CN115992553A - 一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法，包括上连接板，所述上连接板设有四个圆孔，通过打入自攻螺钉与上弦木梁连接，所述连接板下端设置有上扣件，所述上扣件与上连接板焊接连接，上扣件内部存在半球形空腔，角部存在四个螺纹孔，所述万向球置于上扣件和下扣件之间形成的球形空腔内部设置有球轴穿过孔道，所述下连接件下端设置有，且通过将自攻螺钉水平打入木撑杆，实现与撑杆的连接，从而实现钢节点与木构件简易连接；本发明构造简单，安装方便，传力可靠，通过万向球实现撑杆上部的弯矩释放和撑杆的自由转动，通过椭圆孔道限制万向球的转动范围，通过自攻螺钉实现上部木梁和木撑杆的便捷连接。

Description

一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法。

背景技术

张弦梁结构是一种通过撑杆将上弦压弯构件及下弦拉索连成的自平衡体系，其受力机理为通过在下弦拉索中施加预拉力使上弦压弯构件产生起拱，结构在荷载作用下的挠度得以减小，而撑杆也为上弦提供了弹性支撑，有效改善结构的受力性能。将张弦结构应用于大跨度胶合木结构，一方面，可以弥补木材变形相对较大的不足，减少木材用料，另一方面，钢木复合材料协同工作，充分发挥每种结构材料的作用和优势，有效提升建筑空间的表现力。

张弦梁结构的自平衡是该结构的一个重要特征，因此，节点设计的合理与否会影响自平衡功能的实现以及张弦梁结构各构件的受力状况。在设计中，撑杆一般只传递轴向力，当撑杆端部存在端弯矩时，整个张弦梁的实际受力形式与设计受力形式存在较大差异，且在拉索张拉或承受外荷载时会产生变形，撑杆可能会偏离原位置，这就需要撑杆与上弦的连接节点具有在平面内转动的能力。与张弦钢梁不同，张弦木梁上部结构和撑杆所用材料均为木材时，连接节点除需满足释放端弯矩的需求，还需实现钢节点和木构件之间的便捷连接。目前应用于实际工程中的木张弦梁结构，一般先将钢连接件与上部压弯构件连接，再通过螺栓将钢连接件与木撑杆连接，转动能力有限，且仅适用于平面张弦梁结构，无法应用于交叉张弦木梁、弦支木穹顶等具有多向转动能力要求的结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法，以期解决上述现有技术中存在的技术问题。

本申请提供的技术方案是：

一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法，包括上连接板，所述上连接板设有四个圆孔，通过打入自攻螺钉与上弦木梁连接，所述连接板下端设置有上扣件，所述上扣件与上连接板焊接连接，上扣件内部存在半球形空腔，角部存在四个螺纹孔，所述上扣件底端设置有下扣件，所述下扣件内部设置有内六角螺栓，所述下扣件和上扣件通过内六角螺栓连接，所述下扣件内部存在半球形空腔，空腔下部存在孔道，角部存在四个带螺纹孔，所述下扣件内部的空腔插嵌有万向球，所述万向球置于上扣件和下扣件之间形成的球形空腔内部设置有球轴穿过孔道，所述球轴下端设置有下连接件，所述下连接件与球轴通过焊接连接，下连接件预留圆孔，所述下连接件下端设置有，且通过将自攻螺钉水平打入木撑杆，实现与撑杆的连接，从而实现钢节点与木构件简易连接。

进一步地，所述下扣件底部的椭圆形孔道长轴r₁、短轴r₂和坡角β的大小根据对撑杆的转动能力要求确定，但是孔道短轴r₂应大于球轴的直径d_a，长轴r₁应小于空腔的直径d，当应用于平面张弦梁结构时，实际工程中一般允许撑杆在平面外转动不超过六度。

进一步地，所述可以通过更改夹角α的值来实现节点在曲线形木梁不同位置的安装。

进一步地，所述球轴长度l不应过长，所述球轴长度l设置的长度为1～2mm，以免发生轴压力作用下的失稳，也不应过短，否则球轴与下连接板焊接作业空间过小，且内六角螺栓不便安装。

进一步地，所述下连接件内部空腔应略大于木撑杆截面尺寸(1～2mm)，以便于将木撑杆插入下连接件的空腔并通过自攻螺钉连接。

另一方面，本申请还保护根据前述之一所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点的施工方法，包括以下步骤：

