CN117513556A - 一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的自由曲面网壳的加强型板式连接节点及其施工方法属于大跨度自由曲面网壳结构技术领域，该连接节点包括连接杆、下连接盘和上连接盘，下连接盘顶部连接有加强内筒，加强内筒的外壁沿其周向间隔连接有多个腹板连接板，每个连接杆分别对应与一块腹板连接板连接。通过设置加强内筒和腹板连接板，可以有利于传递剪力，进行变形协调，保证结构安全。腹板连接板的设置可以增加节点的接触面积，从而增加剪力的传递路径，还能提高节点承载能力和抗拉、抗压性能。其次，加强内筒的设置还可以增加节点的刚度，提高整个自由曲面网壳结构的抗扭刚度和抗剪刚度。另外，加强内筒和腹板连接板的设置可以增加节点的稳定性，减少结构的变形。
Description
技术领域
本发明属于大跨度自由曲面网壳结构技术领域，具体为一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点及其施工方法。
背景技术
随着材料工程的发展，铝合金结构在建筑工程的应用越来越广泛。因其轻质、高强的特性，在大跨度自由曲面网壳结构轻质屋面结构中有其特殊的适用性，一大批铝合金空间网格结构得以呈现。
网格结构的节点体系由结构基本单元、杆件截面型式、节点连接构造一级加工制作和安装技术条件等因素确定。网格结构的节点体系通常有板式节点体系、螺栓球节点体系、毂式节点体系等。其中，板式节点体系应用最为普遍。板式节点由杆件和圆盘节点板通过紧固件（如螺栓、环槽铆钉等）紧密连接而成，节点板可采用铝合金或不锈钢。但是在板式节点体系中，型材仅有翼缘与节点板连接，型材的腹板相互脱开，无法有效传递剪力，因此这种板式节点体系只能用于杆件体系以轴向受力为主的结构，如球面网壳、柱面网壳等。但是自由曲面网壳竖向支座对剪力的传递需求很突出，这种板式节点体系显然已经无法适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点及其施工方法，以解决板式节点体系的剪力传递无法满足自由曲面网壳竖向支座的技术问题。
为此，本发明提供一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点，包括连接杆、下连接盘和上连接盘，所述下连接盘顶部连接有加强内筒，所述加强内筒的外壁沿其周向间隔连接有多个腹板连接板，每个连接杆分别对应与一块腹板连接板连接。
优选地，所述加强内筒的顶部与上连接盘之间留有间隙。
优选地，所述下连接盘的下方同轴设有加强下连接盘，所述加强下连接盘与下连接盘之间连接有环板。
优选地，加强下连接盘与下连接盘之间设有加强肋板，所述加强肋板呈放射状设置环板内。
优选地，所述加强肋板与连接杆交错布置。
优选地，所述环板与下连接盘同轴设置。
优选地，所述加强内筒与下连接盘同轴设置。
另外，本发明还提供一种如上所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、将加强内筒、腹板连接板和下连接盘在工厂焊接，作为拼接件一运送至施工现场；并将其余构件运输至施工现场；
步骤二、利用紧固件将连接杆与下连接盘、上连接盘和腹板连接板连接。
优选地，拼接件一还包括环板，在步骤一中，所述环板在工厂焊接在下连接盘的底部；在步骤二之后，将加强下连接盘的顶部与环板的底部焊接。
优选地，步骤一中还将加强肋板、加强下连接盘和上耳板在工厂焊接，作为拼接件二运送至施工现场；在步骤二之后，将加强肋板的顶部与下连接盘的底部磨平顶紧，再将加强下连接盘的顶部与环板的底部焊接。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
（1）本发明通过在下连接盘的顶部连接加强内筒，并在加强内筒的外壁间隔连接多个腹板连接板，利用紧固件将每块腹板连接板与每根连接杆连接，通过设置加强内筒和腹板连接板，可以有利于传递剪力，进行变形协调，保证结构安全。腹板连接板的设置可以增加节点的接触面积，从而增加剪力的传递路径，还能提高节点承载能力和抗拉、抗压性能。其次，加强内筒的设置还可以增加节点的刚度，提高整个自由曲面网壳结构的抗扭刚度和抗剪刚度。另外，加强内筒和腹板连接板的设置可以增加节点的稳定性，减少结构的变形。
（2）本发明中加强内筒的顶部与上连接盘之间留有间隙，可以满足强电、弱电布线需求，对建筑空间效果的呈现起到重要作用。
（3）通常网壳的板式节点中，支座耳板焊接在下连接盘的底部，但是下连接盘同时需要与连接杆的下翼缘板螺栓连接，使得下连接盘一方面要为焊接支座耳板提供位点，另一方面还要为螺栓连接连接杆的下翼缘板提供位点，两种位点距离较近，使得焊接过程中存在不均匀热应力集中，焊接质量难以保证。另外螺栓连接位置也可能存在容易松动的问题。下连接盘会产生不均匀的受力分布，影响连接节点的承载能力和稳定性。而且由于支座耳板焊接时需要避开螺栓连接位点，因为支座耳板的焊接角度受限。本发明通过在下连接盘的底部设加强下连接盘，并利用环板将加强下连接盘与下连接盘连接为一个整体，从而一方面将支座耳板焊接在加强下连接盘底部，使得下连接盘只需要与连接杆的下翼缘板螺栓连接，保证节点的承载能力的稳定性。另一方面支座耳板焊接在加强下连接盘底部时，支座耳板的角度不再受限，使得竖向支撑构件主干、枝杈位置角度可以灵活布置，便于主体结构的受力和变形达到相对最优解，节省工程投资。此外，还可以使得支座耳板和下连接盘的尺寸进行标准化和统一化，支座耳板始终与水准面垂直，利于节点加工便利性和节点受力的合理性、空间效果的美观性实现。
