CN115217215A - 一种不规则截面分叉弯扭节点及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不规则截面分叉弯扭节点及其制作方法，其中该节点包括具有六边形主截面和四边形分叉次截面的主体结构以及与主体结构相连的弯扭结构，主体结构内部设有加劲板，主体结构由六块异型面板及两端的端截面板连接而成，分叉次截面之间形成拱门形状，弯扭结构设置在拱门形状处并与主体结构及加劲板固定连接；弯扭结构包括位于中间的造型蒙板以及位于造型蒙板两侧的两个结构受力板，造型蒙板采用弯扭成型形成与拱门形状相匹配的拱形结构，结构受力板采用弯扭成型并与造型蒙板的侧面贴合并固定连接。本发明节点用于拱柱中的转换节点，满足了个性化造型设计的要求，实现了节点中力的有效传递，保证了节点结构的受力安全。

Description

一种不规则截面分叉弯扭节点及其制作方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑领域，具体涉及一种不规则截面分叉弯扭节点及其制作方法。

背景技术

钢结构建筑在建筑业的应用推广力度越来越大，特别是在场馆、机场、站台等大跨度的建筑中的应用越来越广泛，而钢结构具有安全性能优越、造型美观、可塑性强等特点。

伴随钢结构的广泛应用，对建筑的造型要求也越来越高，在一些设计个性化的造型建筑上，不规则截面节点的应用不仅需要考虑造型的美观度，更应该重点关注节点的结构受力性能，诸如在一些具有拱门造型的拱柱节点设计上，所应用的不规则截面分叉弯扭节点应通过优化节点实现力的有效传递，保证结构受力安全，本案由此而生。

发明内容

本发明首先公开一种不规则截面分叉弯扭节点，主要用于拱柱节点造型设计，能够实现节点中力的有效传递，保证节点结构的受力安全。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种不规则截面分叉弯扭节点，包括主体结构、弯扭结构以及加劲板，主体结构包括端截面板以及由六块异型面板依次相连构成的仅两相对端开口的闭合本体，闭合本体的内部设有加劲板，端截面板设于闭合本体的开口端且与闭合本体相连，闭合本体的其中一开口端所在截面为不规则六边形主截面，闭合本体的另一开口端形成分叉结构，分叉结构所在截面为不规则四边形次截面，分叉结构之间形成拱门形状，弯扭结构设置在拱门形状处；端截面板包括分叉端截面板以及一体端截面板，分叉端截面板覆盖次截面的开口端，弯扭结构覆盖拱门形状处的开口端，一体端截面板覆盖主截面的开口端，分叉端截面板和一体端截面板各自由若干板件组装拼接而成形成与所覆盖截面相匹配结构；弯扭结构包括位于中间的造型蒙板以及位于造型蒙板两侧的两个结构受力板，造型蒙板采用弯扭成型形成与闭合本体的拱门形状相匹配的拱形结构，结构受力板采用弯扭成型，结构受力板与造型蒙板的侧面贴合并固定连接，弯扭结构与闭合本体及加劲板固定连接。

进一步，所述六块异型面板分为第一异型面板、第二异型面板、第三异型面板、第四异型面板、第五异型面板、第六异型面板，第一异型面板与第六异型面板相对设置，第二异型面板与第四异型面板同侧设置且相连，第三异型面板与第五异型面板同侧设置且相连，第二异型面板的一端及第三异型面板的一端分别与第一异型面板的两端相连，第四异型面板的一端及第五异型面板的一端分别与第六异型面板的两端相连。

进一步，所述第一异型面板和第六异型面板均为弧形面板，第二异型面板、第三异型面板、第四异型面板、第五异型面板均为弯扭板。

进一步，所述加劲板包括平行于主截面的横向加劲板以及垂直于横向加劲板的纵向加劲板，闭合本体内部间隔设置多个横向加劲板，相邻横向加劲板之间设有多个纵向加劲板。

进一步，所述闭合本体内部靠近弯扭结构处设有横向加劲板，结构受力板的一端与造型蒙板的一端对齐并固定连接，结构受力板的另一端向闭合本体内部延伸并固定于弯扭结构处的横向加劲板上，弯扭结构处的横向加劲板上设有向开口方向延伸的纵向加劲板，造型蒙板的拱形结构内壁与向开口方向延伸的纵向加劲板固定连接。

进一步，所述结构受力板的厚度大于造型蒙板的厚度。

进一步，所述结构受力板的厚度为30mm，造型蒙板的厚度为3.5mm，异型面板的厚度为30mm。

本发明所设计的节点用于拱柱中的转换节点，通过分叉弯扭结构设计实现了六边形截面转成四边形不规则截面，不仅满足了钢结构建筑中个性化造型设计的要求，还实现了节点中力的有效传递，保证了节点结构的受力安全，为拱柱造型节点提供了全新的设计结构选择。