S1：机械加工万向球与球轴，将其穿入下扣件底部的孔道

S2：将所述球轴与下连接件通过焊接连接；

S3：将上扣件与上连接板通过焊接连接，并与下扣件通过内六角螺栓连接并拧紧；

S4：将木撑杆插入下连接件的空腔，通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接；

S5：在上弦木梁画线定位，确定上连接板的位置，并通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接。

进一步地，所述节点设计要考虑的控制参数包括球形空腔d、球直径d₀、球轴直径d_a和长度l、椭圆孔道长轴r₁、椭圆孔道短轴r₂、坡口角度β、内六角螺栓长度、上连接板角度α、连接板厚度、下连接板尺寸、自攻螺钉直径。

基于上述技术方案可知，本发明的张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本发明构造简单，加工安装方便，传力明确可靠，节点形式美观；

2、本发明中撑杆可以在任意方向做出一定幅度的摆动，既能满足施工过程中张拉下弦钢索时撑杆转动的需要，又能在加载过程中释放掉撑杆的端部弯矩，实现设计的受力形式，选用万向球实现端弯矩释放，不仅适用于平面张弦木梁结构，对于交叉张弦木梁、弦支木穹顶结构也有其适用价值，通过控制底部孔道尺寸和坡度实现对撑杆摆动范围的控制，避免撑杆在下弦拉索张拉过程中出现过大摆动；

3、当上弦结构为曲线形时，本发明可以将上连接板按照相应参数倾斜一定角度，并将上扣件加工为梯形，从而实现撑杆的竖向连接和万向转动。

4、本发明考虑到撑杆仅承担轴向压力，提出通过自攻螺钉实现节点与撑杆、上弦木梁的连接，方便快捷，设计合理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本申请张弦木梁可转动撑杆连接节点的组成示意图；

图2为本申请张弦木梁可转动撑杆连接节点的参数符号标注图；

图3为本申请将上连接板和上扣件连接后的结构示意图；

图4为本申请下扣件的结构示意图；

图5为本申请将万向球、球轴穿过下扣件并与下连接件焊接后的结构示意图；

图6为本申请张弦木梁可转动撑杆连接节点装配后的正视图；

图7为本申请张弦木梁可转动撑杆连接节点装配后的俯视图；

图8为本申请张弦木梁可转动撑杆连接节点应用于张弦木梁的组装图。

1、上连接板；2、上扣件；3、万向球；4、下扣件；5、内六角螺栓；6、球轴；7、下连接件；8、木撑杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，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。

如图1-7所示，本申请提供的一种张弦木梁可转动撑杆连接节点，包括

一种张弦木梁可转动撑杆连接节点及其施工方法，包括上连接板1，上连接板1设有四个圆孔，通过打入自攻螺钉与上弦木梁连接，连接板1下端设置有上扣件2，上扣件2与上连接板1焊接连接，上扣件2内部存在半球形空腔，角部存在四个螺纹孔，上扣件2底端设置有下扣件4，下扣件4内部设置有内六角螺栓5，下扣件4和上扣件2通过内六角螺栓5连接，下扣件4内部存在半球形空腔，空腔下部存在孔道，角部存在四个带螺纹孔，下扣件4内部的空腔插嵌有万向球3，万向球3置于上扣件2和下扣件4之间形成的球形空腔内部设置有球轴6穿过孔道，球轴6下端设置有下连接件7，下连接件7与球轴6通过焊接连接，下连接件7预留圆孔，下连接件7下端设置有8，且通过将自攻螺钉水平打入木撑杆8，实现与撑杆的连接，从而实现钢节点与木构件简易连接。

在本申请中，所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点考虑到在张弦梁结构设计中，撑杆与上弦木梁之间的连接应为铰接，选用万向球3实现撑杆的端弯矩释放，不仅适用于平面张弦木梁结构，对于交叉张弦木梁、弦支木穹顶结构也有其适用价值，通过控制底部孔道尺寸和坡度实现对撑杆转动范围的控制，避免撑杆在下弦拉索张拉过程中出现过大转动；

进一步地，由于木撑杆以承担轴向压力为主，因此通过自攻螺钉实现节点与上弦木梁和撑杆的连接，起到了定位固定的作用，而自攻螺钉本身几乎不受力。

另一方面，本申请还提供前述的张弦木梁可转动撑杆连接节点的施工方法，包括以下步骤：

S1：机械加工万向球3与球轴6，将其穿入下扣件4底部的孔道

S2：将所述球轴6与下连接件7通过焊接连接；

S3：将上扣件2与上连接板1通过焊接连接，并与下扣件4通过内六角螺栓5连接并拧紧；

S4：将木撑杆8插入下连接件7的空腔，通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接；

S5：在上弦木梁画线定位，确定上连接板1的位置，并通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接。