附图说明
图1为自由曲面网壳的加强型板式连接节点的示意图；
图2为图1中A-A剖面的示意图；
图3为图1中B-B剖面的示意图；
图4为图1中C-C剖面的示意图。
附图标注：1-加强下连接盘、2-下连接盘、3-加强肋板、4-环板、5-加强内筒、6-上连接盘、7-腹板连接板、8-连接杆、9-上耳板、10-下耳板、11-加劲肋、12-支撑树形柱、13-端板。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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”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”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
实施例一
如图1-4所示为一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点，该连接节点包括连接杆8、下连接盘2和上连接盘6。连接杆8的数量为多个，多个连接杆8呈放射状布置，上连接盘6和下连接盘2分别连接在连接杆8的顶部和底部，并且上连接盘6和下连接盘2同轴设置。连接杆8可以为工字型铝合金杆件，随着材料工程的发展进步，连接杆8还可以为其他工字型金属杆件。上连接盘6与工字型金属杆件的上翼缘板螺栓连接或者通过环槽锚钉连接，下连接盘2与工字型金属杆件的下翼缘板螺栓连接或者通过环槽锚钉连接。上连接盘6和下连接盘2可以为圆盘，还可以为其他正多边形板式结构。
本发明在下连接盘2顶部焊接连接有加强内筒5。加强内筒5与下连接盘2同轴设置，可以有效增加连接节点的刚度和强度，还能使连接杆8的力传递更加均匀和稳定，减少应力集中。加强内筒5的外壁沿其周向间隔连接有多个腹板连接板7，每个连接杆8分别对应与一块腹板连接板7连接，具体地，每个连接杆8分别对应与一块腹板连接板7螺栓连接。通过设置加强内筒5和腹板连接板7，可以有利于传递剪力，进行变形协调，保证结构安全。在一个优选的实施方式中，加强内筒5的顶部与上连接盘6之间留有间隙，可以满足强电、弱电布线需求，对建筑空间效果的呈现起到重要作用。本发明中加强内筒5的截面可以为圆形，还可以根据需要调整为正多边形。
下连接盘2的下方同轴设有加强下连接盘1，加强下连接盘1与下连接盘2之间连接有环板4。环板4与下连接盘2同轴设置。本发明利用环板4将加强下连接盘1与下连接盘2连接，从而将连接杆8所受剪力更好地传递给加强下连接盘1，而且还能增加节点的刚性连接，提高节点的稳定性。本发明通过设置加强下连接盘1，一方面将上耳板9焊接在加强下连接盘1的底部，使得下连接盘2只需要与连接杆8的下翼缘板螺栓连接，保证节点的承载能力的稳定性。另一方面上耳板9焊接在加强下连接盘1底部时，上耳板9的角度不再受限，使得支撑树形柱12的位置和角度可以灵活布置，便于主体结构的受力和变形达到相对最优解，节省工程投资。此外，还可以使得上耳板9和下连接盘2的尺寸进行标准化和统一化，上耳板9始终与水准面垂直，利于节点加工便利性和节点受力的合理性、空间效果的美观性实现。
在一个优选的实施方式中，加强下连接盘1与下连接盘2之间设有加强肋板3，加强肋板3呈放射状设置环板4内。加强肋板3的底部与加强下连接盘1焊接连接，加强肋板3的顶部顶紧下连接盘2的底部。本发明中加强肋板3的顶部顶紧下连接盘2的底部，而不是采用焊接连接，这是由于加强肋板3位于环板4的内部，无焊接操作空间，而且加强肋板3的受力以承压为主，磨平顶紧可以同时满足受力和加工要求。在一个优选的实施方式中，加强肋板3的一端优选的贴紧环板4的内壁设置。
加强肋板3与连接杆8交错布置。通过交错布置的加强肋板3，使得连接节点的应力更加均匀地分布在各个连接杆8上，减少应力集中。还能解决加强肋板3和螺栓的空间占用问题。
实施例二
上述自由曲面网壳的加强型板式连接节点的施工方法包括以下步骤：
步骤一、将加强内筒5、腹板连接板7和下连接盘2在工厂焊接，作为拼接件一运送至施工现场。加强内筒5、腹板连接板7和下连接盘2之间具体的连接方式如实施例一所述，此处不再赘述。将下连接盘2与上耳板9焊接作为拼接件二运送至施工现场。将支撑树形柱12、加劲肋11、端板13、下耳板10在工厂焊接，作为拼接件三运送至施工现场。支撑树形柱12还可以替换为其他构件，例如冠梁、框架柱、剪力墙等。将其余构件运输至施工现场，包括连接杆8、上连接盘6、支撑树形柱12和紧固件等。