本发明还同时公开上述不规则截面分叉弯扭节点的制作方法，包括如下步骤：

步骤（1），构成弯扭结构的板件及构成主体结构的板件预成型；

步骤（2），对构成分叉端截面板的拼接板件以及构成一体端截面板的拼接板件的拼接尖角开设板件坡口；

步骤（3），根据不规则截面分叉弯扭节点整体结构的水平投影尺寸绘制地样，然后搭设整体构件胎架；

步骤（4），依据整体构件胎架及地样，装配构成主体结构的异型面板、分叉端截面板、一体端截面板以及主体结构内部的加劲板，对板件的连接处进行焊接；

步骤（5），依据地样及装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓，对两个结构受力板进行装配焊接；

步骤（6），依据装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓及图纸尺寸，对造型蒙板进行装配焊接。

进一步，所述步骤（1）中，对结构受力板的预成型在地面进行，通过成型工艺加工成所需形状；对造型蒙板的预成型则依据板件在地面上的坐标点进行放样并搭设预成型胎架，造型蒙板在预成型胎架上完成预成型，造型蒙板预成型时通过机械成型与火焰校正相配合方式进行形状调整。

针对本发明给出的不规则截面分叉弯扭节点结构，在确定其制作方法上对相应板件的装配焊接顺序进行了合理化设计，在保证节点制作精度的基础上，减少了节点构件整体变形及残余的应力。

附图说明

图1为实施例中不规则截面分叉弯扭节点的轴测图；

图2为图1中节点的后部结构示意图；

图3为图1中节点的底部结构示意图；

图4为图3中节点的后部结构示意图；

图5为图1中节点的爆炸图；

图6为图1中节点弯扭结构处的内部加劲板示意图；

图7为图1中节点弯扭结构的示意图；

图8为图1中弯扭结构的结构受力板示意图；

图9为图1中弯扭结构的造型蒙板示意图；

图10为图1中闭合本体六边形主截面的结构示意图；

图11为图1中闭合本体分叉端四边形次截面的结构示意图；

图12为构成一体端截面板及分叉端截面板的拼接处开设坡口的示意图；

图13为实施例中造型蒙板预成型状态示意图；

图14为实施例中整个节点制作搭设整体构件胎架的状态示意图。

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。

本实施例首先公开一种不规则截面分叉弯扭节点，结合图1至图12所示，本实施例所述的分叉弯扭节点用于钢结构建筑的拱柱中的转换节点，该分叉弯扭节点主要包括主体结构100、弯扭结构200以及主体结构100内部的多个加劲板。主体结构100是由端截面板及闭合本体组合而成，闭合本体由多块异型面板依次焊接相连构成，闭合本体的两个相对端为开口端，闭合本体的内部设有多个加劲板。端截面板设于闭合本体的两个开口端且与闭合本体焊接相连，闭合本体的其中一开口端所在截面为主截面，闭合本体的另一开口端形成分叉结构，分叉结构所在截面为次截面，分叉结构之间形成拱门形状，弯扭结构200设置在拱门形状处，弯扭结构分别与闭合本体及加劲板固定连接。端截面板包括分叉端截面板,17以及一体端截面板108，分叉端截面板107覆盖次截面的开口端，弯扭结构200覆盖拱门形状处的开口端，一体端截面板108覆盖主截面的开口端，本实施例中的主截面与次截面均为不规则多边形，其中主截面为六边形，次截面为四边形。

上述方案中构成闭合本体的多块异型面板分别为第一异型面板101、第二异型面板102、第三异型面板103、第四异型面板104、第五异型面板105、第六异型面板106，其中，第一异型面板101与第六异型面板106均为弧形面板且两者相对设置，第二异型面板102至第五异型面板105均为弯扭板，第二异型面板102与第四异型面板104同侧设置且相连，第三异型面板103与第五异型面板105同侧设置且相连，第二异型面板102的一端及第三异型面板103的一端分别与第一异型面板101的两端相连，第四异型面板104的一端及第五异型面板105的一端分别与第六异型面板106的两端相连，上述异型面板彼此连接构成仅两端开口的一个闭合本体。

按照上述给出的连接方式构成闭合本体后，其主截面如图10所示，相应的构成该主截面的各个异型面板的宽度以及异型面板之间的连接夹角可依照图10所示设置，即：第一异型面板101宽度为1764mm，第二异型面板102和第三异型面板103的宽度均为1183mm，第四异型面板104和第五异型面板105的宽度均为2094mm，第六异型面板106的宽度为1684mm；第一异型面板101与两侧的第二异型面板102及第三异型面板103之间的夹角均为164°，第二异型面板102与第四异型面板104之间的夹角为72°，第三异型面板103与第五异型面板105之间的夹角为72°，第六异型面板106与两侧的第四异型面板104及第五异型面板105之间的夹角均为124°。

