CN116290567A - 一种十字星异型截面四分叉钢柱结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑钢结构技术领域，具体涉及一种十字星异型截面四分叉钢柱结构及其制作方法，由主体直段、四分叉转换节点组合而成，内部均设有加劲板。各主板间采用全熔透焊缝互相连接，直段与转换节点连接形式、转换节点与相应结构连接进行了全螺栓连接设计，极大得提高现场安装效率。本发明在进行结构设计时，充分考虑结构焊接的可行性，焊接质量得以保证，整体结构满足受力要求，外观充分展现十字星的造型特点。转换节点的设计，解决了十字星造型柱转换至横梁的结构受力设计及造型设计。本发明解决了受力与一种十字星异型截面四分叉钢柱结构的设计与制作问题，具有结构设计合理、外观造型美观、实用性强等优点。

Description

一种十字星异型截面四分叉钢柱结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑领域，具体涉及一种十字星异型截面四分叉钢柱结构及其制作方法。

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、机场等场馆类建筑中，而场馆类建筑往往对结构外观要求更为高，而钢结构具有安全性能优越、造型美观、可塑性强等特点。

场馆类钢结构往往屋面为大跨度桁架或梁结构，在考虑钢柱的结构形式时，不仅考虑造型的美观度，更关注结构的美感与结构受力的完美融合，所应用的异型钢柱及相应的转换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。

鉴于此，本申请人提供一种十字星异型截面四分叉钢柱结构及其加工制作方法。

发明内容

本发明首先公开一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，主要用于异型钢柱及转换节点造型设计，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：

一种十字星异型截面四分叉钢柱结构,包括主体直段、四分叉转换节点以及加劲板，主体直段包括顶部连接板、底部连接板以及由十四块平面面板、四块弧形面板依次连接形成的相对闭合主体，主体内部设置有加劲板，顶部连接板内嵌于顶部端口主体内，底部连接板连在底部端口主体外侧，主体为不规则的十字星截面，端部面板位置设置有手孔板；四分叉转换节点包括中间主箱体、四个分叉异型拱形截面弯扭牛腿以及端部连接板组成；主体直段与四分叉转换节点通过螺栓连接。

进一步，所述十四块平面板按位置类型分为第一主板、第二主板、第三主板、第四主板、第五主板、第六主板、第七主板、第八主板，第二主板与第三主板和第四主板对接连接设置，第五、六主板连接第一主板与第二主板，第七主板相对设置于第一主板于主板二上，第八主板设置于相应的四个角部，分别连接第一主板与第三主板、第一主板与第四主板、第七主板间。

进一步，所述四块弧形面板设置于四个角部，最终构成主体的十字星截面。

进一步，所述加劲板设置与截面的各个空腔内，平行于截面布置。

进一步，所述顶部连接板设置于主体截面内侧、底部连接板设置于主体截面外侧。

进一步，所述四分叉转换节点包括中间主箱体，四个分叉异型拱形截面弯扭支腿与中间主箱体相连接，内部设置加劲板，端部设置连接板及手孔板。

进一步，所述中间主箱体由四块弧形板连接，箱体截面渐变，边缘弧形，整体呈梯形结构。

进一步，所述分叉异型拱形截面弯扭支腿由两侧翼板、中间腹板以及弧形半圆弧连接而成，截面形式呈变截面拱形状。

进一步，所述两侧翼板为五边形弯扭板件，其中一边为圆弧边。

本发明的第二目的在于提供一种十字星异型截面四分叉钢柱结构的加工制作方法，包括如下步骤：

步骤一，零件板下料，弯扭板件、半圆弧管、折弯板件等板件预成型，弯扭板件根据地样尺寸图进行火焰校正成型的方式制作。

步骤二，半圆弧形管成型采用以下方式：①.将整圆管按所需的弧管尺寸在长度方向切割出间断切割槽，切割300mm，预留100mm连接桥不切割，冷弯处理后，再将连接桥割断，即确保弯圆可行，避免弯圆变形，同时又能保证自由边尺寸，而且便于弯圆后的切割成型。

