CN201924450U - 一种钢-木混合抽空四角锥网架 - Google Patents

一种钢-木混合抽空四角锥网架 Download PDF

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一种钢-木混合抽空四角锥网架。其包括多根上弦杆、多根下弦杆、多根斜腹杆、多个木杆连接件、多个钢杆连接件、多个螺栓球节点、固定铰支座和若干个滑动铰支座;上弦杆和斜腹杆两端分别安装有木杆连接件,下弦杆两端分别安装有钢杆连接件;带有连接件的多根上弦杆、下弦杆和斜腹杆利用多个螺栓球节点连接成传统形状的抽空四角锥网架主体;固定铰支座的上端安装在网架主体下弦外周边任一角处的螺栓球节点上,下端固定在相应的结构柱顶部;若干个滑动铰支座的上端分别安装在网架主体下弦外周边的其余螺栓球节点上。本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架充分发挥了钢材强度高、木材绿色环保的特点,具有抗震性能好、便于施工、安全性高等优点。

Description

一种钢-木混合抽空四角锥网架
技术领域
[0001] 本实用新型属于建筑结构技术领域,特别是涉及一种大跨度钢-木混合抽空四角 锥网架。
背景技术
[0002] 随着大跨度空间结构的发展,网架结构得到了广泛应用,如机场航站楼、会展中 心、收费站、大跨度煤棚等建筑,均出现了网架结构的应用实例。网架结构受力合理、刚度 强、重量轻,能够充分发挥材料的拉压性能,减小弯矩和剪力对材料的不利影响,且造型多 变,并可根据建筑使用要求调整网格尺寸,以满足不同的使用要求。由于抽空四角锥网架造 型新颖,并且利于室内采光照明,因此受到更广泛的关注。但是,抽空部分网格后,结构受力 尤其是下弦杆受力显著增大,由于钢材具有强度高和性能稳定的特点,因此,该结构主要选 用钢材作为原料,其它材料用于这种网架结构的实例或研究尚未见报道。
[0003] 木材是一种资源丰富且已广为应用的可再生材料,木结构房屋在我国更是有着悠 久的历史。中国发明专利申请第2010号中就公开了一种由本发明申请人提出的木结构矩 形平板网架,虽然这种网架具有绿色环保等优点,但是由于木材的强度较低,因此不适于单 独作为抽空四角锥网架的原料。
[0004] 因此,如果能充分利用钢材强度高、木材绿色环保的特点,将钢材和木材组合成混 合结构,无疑将会扩大木结构的应用范围。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题,本实用新型的目的在于提供一种抗震性能好、便于施工、安全 性高且绿色环保的钢-木混合抽空四角锥网架。
[0006] 为了达到上述目的,本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架包括多根上弦 杆、多根下弦杆、多根斜腹杆、多个木杆连接件、多个钢杆连接件、多个螺栓球节点、固定铰 支座和若干个滑动铰支座;其中上弦杆和斜腹杆由木材制成,下弦杆由钢材制成,每根上弦 杆和斜腹杆的两端分别安装有一个木杆连接件,每根下弦杆的两端分别安装有一个钢杆连 接件;带有木杆连接件的多根上弦杆和多根斜腹杆与带有钢杆连接件的多根下弦杆利用多 个螺栓球节点连接成传统形状的抽空四角锥网架主体;所述的木杆连接件包括钢套箍、端 板、锥头和箍筋;其中钢套箍套装在上弦杆及斜腹杆的端部外圆周面上;端板安装在钢套 箍的外端面上;锥头为空心圆台结构,其上底面中部形成有一个圆孔,下底面呈开口状,并 且下底面边缘连接在端板的外端边缘上;箍筋缠绕在钢套箍的外圆周面上,用于将钢套箍 