步骤二、利用紧固件将连接杆8与下连接盘2、上连接盘6和腹板连接板7连接。紧固件可以为螺栓或者环槽锚钉。
利用紧固件（例如销轴）将上耳板9和下耳板10连接。
实施例三
步骤一、将加强内筒5、腹板连接板7、下连接盘2和环板4在工厂焊接，作为拼接件一运送至施工现场；将加强下连接盘1与上耳板9焊接作为拼接件二运送至施工现场。将支撑树形柱12、加劲肋11、端板13、下耳板10在工厂焊接，作为拼接件三运送至施工现场。将其余构件运输至施工现场，包括连接杆8、上连接盘6、支撑树形柱12和紧固件等。
步骤二、利用紧固件将连接杆8与下连接盘2、上连接盘6和腹板连接板7连接。紧固件可以为螺栓或者环槽锚钉。
将加强下连接盘1的顶部与环板4的底部焊接。利用紧固件将上耳板9和下耳板10连接。
与实施例二不同的是，本实施例中的拼接件一还包括环板4。在步骤一中，环板4在工厂焊接在下连接盘2的底部。加强下连接盘1与上耳板9焊接作为拼接件二。在步骤二之后，将加强下连接盘1的顶部与环板4的底部焊接。
实施例四
步骤一、将加强内筒5、腹板连接板7、下连接盘2和环板4在工厂焊接，作为拼接件一运送至施工现场；将加强肋板3、加强下连接盘1和上耳板9在工厂焊接，作为拼接件二运送至施工现场；将支撑树形柱12、加劲肋11、端板13、下耳板10在工厂焊接，作为拼接件三运送至施工现场。并将其余构件运输至施工现场，包括连接杆8、上连接盘6、支撑树形柱12和紧固件等。
步骤二、利用紧固件将连接杆8与下连接盘2、上连接盘6和腹板连接板7连接。
将加强肋板3的顶部与下连接盘2的底部磨平顶紧，然后将加强下连接盘1的顶部与环板4的底部焊接。利用紧固件将上耳板9和下耳板10连接。
与实施例三不同的是，本实施例中步骤一中将加强肋板3、加强下连接盘1和上耳板9在工厂焊接，作为拼接件二运送至施工现场；在步骤二之后，将加强肋板3的顶部与下连接盘2的底部磨平顶紧，再将加强下连接盘1的顶部与环板4的底部焊接。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种自由曲面网壳的加强型板式连接节点，包括连接杆（8）、下连接盘（2）和上连接盘（6），其特征在于，所述下连接盘（2）顶部连接有加强内筒（5），所述加强内筒（5）的外壁沿其周向间隔连接有多个腹板连接板（7），每个连接杆（8）分别对应与一块腹板连接板（7）连接。
2.根据权利要求1所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述加强内筒（5）的顶部与上连接盘（6）之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述下连接盘（2）的下方同轴设有加强下连接盘（1），所述加强下连接盘（1）与下连接盘（2）之间连接有环板（4）。
4.根据权利要求3所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述加强下连接盘（1）与下连接盘（2）之间设有加强肋板（3），所述加强肋板（3）呈放射状设置环板（4）内。
5.根据权利要求4所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述加强肋板（3）与连接杆（8）交错布置。
6.根据权利要求3所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述环板（4）与下连接盘（2）同轴设置。
7.根据权利要求1所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点，其特征在于，所述加强内筒（5）与下连接盘（2）同轴设置。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将加强内筒（5）、腹板连接板（7）和下连接盘（2）在工厂焊接，作为拼接件一运送至施工现场；并将其余构件运输至施工现场；
步骤二、利用紧固件将连接杆（8）与下连接盘（2）、上连接盘（6）和腹板连接板（7）连接。
9.根据权利要求8所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点的施工方法，其特征在于，拼接件一还包括环板（4），在步骤一中，所述环板（4）在工厂焊接在下连接盘（2）的底部；在步骤二之后，将加强下连接盘（1）的顶部与环板（4）的底部焊接。
10.根据权利要求9所述的自由曲面网壳的加强型板式连接节点的施工方法，其特征在于，步骤一中还将加强肋板（3）、加强下连接盘（1）和上耳板（9）在工厂焊接，作为拼接件二运送至施工现场；在步骤二之后，将加强肋板（3）的顶部与下连接盘（2）的底部磨平顶紧，再将加强下连接盘（1）的顶部与环板（4）的底部焊接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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