CN202644719U - 多层次多曲面单层焊接球钢结构网架 - Google Patents

Abstract

一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，包括多层单层多曲面单层焊接球钢结构网架和支撑单层多曲面单层焊接球钢结构网架的钢筋混凝土结构的立柱，它的每一层单层多曲面单层焊接球钢结构网架由分离结构的杆件、空心球件通过焊接方式连成一体构成；位于钢筋混凝土立柱上的弹性支座通过网架支撑杆与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接；所述弹性支座是可以在某个方向或任意方向微动的弹性支座，所述的网架还包括由弦支结构支座、弦支球，拉索和弦支球撑杆组成的弦支结构；该网架造型独特；设计合理、结构简单、安装、调节方便，经济实用；适合作为对建筑物外形要求高，造型独特；需要展示弧形、线形、壳形、层次错落形的建筑物钢结构支架。

Description

多层次多曲面单层焊接球钢结构网架

技术领域

本实用新型涉及一种多层次多曲面单层焊接空间钢结构网架，特别涉及一种用于大跨度、多曲面、多层次、单层壳型空间网架的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架。

背景技术

近年来，随着社会的发展和人民生活水平的提高，为了满足社会发展的需求及丰富人民的文体生活，城市加大对体育馆、剧院、展览馆、科技馆等大型钢结构场馆的建设力度；这些大跨度建筑屋面多采用钢网壳结构，特别是采用多层次多曲面的空间异型多曲面网壳；这些多层次多曲面的空间异型多曲面网壳不仅具有结构新颖等特点，在满足结构安全性的同时，钢材用量较少，具有较好的经济性，并对大跨度建筑屋面的各类造型有独特的适应性，但是传统的钢结构网架已经不能满足任意曲面、多个层次、外形多样性，以及大型建筑的规划对空间使用、合理分配钢结构各个部件的受力以及建筑外形的艺术效果的要求，因此，创新一种多层次多曲面单层壳型空间网架结构是摆在建设者面前的一个难题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、施工方便的一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，以解决已有技术存在的上述问题。

解决上述问题的技术方案是：一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，包括多层单层多曲面单层焊接球钢结构网架和支撑单层多曲面单层焊接球钢结构网架的钢筋混凝土结构的立柱，它的每一层单层多曲面单层焊接球钢结构网架由分离结构的杆件、空心球件通过焊接方式连成一体构成；位于钢筋混凝土立柱上的弹性支座通过网架支撑杆与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接；

作为单层多曲面单层焊接球钢结构网架主体的杆件采用不同规格的钢管制成；

作为杆件与杆件连接装置的空心球件为一空心钢球，每个空心球件在空间的坐标位置不同，各个空心球件之间在三维方向上的任意方向连接有至少2-6条杆件，形成单层多曲面单层焊接球钢结构网架；

所述的弹性支座包括：支座球、肋板、钢管支托、螺栓、伞齿轮、簧圈垫板、簧圈、底板、过渡板、加劲肋和预埋板；

所述支座球为一空心钢球，作为弹性支座通过网架支撑杆与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接的连接体；

所述底板是边长为正方形的钢板，在正方形两条对角线上分别开有4个用于安装螺栓的安装孔：

所述过渡板是四边具有边框的方形钢板，其边长比底板边长长8%-25%；

所述的预埋板亦是正方形的钢板，其边长比过渡板最长边的边长长10%～20%；

在工作状态下，用于支撑支座球的钢管支托和肋板固定在底板上，支座球固定在钢管支托和肋板上；套装有簧圈、簧圈垫板、伞齿轮的螺栓穿过底板，固定在过渡板上；底板底面与过渡板之间滑动连接；过渡板通过加劲肋安装在预埋板上，预埋板事先预埋在钢筋混凝土结构的立柱顶面，其反面预装有抗剪键和预埋板锚筋；

各个层次的单层多曲面单层焊接球钢结构网架之间，通过杆件Ⅲ连成整体多层次多曲面单层焊接球钢结构网架。

其进一步技术方案是：所述底板A上用于安装螺栓的安装孔是直径与螺栓直径相当的圆孔，所述过渡板是四边具有边框的正方形平板，其边长比底板边长8%-12%。

或是：所述底板B上用于安装螺栓的安装孔是直径与比螺栓直径大2～5倍的圆孔，所述过渡板是四边具有边框的正方形平板，其边长比底板边长15%-25%。

或是：其底板C上用于安装螺栓的安装孔是一个方向的宽度与螺栓直径相当、而另一方向上长度比螺栓直径大几倍的条形孔，所述过渡板是四边具有边框的长方形平板，其一组边边长比过渡板边长8%-12%；另一组为在沿条形孔边边长方向比过渡板长边长5%-25%。