步骤三，主体直段1拼装、焊接步骤如下①～⑥：

①.主体直段部分第一主板就位，平放于胎架上；

②.装配第五主板、第六主板、两侧的腹板以及顶部及底部的连接板，焊接第五主板、第六主板与第一主板的焊缝，焊接各主板与顶部及底部的连接板的焊缝，全熔透连接；

③.装配内部加劲板，并进行焊接；

④.装配第二主板、第三主板、第四主板，并对内侧连接焊缝及与顶部及底部的连接板进行焊接；

⑤.装配第七主板并进行焊接；

⑥.装配第八主板并进行焊接；

⑦.装配四个角部的弧形板，焊接完成后，对外露焊缝进行打磨处理。

⑧.装配端部手孔板。

步骤四，四分叉转换节点2拼装、焊接步骤如下⑨～⑩：

⑨.依据尺寸装配并焊接中间位置箱体，焊缝全熔透连接；

⑩.将中间位置箱体方平后，依次装配两侧的异型拱形截面弯扭支腿，根据地样胎架，装配两侧的弯扭板以及弯弧半圆管。对中间过渡位置精度及端部尺寸精度进行精确控制；装配端部手孔板以及各端头的连接板。

本发明所设计的十字星异型截面四分叉钢柱结构采用主体直段与转换节点两部分组成，所设计的转换节点及特殊截面形式不然外观既有棱角的刚硬，又有圆润的美观，且结构受力好，传力明确，无需增加钢板厚度也可以达到很好的受力效果，十字星特殊截面的设计结合端部螺栓连接形式的设计，既能满足结构受力要求，同时也使得项目现场安装免于焊接工序，提高施工效率，降低施工成本。同时本发明结构板件的相关连接设计及制作方案，使焊缝焊接效率及焊接质量得以保证，尤其是将四分叉转换节点采用分为中间箱体及四个支腿五个部件进行设计，可以降低制作难度，降低制作成本，提高制作效率，本发明尤其适合用于场馆类钢柱及钢柱与屋面连接结构。

附图说明

图1为本发明结构轴测图；

图2为本发明主体直段轴测图；

图3为本发明主体直段截面图；

图4为四分叉转换节点轴测图；

图5为四分叉转换节点爆炸图；

图6为四分叉转换节点支腿截面图。

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。

本发明首先公开一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，如图1至图6所示，其结构主要包括主体直段1(如图1轴测图)及四分叉转换节点2(如图4轴测图)，其中主体直段1结构形式包括顶部连接板3、底部连接板4以及十四块平面面板(分别为第一主板5、第二主板6、第三主板7、第四主板8、第五主板9、第六主板10、第七主板11、第八主板12)、四块弧形面板13以及主体内部加劲板14，弧形面板设置与截面四个角部，与平面面板相连接，组合而成如图3所示的十字星截面形式，且为中心对称截面，增加了对称、圆润又具有刚性的美感，主体平面面板、弧形面板间通过部分熔透焊缝连接固定，熔深2t/3，即可满足整体受理要求。端部设置手孔板15，用于现场连接施工。

四分叉转换节点2通过十字星四个角部由原直段以截面尺寸转变(截面由小到大渐变)和角部向水平方向平滑延伸转变的方式，形成四个支腿16，用于与梁的连接，此结构的设计既实现柱梁转换，又能确保整体构造外观的自然顺滑过渡，且又有可靠的结构受力。四分叉转换节点2中间设置主箱体17，中间主箱体由四块弧形板18连接，箱体截面渐变，边缘弧形，整体呈梯形结构，上口大，下口小，此结构的设计用于适应支腿转换变形的需要，四个支腿连接在中间主箱体四个侧面上，此支腿设计为异型拱形截面弯扭支腿，截面呈渐变的拱形，两侧的面板19为弯扭板件，弧形半圆管20与支腿侧板相连，达到圆润过渡的结构效果，为提高结构受力，在中间主箱体内部设置内加劲板21，端部设置手孔板22以及连接板23。

本实施例还同时公开一种十字星异型截面四分叉钢柱结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤(1)，零件板下料，弯扭板件19、半圆弧管20等板件预成型，弯扭板件根据地样尺寸图进行火焰校正成型的方式制作。

步骤(2)，半圆弧管20成型采用以下方式：①.将整圆管按所需的弧管尺寸在长度方向切割出间断切割槽，切割300mm，预留100mm连接桥不切割，冷弯处理后，再将连接桥割断，即确保弯圆可行，避免弯圆变形，同时又能保证自由边尺寸，而且便于弯圆后的切割成型。

步骤(3)，主体直段1拼装、焊接步骤如下①～⑧：

①.主体直段部分第一主板5就位，平放于胎架上；

②.装配第五主板9、第六主板10、两侧的第八主板12以及顶部及底部的连接板3、4，焊接第五主板9、第六主板10与第一主板5的焊缝，焊接各主板与顶部及底部的连接板3、4的焊缝，全熔透连接；

