二环臂32可沿X轴方向和Y轴方向发生相对滑动的结构设计，能使屋盖结构1和山墙结构2在这两个方向上的变形互不影响，也释放了这两个方向上的弯矩，而且第二环臂32铰接安装在山墙结构2的第二连接部21上，又释放Y轴方式的弯矩，进而可以降低对山墙结构2的杆件截面要求，减少用钢量，降低工程成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，包括：

屋盖结构(1)，具有第一连接部(11)；

山墙结构(2)，具有第二连接部(21)；

连接节点(3)，包括沿第一方向相互扣合的第一环臂(31)和第二环臂(32)、以及设于所述第一环臂(31)和/或所述第二环臂(32)上用于限制所述第一环臂(31)和所述第二环臂(32)发生沿第一方向的相对运动的限位件(33)；所述第一环臂(31)的两个支臂与所述第一连接部(11)连接，所述第二环臂(32)的两个支臂与所述第二连接部(21)连接；所述第一环臂(31)的两个支臂之间形成有供所述第一环臂(31)和所述第二环臂(32)在第二方向上发生相对滑动的第一滑动空间，所述第二环臂(32)的两个支臂之间形成有供所述第一环臂(31)和所述第二环臂(32)在第三方向上发生相对滑动的第二滑动空间。

2.根据权利要求1所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第二环臂(32)的两个支臂分别通过销轴(4)铰接于所述第二连接部(21)对应的两个端部。

3.根据权利要求1所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直。

4.根据权利要求1所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第一环臂(31)、所述第二环臂(32)和所述限位件(33)均采用箱型柱制成。

5.根据权利要求1所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述限位件(33)固定连接在所述第二环臂(32)的两个支臂之间。

6.根据权利要求5所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第一环臂(31)与所述第二环臂(32)和所述限位件(33)的接触面上均设有降摩擦结构(5)。

7.根据权利要求6所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述降摩擦结构(5)包括设置在所述第一环臂(31)与所述第二环臂(32)或所述限位件(33)上的不锈钢板(51)、以及设置在所述第二环臂(32)和所述限位件(33)与所述第一环臂(31)的接触面上的聚四氟乙烯板(52)。

8.根据权利要求1所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第一连接部(11)为设置在所述屋盖结构(1)上的焊接球，所述第一环臂(31)的两个支臂通过杆件焊接固定在所述焊接球上。

9.根据权利要求8所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述焊接球焊接固定在所述屋盖结构(1)的相邻两根弦杆之间，所述焊接球上还焊接固定有若干所述屋盖结构(1)的斜杆。

10.根据权利要求2所述的用于桁架结构中实现双向滑动的节点连接结构，其特征在于，所述第二连接部(21)为两个固定在所述山墙结构(2)的上弦杆上的连接片，所述销轴(4)贯穿所述第二环臂(32)的支臂和所述连接片以实现两者铰接。