覆盖在主截面一端的一体端截面板108和覆盖在次截面一端的分叉端截面板107都并非一体成型结构，鉴于构成闭合本体的异型面板主要采用弯扭成型，闭合本体的外部轮廓也呈现一定的弯扭形状，因此一体端截面板108和分叉端截面板107都是不规则的弯扭板件，无法一体成型，而是各自采用多块面板组装焊接而成，并且相互拼接的面板之间的尖角处开设坡口（见图12所指圆圈处）以便满足造型需要及方便装配焊接。

按照上述给出的连接方式构成闭合本体后，其次截面如图11所示，次截面的四个边长依次为1409mm、902mm、2673mm、2291mm，四个边之间的夹角依次为154°、71°、52°、83°。

闭合本体内部起到支撑作用的加劲板分为平行于主截面的横向加劲板109以及垂直于横向加劲板109的纵向加劲板110，闭合本体内部间隔设置多个横向加劲板109，每个横向加劲板109的四周均与闭合本体的各个面的异型面板内壁焊接相连，相邻横向加劲板109之间还设有多个纵向加劲板110，纵向加劲板110与横向加劲板109焊接相连。

闭合本体位于两个分叉端之间的拱门形状是由第一异型面板101及第六异型面板106的相对端分别设置为弧形所构成，弯扭结构200就设置在拱门形状处的开口端，此处拱门形状处所形成的扭度是整个节点中最大的，构成弯扭结构200的板件在确保受力安全性的前提下，通常所用板件较厚，导致板件弯扭成型极其困难，因此，本实施例中将弯扭结构200设置为分体结构，采用多块板件组合而成，方便板件的弯扭成型加工。即：弯扭结构200可分为两个结构受力板（即第一结构受力板201和第二结构受力板202）和一个造型蒙板203，其中，造型蒙板203采用弯扭成型形成图9所示的拱形结构，两个结构受力板也采用弯扭成型形成图8所示具有一定的弯扭度，结构受力板与造型蒙板203装配时，造型蒙板203位于中间，两个结构受力板各自与造型蒙板203的侧面贴合并焊接相连。

上述给出的弯扭结构200中，造型蒙板203主要起到与闭合本体的拱门形状配合的造型匹配效果，因此造型蒙板203的受力较小，可采用较薄的板件制成，本实施例中的造型蒙板203厚度为3.5mm。而两个结构受力板则作为弯扭结构200中的主要受力件，因此本实施例中的两个结构受力板的厚度为30mm，构成闭合本体的六块异型面板也需要承载受力，因此本实施例中所使用的六块异型面板的厚度也为30mm。

为了令上述弯扭结构200在与主体结构100连接后形成力的有效传递，从而保证整个节点结构的受力安全，本实施例中的弯扭结构200还与设置在闭合本体内部靠近拱门形状处的加劲板相连，如图7所示，设置在拱门形状处的加劲板包括横向加劲板109，横向加劲板109上设有向开口方向延伸的纵向加劲板110，将两个结构受力板的一端分别与造型蒙板203的两端对齐并固定连接，两个结构受力板的另一端向闭合本体内部延伸并固定于弯扭结构200处的横向加劲板109上，两个结构受力板的上下两端各自与第一异型面板101及第六异型面板106固定连接，造型蒙板203的拱形结构内壁则与向开口方向延伸的纵向加劲板110固定连接，该纵向加劲板110还与闭合本体内部另外一个横向加劲板109固定相连。按照上述给出的连接结构，两侧的结构受力板+闭合本体内部的传力加劲板形成受力体系，令力在节点中各部分有效传递。

本实施例还同时公开了上述不规则截面分叉弯扭节点的制作方法，结合图13和图14所示，该制作方法包括如下步骤：

步骤（1），构成弯扭结构的板件及构成主体结构的板件预成型；

该步骤中，对结构受力板的预成型可以直接在地面进行，即通过成型工艺加工成所需形状。而造型蒙板203由于弯扭程度较大，为确保板件的尺寸成型精度符合要求，本实施例中对造型蒙板203的预成型在预成型胎架301上进行，即先依据造型蒙板203板件的设计在地面上的坐标点进行放样并搭设预成型胎架301，然后在预成型胎架301上完成造型蒙板203板件的预成型。预成型胎架301在搭设时，可以纵向、横向分别以200mm为间距设置空间点来搭设预成型胎架301，确保成型精度满足设计要求。鉴于造型蒙板203为拱形结构具有较大的弯扭度，在预成型时可通过机械成型与火焰校正相配合方式进行形状调整（就是通过烤火收缩变形并配合千斤顶来令板件变形，使之达到预成型胎架301的点位），使之符合坐标要求。