其更进一步技术方案是：所述的网架是带弦支结构的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架；每个弦支结构包括弦支结构支座、弦支球，拉索和弦支球撑杆；

所述弦支结构支座包括一个弦支结构支座球和一个套板，所述的弦支结构支座球是多层次多曲面单层焊接球钢结构网架上的某一位置的空心球件；所述套板的一端有一与弦支结构支座球外径相同的孔，套板套在弦支结构支座球上并与之固定连接，所述套板的另一端用于固定或锚固安装拉索； 

所述拉索为预应力拉索，由多股钢绞线或钢丝绳构成；

所述弦支球为一由通过连接螺栓连接两半实心球构成的实心球，实心球内开有用于穿拉索、贯通实心球的圆孔，该圆孔在弦支球内的走向与拉索的走向相同；

组装状态下，拉索穿过各个弦支球，两端分别固定或锚固在位于多层次多曲面单层焊接球钢结构网架两侧的弦支结构支座的套板上，成V字形布置的两弦支球撑杆的一端与弦支球固定连接，另一端分别与多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的两空心球件连接形成V字形的两边。

本实用新型之多层次多曲面单层焊接球钢结构网架及其施工方法具有以下有益效果：

1. 本实用新型之多层次多曲面单层焊接球网架与单层次同曲面焊接网架相比，具有层次在不同空间的错落迭起，不同曲面在特定空间展开的艺术效果；能有效合理地使用空间，随意组合外形；适应了日益发展的公共场馆、大型会议和体育设施等建筑结构在高、大、难及多向变化方面的要求。

2. 本实用新型之多层次多曲面单层焊接球网架网架设计合理、结构简单、安装、调节方便，经济实用：本实用新型之多层次多曲面焊接空间钢结构网架的每一层单层多曲面单层焊接球钢结构网架都由分离结构的杆件Ⅲ、空心球件Ⅱ、弹性支座Ⅰ和网架支撑杆Ⅳ连接成一体构成，除杆件Ⅲ和网架支撑杆Ⅳ须在现场切割、下料、加工外，焊接空心球件Ⅱ可以委托相关工厂根据模型进行生产，构成弹性支座Ⅰ的零部件也可以预先预制或定制，在施工现场组装。 

3. 构成本实用新型之多层次多曲面单层焊接球钢网架的重要部件—弹性支座Ⅰ结构合理，根据不同地方的使用需要，具有3种不同的底板以及过渡板结构，在施工过程中，过渡板与预埋板之间抹油，活动连接；待全部网架安装完毕、恒载施加完毕校正后拆除空心球件临时支撑杆，将过渡板与预埋板之间通过焊接固定，但底板底面与过渡板之间仍然滑动连接；既能满足施工过程中，对多层次多曲面焊接空间钢结构网架在安装过程中构件的空间坐标及其位置的精度调整的需要，又能在多层次多曲面焊接空间钢结构网架安装完成后，还能根据需要微动，以保证网架结构的稳定性。

4．带有弦支结构的多层多曲面单层焊接球钢结构网架其结构稳定性更高，适合大跨度、大开间的大型展览馆或公共场所的门厅等使用。

6．应用范围广：本实用新型之多层次多曲面单层焊接球钢结构网架不仅可以作为体育馆、剧院、展览馆、科技馆等大型钢结构场馆的钢网壳结构屋面；还可以作为对建筑物外形要求高，造型独特；需要展示弧形、线形、壳形、层次错落形的建筑物钢结构支架；例如外墙立面、假山或其他地方的外装饰面的支承结构。

下面结合附图和实施例对本实用新型之多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1～图4：一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的结构示意图：