为了进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下：

张弦木梁可转动撑杆连接节点采用了万向球实现了撑杆在各个方向的自由转动，当应用于平面张弦梁时，可以通过设计下扣件4底部孔道尺寸实现对撑杆平面外转动的限制，实际工程中一般允许撑杆在平面外转动不超过6°。当应用于交叉张弦木梁和弦支木穹顶时，可以将下扣件4底部孔道设置为圆形孔道，实现各个方向的自由转动。首先通过机械加工并打磨得到表面光滑的万向球3及球轴6，将二者穿过下扣件4底部的孔道，将球轴6定位至下连接件7的中心位置并通过焊缝连接，保证轴力的垂直传递，将上扣件2与上连接板1焊接连接后，通过拧入内六角螺栓实现上扣件2与下扣件4的连接，此时节点钢材部分全部组装完成，将木撑杆8插入下连接件7的空腔内部，借助手电钻垂直打入自攻螺钉，实现撑杆与节点的连接，在上弦木梁画线定位，确定上连接板1的位置，借助手电钻垂直打入自攻螺钉，实现节点与上弦木梁的连接。

为了确保设计的容错性，下连接件7的空腔尺寸b应略大于木撑杆8截面尺寸(1～2mm)，孔径d_s应略大于自攻螺钉直径(0.5～1mm)。

所述节点设计要考虑的控制参数包括球形空腔d、球直径d₀、球轴直径d_a和长度l、椭圆孔道长轴r₁、椭圆孔道短轴r₂、坡口角度β、内六角螺栓长度、上连接板角度α、连接板厚度、下连接板尺寸、自攻螺钉直径。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种张弦木梁可转动撑杆连接节点，其特征在于，包括上连接板(1)，其特征在于：所述上连接板(1)设有四个圆孔，通过打入自攻螺钉与上弦木梁连接，所述连接板(1)下端设置有上扣件(2)，所述上扣件(2)与上连接板(1)焊接连接，上扣件(2)内部存在半球形空腔，角部存在四个螺纹孔，所述上扣件(2)底端设置有下扣件(4)，所述下扣件(4)内部设置有内六角螺栓(5)，所述下扣件(4)和上扣件(2)通过内六角螺栓(5)连接，所述下扣件(4)内部存在半球形空腔，空腔下部存在孔道，角部存在四个带螺纹孔，所述下扣件(4)内部的空腔插嵌有万向球(3)，所述万向球(3)置于上扣件(2)和下扣件(4)之间形成的球形空腔内部设置有球轴(6)穿过孔道，所述球轴(6)下端设置有下连接件(7)，所述下连接件(7)与球轴(6)通过焊接连接，下连接件(7)预留圆孔，所述下连接件(7)下端设置有(8)，且通过将自攻螺钉水平打入木撑杆(8)，实现与撑杆的连接，从而实现钢节点与木构件简易连接。

2.根据权利要求1所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点，其特征在于，所述下扣件(4)底部的椭圆形孔道长轴r₁、短轴r₂和坡角β的大小根据对撑杆的转动能力要求确定，但是孔道短轴r₂应大于球轴的直径d_a，长轴r₁应小于空腔的直径d，当应用于平面张弦梁结构时，实际工程中一般允许撑杆在平面外转动不超过六度。

3.根据权利要求1所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点，其特征在于上，所述可以通过更改夹角α的值来实现节点在曲线形木梁不同位置的安装。

4.根据权利要求1所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点，其特征在于，所述球轴长度l设置的长度为1～2mm。

5.根据权利要求1所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点，其特征在于，下连接件(7)内部空腔尺寸b应略大于木撑杆(8)截面尺寸,所述截面尺寸为1～2mm，以便于将木撑杆(8)插入下连接件(7)的空腔并通过自攻螺钉连接。

6.根据权利要求1-5任意一个所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：机械加工万向球(3)与球轴(6)，将其穿入下扣件(4)底部的孔道

S2：将所述球轴(6)与下连接件(7)通过焊接连接；

S3：将上扣件(2)与上连接板(1)通过焊接连接，并与下扣件(4)通过内六角螺栓(5)连接并拧紧；

S4：将木撑杆(8)插入下连接件(7)的空腔，通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接；

S5：在上弦木梁画线定位，确定上连接板(1)的位置，并通过手电钻垂直打入自攻螺钉连接。

7.根据权利要求6所述的张弦木梁可转动撑杆连接节点的施工方法，其特征在于，所述节点设计要考虑的控制参数包括球形空腔d、球直径d₀、球轴直径d_a和长度l、椭圆孔道长轴r₁、椭圆孔道短轴r₂、坡口角度β、内六角螺栓长度、上连接板角度α、连接板厚度、下连接板尺寸、自攻螺钉直径。

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