和上弦杆或斜腹杆箍紧;所述的钢杆连接件包括与木杆连接件中同一部件具有相同结构的 端板和锥头,端板安装在下弦杆的外端部上,锥头的下底面边缘连接在端板的外端边缘上; 每个螺栓球节点包括多个高强螺栓、多个封板、多个套筒、多个销钉和一个钢球;其中高强 螺栓上的螺杆贯穿设置在锥头上的圆孔内,并且螺栓头位于锥头的内部,同时螺杆的中部 外圆周面上沿径向形成有一个盲孔;封板安装在锥头的上底面外部,并且中心部位形成有一个螺杆孔;套筒套在高强螺栓上位于封板外侧的螺杆上,并且套筒的圆周面上贯穿形成 有一个销钉孔;销钉的前端穿过套筒上的销钉孔后插入在高强螺栓上的盲孔内;钢球上形 成有多个圆孔,用于插入多个高强螺栓上螺杆的前端;固定铰支座的上端安装在网架主体 下弦外周边任一角处的螺栓球节点上,下端固定在相应的结构柱顶部;若干个滑动铰支座 的上端分别安装在网架主体下弦外周边的其余螺栓球节点上,下端以可移动的方式分别设 置在相应的结构柱顶部。
[0007] 所述的上弦杆和斜腹杆的两端外圆周面上沿其圆周方向相隔距离形成有多道凹 槽,而钢套箍的内圆周面上沿其圆周方向突出形成有多圈能够分别嵌入在上述多道凹槽内 的凸缘。
[0008] 所述的钢球上圆孔的数量为3-8个。
[0009] 本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架具有如下优点1)抗震性能好:经有 限元分析软件ANSYS计算表明,本结构具有可靠的抗震性能。2)便于施工:由于减少了钢 材用量,因此可明显减少施工现场的机械设备数量,同时,由于木杆件重量轻,其拼接可由 工人手工完成,因此可以提高施工效率,降低劳动强度,减少施工人员的数量。幻安全性高: 经计算后发现,地震作用下钢-木混合抽空四角锥网架竖向位移小于同截面面积的钢结构 网架,表明地震作用下钢-木混合抽空四角锥网架安全性高。4)绿色环保:由于我国木材 资源丰富,选材便利且绿色环保,价格低且属于可再生资源,因此使用钢-木混合抽空四角 锥网架时经济优势和环保优势都非常突出。
附图说明
[0010] 图1为本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架结构平面图。
[0011] 图2为本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架结构侧视图。
[0012] 图3为由图1中上弦杆连成的结构平面示意图。
[0013] 图4为由图1中斜腹杆连成的结构平面示意图。
[0014] 图5为由图1中下弦杆连成的结构平面示意图。
[0015] 图6为本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架中连接在上弦杆或斜腹杆端 部的木杆连接件结构示意图。
[0016] 图7为本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架中螺栓球节点部位结构示意 图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架进 行详细说明。
[0018] 如图1-图4所示,本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架包括多根上弦杆 1、多根下弦杆2、多根斜腹杆3、多个木杆连接件4、多个钢杆连接件、多个螺栓球节点5、固 定铰支座6和若干个滑动铰支座7 ;其中上弦杆1和斜腹杆3由木材制成,下弦杆2由钢材 制成,每根上弦杆1和斜腹杆3的两端分别安装有一个木杆连接件4,每根下弦杆2的两端 分别安装有一个钢杆连接件;带有木杆连接件4的多根上弦杆1和多根斜腹杆3与带有钢 