图1：具有3层的多曲面单层焊接球钢结构网架整体结构示意图（主视图，混凝土支柱未画出），

图2：3层多曲面单层焊接球钢结构网架杆件布置示意图，

图3：3层多曲面单层焊接球钢结构网架空心球件布置示意图，

图4：3层多曲面单层焊接球钢结构网架弹性支座布置示意图； 

图5～图6：构成本实用新型多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的弹性支座结构示意图： 

图5：主视图，图6：俯视图；

图7-1～图7-3：弹性支座底板结构示意图：

图7-1：适用于边缘连接的弹性支座底板，

图7-2～图7-3：适用于中间连接的弹性支座底板；

图8-1～图8-3：弹性支座的过渡板结构示意图；

图8-1：适用于边缘连接的弹性支座过渡板，

图8-2～图8-3：适用于中间连接的弹性支座过渡板；

图9：用于安装弹性支座的预埋板结构示意图（图中表示出拟在反面安装的抗剪键位置）； 

图10-1～图10-2：安装有网架支撑杆的弹性支座结构示意图；

图10-1：安装有水平支撑杆用于边缘连接的弹性支座；

图10-2：安装有网架支撑杆用于中间连接的弹性支座；

图11：安装有弹性支座及混凝土支柱的单层多曲面单层焊接球钢结构网架示意图；

图12：带有弦支结构的多层多曲面单层焊接球钢结构网架平面布置示意图；

图13：弦支结构的立面结构示意图；

图14-1～图14-2：弦支结构的支座结构示意图；

图14-1：主视图，图14-2：图14-1的俯视图； 

图15～图17：弦支结构的弦支球结构以及连接关系示意图：

图15：弦支球正立面，图16：弦支球俯视图，图17：弦支球侧立面。

图中：

Ⅰ、ⅠA、ⅠB、ⅠC-弹性支座，Ⅱ-空心球件，Ⅲ-杆件；Ⅳ-网架支撑杆，Ⅴ-混凝土支柱，Ⅵ-弦支结构支座，Ⅶ-弦支球，Ⅷ-拉索，Ⅸ--弦支球撑杆； 

QW1、QW2、 QW3-第1片、第2片、第3片单层多曲面单层焊接球钢结构网架，XZJG1、XZJG2、XZJG3-网架弦支结构，DCDQQWC1-多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的第1层（缩写为：多层多曲球网层1，俗称第一跨），DCDQQWC2-多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的第2层（缩写为：多层多曲球网层2，俗称第二跨），DCDQQWC3-多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的第3层（缩写为：多层多曲球网层3，俗称第三跨）；

10-支座球，11-肋板，12-伞齿轮，13-簧圈垫板，14-簧圈，15-底板，16-过渡板，17-加劲肋，18-钢管支托，19-螺栓，20-预埋板，21-抗剪键；22-预埋板锚筋；

其余标号含义参见实施例。

具体实施方式

实施例一：一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架。

包括多层单层多曲面单层焊接球钢结构网架和支撑单层多曲面单层焊接球钢结构网架的钢筋混凝土结构的立柱，一种有3个层次的多曲面单层焊接球钢结构网架如图1所示，它的每一层单层多曲面单层焊接球钢结构网架都由分离结构的杆件Ⅲ、空心球件Ⅱ、弹性支座Ⅰ通过焊接方式连接成一体构成；位于钢筋混凝土立柱Ⅴ上的弹性支座Ⅰ通过网架支撑杆Ⅳ与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接，图11表示安装有弹性支座Ⅰ及混凝土支柱Ⅴ的单层多曲面单层焊接球钢结构网架，是由3片单独制作的球网QW1、QW2、 QW3连成一体构成。

作为多曲面单层焊接球钢结构网架的杆件Ⅲ采用不同规格的钢管制成（参见图2），钢管的规格根据设计的要求而定；一般，一个场馆的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架使用的钢管规格Φ*L就会有：75.5*3.75、……325*14等十多种规格。

所述的空心球件Ⅱ为一空心钢球，作为杆件Ⅲ与杆件Ⅲ之间在三维方向上任意方向连接的连接装置，也称球结点，每个空心球件Ⅱ在空间的坐标位置不同，各个空心球件Ⅱ之间在三维方向上的任意方向连接有至少2-6条杆件Ⅲ，形成单层多曲面单层焊接球钢结构网架；空心球件Ⅱ的分布参见图3。

所述的弹性支座Ⅰ作用是：通过网架支撑杆Ⅳ（支承斜杠）与空心球件Ⅱ相连接，支承整个单层多曲面单层焊接球钢结构网架的重量，弹性支座布置参见图4。

构成本实用新型多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的弹性支座的具体结构如图5-图6所示，包括：支座球10、钢管支托18、螺栓19、肋板11、伞齿轮12、簧圈垫板13、簧圈14、底板15、过渡板16、加劲肋17和预埋板20；

所述支座球为一空心钢球10，其作用是：作为弹性支座Ⅰ通过网架支撑杆Ⅳ与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接的连接体；