③.装配内部加劲板14，并进行焊接；

④.装配第二主板6、第三主板7、第四主板8，并对内侧连接焊缝及与顶部及底部的连接板3、4进行焊接；

⑤.装配第七主板11并进行焊接；

⑥.装配第八主板12并进行焊接；

⑦.装配四个角部的弧形板13，焊接完成后，对外露焊缝进行打磨处理。

⑧.装配端部手孔板15。

步骤(4)，四分叉转换节点2拼装、焊接步骤如下⑨～⑩：

⑨.依据尺寸装配并焊接中间位置箱体17所组成的四块弧形板18以及加劲板21，焊缝全熔透连接；

⑩.将中间位置箱体方平后，依次装配两侧的异型拱形截面弯扭支腿18，根据地样胎架，装配两侧的弯扭板19以及弯弧半圆管20。对中间过渡位置精度及端部尺寸精度进行精确控制；装配端部手孔板22以及各端头的连接板23。

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 (10)

1.一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：包括主体直段、四分叉转换节点以及加劲板，主体直段包括顶部连接板、底部连接板以及由十四块平面面板、四块弧形面板依次连接形成的相对闭合主体，主体内部设置有加劲板，顶部连接板内嵌于顶部端口主体内，底部连接板连在底部端口主体外侧，主体为不规则的十字星截面，端部面板位置设置有手孔板；四分叉转换节点包括中间主箱体、四个分叉异型拱形截面弯扭牛腿以及端部连接板组成；主体直段与四分叉转换节点通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述十四块平面板按位置类型分为第一主板、第二主板、第三主板、第四主板、第五主板、第六主板、第七主板、第八主板，第二主板与第三主板和第四主板对接连接设置，第五、六主板连接第一主板与第二主板，第七主板相对设置于第一主板于主板二上，第八主板设置于相应的四个角部，分别连接第一主板与第三主板、第一主板与第四主板、第七主板间。

3.根据权利要求1所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述四块弧形面板设置于四个角部，最终构成主体的十字星截面。

4.根据权利要求1所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述加劲板设置与截面的各个空腔内，平行于截面布置。

5.根据权利要求1所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述顶部连接板设置于主体截面内侧、底部连接板设置于主体截面外侧。

6.根据权利要求1所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述四分叉转换节点包括中间主箱体，四个分叉异型拱形截面弯扭支腿与中间主箱体相连接，内部设置加劲板，端部设置连接板及手孔板。

7.根据权利要求6所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述中间主箱体由四块弧形板连接，箱体截面渐变，边缘弧形，整体呈梯形结构。

8.根据权利要求6所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述分叉异型拱形截面弯扭支腿由两侧翼板、中间腹板以及弧形半圆弧连接而成，截面形式呈变截面拱形状。

9.根据权利要求8所述的一种十字星异型截面四分叉钢柱结构，其特征在于：所述两侧翼板为五边形弯扭板件，其中一边为圆弧边。

10.一种制作如权利要求1-9任一项所述十字星异型截面四分叉钢柱的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，零件板下料，弯扭板件、半圆弧管、折弯板件等板件预成型，弯扭板件根据地样尺寸图进行火焰校正成型的方式制作；

步骤二，半圆弧形管成型采用以下方式：①.将整圆管按所需的弧管尺寸在长度方向切割出间断切割槽，切割300mm，预留100mm连接桥不切割，冷弯处理后，再将连接桥割断，即确保弯圆可行，避免弯圆变形，同时又能保证自由边尺寸，而且便于弯圆后的切割成型；

步骤三，主体直段1拼装、焊接步骤如下①～⑥：

①.主体直段部分第一主板就位，平放于胎架上；

②.装配第五主板、第六主板、两侧的腹板以及顶部及底部的连接板，焊接第五主板、第六主板与第一主板的焊缝，焊接各主板与顶部及底部的连接板的焊缝，全熔透连接；

③.装配内部加劲板，并进行焊接；

④.装配第二主板、第三主板、第四主板，并对内侧连接焊缝及与顶部及底部的连接板进行焊接；

⑤.装配第七主板并进行焊接；

⑥.装配第八主板并进行焊接；

⑦.装配四个角部的弧形板，焊接完成后，对外露焊缝进行打磨处理；

⑧.装配端部手孔板；

步骤四，四分叉转换节点2拼装、焊接步骤如下⑨～⑩：

⑨.依据尺寸装配并焊接中间位置箱体，焊缝全熔透连接；

⑩.将中间位置箱体方平后，依次装配两侧的异型拱形截面弯扭支腿，根据地样胎架，装配两侧的弯扭板以及弯弧半圆管；对中间过渡位置精度及端部尺寸精度进行精确控制；装配端部手孔板以及各端头的连接板。

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