步骤（2），对构成分叉端截面板的拼接板件以及构成一体端截面板的拼接板件的拼接尖角开设板件坡口；

上述步骤中对板件拼接尖角处开设坡口依据各个相连板件的相对位置关系及连接夹角进行，坡口的开设不仅满足了造型设计需求，也更方便装配焊接作业。

步骤（3），根据不规则截面分叉弯扭节点整体结构的水平投影尺寸绘制地样，对地样复测合格后，搭设整体构件胎架302；

步骤（4），依据整体构件胎架302及地样，装配构成主体结构的异型面板、分叉端截面板、一体端截面板以及主体结构内部的加劲板，并采用二氧化碳气体保护焊接方式对板件的连接处焊缝进行焊接；

步骤（5），依据地样及装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓，对两个结构受力板进行装配，并对隐蔽焊缝进行焊接；

步骤（6），依据装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓及图纸尺寸，对造型蒙板进行装配焊接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：包括主体结构、弯扭结构以及加劲板，主体结构包括端截面板以及由六块异型面板依次相连构成的仅两相对端开口的闭合本体，闭合本体的内部设有加劲板，端截面板设于闭合本体的开口端且与闭合本体相连，闭合本体的其中一开口端所在截面为不规则六边形主截面，闭合本体的另一开口端形成分叉结构，分叉结构所在截面为不规则四边形次截面，分叉结构之间形成拱门形状，弯扭结构设置在拱门形状处；端截面板包括分叉端截面板以及一体端截面板，分叉端截面板覆盖次截面的开口端，弯扭结构覆盖拱门形状处的开口端，一体端截面板覆盖主截面的开口端，分叉端截面板和一体端截面板各自由若干板件组装拼接而成形成与所覆盖截面相匹配结构；弯扭结构包括位于中间的造型蒙板以及位于造型蒙板两侧的两个结构受力板，造型蒙板采用弯扭成型形成与闭合本体的拱门形状相匹配的拱形结构，结构受力板采用弯扭成型，结构受力板与造型蒙板的侧面贴合并固定连接，弯扭结构与闭合本体及加劲板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述六块异型面板分为第一异型面板、第二异型面板、第三异型面板、第四异型面板、第五异型面板、第六异型面板，第一异型面板与第六异型面板相对设置，第二异型面板与第四异型面板同侧设置且相连，第三异型面板与第五异型面板同侧设置且相连，第二异型面板的一端及第三异型面板的一端分别与第一异型面板的两端相连，第四异型面板的一端及第五异型面板的一端分别与第六异型面板的两端相连。

3.根据权利要求2所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述第一异型面板和第六异型面板均为弧形面板，第二异型面板、第三异型面板、第四异型面板、第五异型面板均为弯扭板。

4.根据权利要求1所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述加劲板包括平行于主截面的横向加劲板以及垂直于横向加劲板的纵向加劲板，闭合本体内部间隔设置多个横向加劲板，相邻横向加劲板之间设有多个纵向加劲板。

5.根据权利要求4所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述闭合本体内部靠近弯扭结构处设有横向加劲板，结构受力板的一端与造型蒙板的一端对齐并固定连接，结构受力板的另一端向闭合本体内部延伸并固定于弯扭结构处的横向加劲板上，弯扭结构处的横向加劲板上设有向开口方向延伸的纵向加劲板，造型蒙板的拱形结构内壁与向开口方向延伸的纵向加劲板固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述结构受力板的厚度大于造型蒙板的厚度。

7.根据权利要求6所述的一种不规则截面分叉弯扭节点，其特征在于：所述结构受力板的厚度为30mm，造型蒙板的厚度为3.5mm，六块异型面板的厚度为30mm。

8.一种制作如权利要求1-7任一项所述不规则截面分叉弯扭节点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1），构成弯扭结构的板件及构成主体结构的板件预成型；

步骤（2），对构成分叉端截面板的拼接板件以及构成一体端截面板的拼接板件的拼接尖角开设板件坡口；

步骤（3），根据不规则截面分叉弯扭节点整体结构的水平投影尺寸绘制地样，然后搭设整体构件胎架；

步骤（4），依据整体构件胎架及地样，装配构成主体结构的异型面板、分叉端截面板、一体端截面板以及主体结构内部的加劲板，对板件的连接处进行焊接；

步骤（5），依据地样及装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓，对两个结构受力板进行装配焊接；

步骤（6），依据装配好的不规则截面分叉弯扭节点轮廓及图纸尺寸，对造型蒙板进行装配焊接。

9.根据权利要求8所述的一种制作不规则截面分叉弯扭节点的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，对结构受力板的预成型在地面进行，通过成型工艺加工成所需形状；对造型蒙板的预成型则依据板件在地面上的坐标点进行放样并搭设预成型胎架，造型蒙板在预成型胎架上完成预成型，造型蒙板预成型时通过机械成型与火焰校正相配合方式进行形状调整。

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