所述钢管支托18用具有足够强度的钢管制作、肋板11用钢板制作；作用是固定在底板上固定支座球；

所述螺栓19、伞齿轮12、簧圈垫板13、簧圈14是标准件；

所述底板15是边长为正方形的钢板，在正方形两条对角线上分别开有4个用于安装螺栓19的安装孔：（参见图7-1）；根据支座应用地方的不同，所述底板15上用于安装螺栓19的安装孔有三种不同结构（参见图7-1～图7-3）： 

对于应用于网架边缘、其支座球10上连接有至少1条横向支撑杆直接与建筑物框架主体相接的端支座（参见图10-1）；其底板A上用于安装螺栓19的安装孔151为直径与螺栓直径相当的圆孔（参见图7-1）此种结构的弹性支座ⅠA除上下活动外，其余方向活动性差；

对于应用于球钢结构网架中部，其球件上连接有2条以上网架支撑杆的弹性支座（参见图10-2），有以下两种底板：底板B用于安装螺栓19的安装孔152为直径与比螺栓直径大2～5倍的圆孔（参见图7-2），此种情况下，弹性支座除上下活动外，可以在任意方向上滑动，是全方位滑动的底板，构成可以任意方向滑动的弹性支座ⅠB；

其底板C上用于安装螺栓19的安装孔153为一个方向的宽度与螺栓直径相当、而另一方向上长度比螺栓直径大几倍的条形孔（参见图7-3）此种结构的弹性支座ⅠC除上下活动外，还可以在某个方向滑动。

所述过渡板16是四边具有边框的平板，其面积比底板大，用于与底板A配套的过渡板16为正方形，其边长比底板边长8%-12%（参见图6、图8-1）；用于与底板B配套的过渡板16亦为正方形，其各边边长比底板边长长15%-25%（参见图6、图8-2）；用于与底板C配套的过渡板16为长方形，其一组边边长比底板边长10%左右；另一组沿条形孔边的边长比底板C长边长15%-25%（参见图6、图8-3）。

所述的预埋板20亦是正方形的钢板，其边长比过渡板16最长边的边长长10%～20%；

在工作状态下，用于支撑支座球10的钢管支托18和肋板11固定在底板15上，支座球10固定在钢管支托18和肋板11上；套装有簧圈14、簧圈垫板13、伞齿轮12的螺栓19穿过底板15，固定在过渡板16上；底板15底面与过渡板16之间滑动连接；过渡板16安装在预埋板20上，预埋板20事先预埋在钢筋混凝土结构的立柱顶面，其反面预装有抗剪键21和预埋板锚筋22（参见图5）。 

本实用新型实施例中，作为构成弹性支座Ⅰ的支座球10与构成多曲面单层焊接球钢结构网架的空心球件Ⅱ虽然都是空心钢球，但直径大小不一、厚度不一，构成弹性支座Ⅰ的支座球10要承担网架的重量，承压强度大、厚度更大，具体规格根据设计的要求而定。

网架支撑杆Ⅳ与杆件Ⅲ虽然都是钢管，但杆件Ⅲ作为多曲面单层焊接球钢结构网架的主体，不承重，而网架支撑杆Ⅳ是作为弹性支座Ⅰ的支座球10与多曲面单层焊接球钢结构网架之间的连接件，要承重，因此作为网架支撑杆Ⅳ的钢管的管径、壁厚都比杆件Ⅲ的规格大。

作为本实用新型实施例的一种变换，所述多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的层数还可以增减，根据设计需要而定，一般至少2层以上；所述每层单层多曲面单层焊接球钢结构网架的曲面形状根据需要设定。

实施例二：一种带有弦支结构的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架。

对于跨度比较大的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，为保证其结构的稳定性，可以通过增加弦支结构来保障其稳定性，图11所示，是带有3组弦支结构的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，每个弦支结构包括弦支结构支座Ⅵ、弦支球Ⅶ，拉索Ⅷ和弦支球撑杆Ⅸ（参见图12）；

所述弦支结构支座Ⅵ包括一个弦支结构支座球61和一个套板62，所述的弦支结构支座球61是在多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的上的空心球件，根据设计要求而选定（参见图11），一般同组弦支结构的两个弦支结构支座球61应该在同一单层多曲面单层焊接球钢结构网架上；所述套板62的一端有一与弦支结构支座球61外径相同的孔，套板62套在弦支结构支座球61上并与之固定连接，所述套板62的另一端有用于固定安装拉索Ⅷ的孔622（参见图13-1～图13-2）；