杆连接件的多根下弦杆2利用多个螺栓球节点5连接成传统形状的抽空四角锥网架主体;所述的木杆连接件4包括钢套箍8、端板9、锥头10和箍筋11 ;其中钢套箍8套装在上弦杆 1及斜腹杆3的端部外圆周面上;端板9安装在钢套箍8的外端面上;锥头10为空心圆台 结构,其上底面中部形成有一个圆孔12,下底面呈开口状,并且下底面边缘连接在端板9的 外端边缘上;箍筋11缠绕在钢套箍8的外圆周面上,用于将钢套箍8和上弦杆1或斜腹杆 3箍紧;所述的钢杆连接件包括与木杆连接件4中同一部件具有相同结构的端板9和锥头 10,端板9安装在下弦杆2的外端部上,锥头10的下底面边缘连接在端板9的外端边缘上; 每个螺栓球节点5包括多个高强螺栓13、多个封板14、多个套筒15、多个销钉16和一个钢 球17 ;其中高强螺栓13上的螺杆贯穿设置在锥头10上的圆孔12内,并且螺栓头位于锥头 10的内部,同时螺杆的中部外圆周面上沿径向形成有一个盲孔;封板14安装在锥头10的 上底面外部,并且中心部位形成有一个螺杆孔;套筒15套在高强螺栓13上位于封板14外 侧的螺杆上,并且套筒15的圆周面上贯穿形成有一个销钉孔;销钉16的前端穿过套筒15 上的销钉孔后插入在高强螺栓13上的盲孔内;钢球17上形成有多个圆孔,用于插入多个高 强螺栓13上螺杆的前端;固定铰支座6的上端安装在网架主体下弦外周边任一角处的螺栓 球节点5上,下端固定在相应的结构柱顶部;若干个滑动铰支座7的上端分别安装在网架 主体下弦外周边的其余螺栓球节点5上,下端以可移动的方式分别设置在相应的结构柱顶 部。
[0019] 所述的上弦杆1和斜腹杆3的两端外圆周面上沿其圆周方向相隔距离形成有多道 凹槽,而钢套箍8的内圆周面上沿其圆周方向突出形成有多圈能够分别嵌入在上述多道凹 槽内的凸缘。
[0020] 所述的钢球17上圆孔的数量为3-8个。
[0021] 本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架组装过程如下:在上弦杆1和斜腹 杆3上安装木杆连接件4的方法是首先将高强螺栓13上的螺杆从锥头10的内部贯穿过圆 孔12,然后将钢套箍8安装在上弦杆1和斜腹杆3的外端圆周面上,并使上弦杆1和斜腹杆 3上的凹槽与钢套箍8上的凸缘对齐并卡紧,之后将箍筋11缠绕在钢套箍8的外圆周面上, 用于将钢套箍8和上弦杆1或斜腹杆3箍紧,然后将端板9焊接在钢套箍8的外端面上,最 后将装有高强螺栓13的锥头10下底面边缘焊接在端板9的外端圆周上。在下弦杆2上安 装钢杆连接件的方法是将端板9直接焊接在下弦杆2的外端面上,然后将装有高强螺栓13 的锥头10下底面边缘焊接在端板9的外端圆周上。之后将封板14上的螺杆孔贯穿高强螺 栓13上的螺杆而放置在锥头10的上底面外部,然后在螺杆上套上套筒15,最后将螺杆的前 端插入在钢球17上的一个圆孔内,并用销钉16贯穿套筒15上销钉孔及高强螺栓13上盲 孔的方法而将上弦杆1、下弦杆2和斜腹杆3通过钢球17连接在一起,多个不同空间角度的 木杆连接件4和/或钢杆连接件连接于一个螺栓球节点5上,依次连成抽空四角锥网架主 体。再将固定铰支座6的上端安装在网架主体下弦外周边任一角处的螺栓球节点5上,下 端固定在相应的结构柱顶部,同时将若干个滑动铰支座7的上端分别安装在网架主体下弦 外周边的其余螺栓球节点5上,下端以可移动的方式分别设置在相应的结构柱顶部,由此 形成钢-木混合抽空四角锥网架。
[0022] 为了分析本实用新型提供的钢-木混合抽空四角锥网架的抗震性能,本申请人利 用有限元软件ANSYS比较了相同外观尺寸和截面面积的木结构和钢结构抽空四角锥网架 的前4阶自振频率,以及其在水平地震EL-Centro (1940)波作用下8s内的竖向位移值,结果见表1和表2。由表1可见,两种结构前三阶自振频率值较接近,说明钢-木混合抽空四 角锥网架和钢结构抽空四角锥网架特性接近。由表2可见,钢-木混合抽空四角锥网架在 地震作用下的位移变化幅值小于钢结构抽空四角锥网架,意味着地震作用下钢-木混合抽 空四角锥网架对屋面材料破坏较小。通过上述计算及分析可见,本实用新型提供的钢-木 混合抽空四角锥网架抗震性能好,安全可靠。
[0023] 表 1
[0024]
Figure CN201924450UD00061
[0025]表 2
[0026]
结构类型 最大位移钢-木混合结构 35mm钢结构 56mm

Claims (3)

1. 一种钢-木混合抽空四角锥网架,其特征在于:所述的钢-木混合抽空四角锥网架 包括多根上弦杆(1)、多根下弦杆(2)、多根斜腹杆(3)、多个木杆连接件(4)、多个钢杆连接 件、多个螺栓球节点(5)、固定铰支座(6)和若干个滑动铰支座(7);其中上弦杆(1)和斜腹 杆⑶由木材制成,下弦杆⑵由钢材制成,每根上弦杆⑴和斜腹杆⑶的两端分别安装 有一个木杆连接件(4),每根下弦杆(2)的两端分别安装有一个钢杆连接件;带有木杆连接 件(4)的多根上弦杆(1)和多根斜腹杆(3)与带有钢杆连接件的多根下弦杆(2)利用多个 螺栓球节点(5)连接成传统形状的抽空四角锥网架主体;所述的木杆连接件⑷包括钢套 箍(8)、端板(9)、锥头(10)和箍筋(11);其中钢套箍(8)套装在上弦杆(1)及斜腹杆(3) 的端部外圆周面上;端板(9)安装在钢套箍(8)的外端面上;锥头(10)为空心圆台结构,其 上底面中部形成有一个圆孔(12),下底面呈开口状,并且下底面边缘连接在端板(9)的外 端边缘上;箍筋(11)缠绕在钢套箍(8)的外圆周面上,用于将钢套箍(8)和上弦杆(1)或 斜腹杆(3)箍紧;所述的钢杆连接件包括与木杆连接件(4)中同一部件具有相同结构的端 板(9)和锥头(10),端板(9)安装在下弦杆(2)的外端部上,锥头(10)的下底面边缘连接 在端板(9)的外端边缘上;每个螺栓球节点(5)包括多个高强螺栓(13)、多个封板(14)、多 个套筒(15)、多个销钉(16)和一个钢球(17);其中高强螺栓(13)上的螺杆贯穿设置在锥 头(10)上的圆孔(12)内,并且螺栓头位于锥头(10)的内部,同时螺杆的中部外圆周面上 沿径向形成有一个盲孔;封板(14)安装在锥头(10)的上底面外部,并且中心部位形成有一 个螺杆孔;套筒(15)套在高强螺栓(13)上位于封板(14)外侧的螺杆上,并且套筒(15)的 圆周面上贯穿形成有一个销钉孔;销钉(16)的前端穿过套筒(15)上的销钉孔后插入在高 强螺栓(13)上的盲孔内;钢球(17)上形成有多个圆孔,用于插入多个高强螺栓(13)上螺 杆的前端;固定铰支座(6)的上端安装在抽空四角锥网架主体下弦外周边任一角处的螺栓 球节点(5)上,下端固定在相应的结构柱顶部;若干个滑动铰支座(7)的上端分别安装在抽 空四角锥网架主体下弦外周边的其余螺栓球节点(5)上,下端以可移动的方式分别设置在 相应的结构柱顶部。
2.根据权利要求1所述的钢-木混合抽空四角锥网架,其特征在于:所述的上弦杆(1) 和斜腹杆(3)的两端外圆周面上沿其圆周方向相隔距离形成有多道凹槽,而钢套箍(8)的 内圆周面上沿其圆周方向突出形成有多圈能够分别嵌入在上述多道凹槽内的凸缘。
3.根据权利要求1所述的钢-木混合抽空四角锥网架,其特征在于:所述的钢球(17) 上圆孔的数量为3-8个。
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