所述拉索Ⅷ为预应力拉索，由多股钢绞线或钢丝绳构成；

所述弦支球Ⅶ为一由通过弦支球连接螺栓（72）连接构成的实心球，实心球内开有贯通用于穿拉索Ⅷ的圆孔71，该圆孔71在弦支球Ⅶ内的走向与拉索Ⅷ的走向相同（参见图15、图16）；

组装状态下，拉索Ⅷ穿过各个弦支球Ⅶ，两端分别固定或锚固在位于多层次多曲面单层焊接球钢结构网架两侧的弦支结构支座Ⅵ的套板62上（参见图12），成V字形布置的两弦支球撑杆Ⅸ的一端与弦支球Ⅶ固定连接，另一端分别与多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的两空心球件连接形成V字形的两边（参见图12、图14）。

本实施例中，拉索Ⅷ是通过套板62的另一端用于固定安装拉索Ⅷ的孔622固定在套板62上（参见图13-1～图13-2），作为本实用新型实施例的一种变换，所述套板62的另一端上也可以不用开孔，而将拉索Ⅷ直接锚固在套板上。

Claims (5)

1.一种多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，包括多层单层多曲面单层焊接球钢结构网架和支撑单层多曲面单层焊接球钢结构网架的钢筋混凝土结构的立柱，其特征在于：它的每一层单层多曲面单层焊接球钢结构网架由分离结构的杆件(Ⅲ)、空心球件(Ⅱ)通过焊接方式连成一体构成；位于钢筋混凝土立柱上的弹性支座(Ⅰ)通过网架支撑杆(Ⅳ)与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接；

作为单层多曲面单层焊接球钢结构网架主体的杆件(Ⅲ)采用不同规格的钢管制成；

作为杆件(Ⅲ)与杆件(Ⅲ)连接装置的空心球件(Ⅱ)为一空心钢球，每个空心球件(Ⅱ)在空间的坐标位置不同，各个空心球件(Ⅱ)之间在三维方向上的任意方向连接有至少2-6条杆件(Ⅲ)，形成单层多曲面单层焊接球钢结构网架；

所述的弹性支座(Ⅰ)包括：支座球(10)、肋板(11)、钢管支托(18)、螺栓(19)、伞齿轮(12)、簧圈垫板(13)、簧圈(14)、底板(15)、过渡板(16)、加劲肋(17)和预埋板(20)；

所述支座球(10)为一空心钢球，作为弹性支座(Ⅰ)通过网架支撑杆(Ⅳ)与单层多曲面单层焊接球钢结构网架连接的连接体；

所述底板(15)是边长为正方形的钢板，在正方形两条对角线上分别开有4个用于安装螺栓(19)的安装孔；

所述过渡板(16)是四边具有边框的方形钢板，其边长比底板边长长8%-25%；

所述的预埋板(20)亦是正方形的钢板，其边长比过渡板(16)最长边的边长长10%～20%；

在工作状态下，用于支撑支座球(10)的钢管支托(18)和肋板(11)固定在底板(15)上，支座球(10)固定在钢管支托(18)和肋板(11)上；套装有簧圈(14)、簧圈垫板(13)、伞齿轮(12)的螺栓(19)穿过底板(15)，固定在过渡板(16)上；底板(15)底面与过渡板(16)之间滑动连接；过渡板(16)通过加劲肋(17)安装在预埋板(20)上，预埋板(20)事先预埋在钢筋混凝土结构的立柱顶面，其反面预装有抗剪键(21)和预埋板锚筋(22)；

各个层次的单层多曲面单层焊接球钢结构网架之间，通过杆件(Ⅲ)连成整体多层次多曲面单层焊接球钢结构网架。

2.根据权利要求1所述的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，其特征在于：所述底板A上用于安装螺栓(19)的安装孔(151)是直径与螺栓直径相当的圆孔，所述过渡板(16)是四边具有边框的正方形平板，其边长比底板边长8%-12%。

3.根据权利要求1所述的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，其特征在于：所述底板B上用于安装螺栓(19)的安装孔(152)是直径与比螺栓直径大2～5倍的圆孔，所述过渡板(16)是四边具有边框的正方形平板，其边长比底板边长15%-25%。

4.根据权利要求1所述的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，其特征在于：其底板C上用于安装螺栓(19)的安装孔(153)是一个方向的宽度与螺栓直径相当、而另一方向上长度比螺栓直径大几倍的条形孔，所述过渡板(16)是四边具有边框的长方形平板，其一组边边长比过渡板边长8%-12%；另一组为在沿条形孔边边长方向比过渡板长边长15%-25%。

5.根据权利要求1所述的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架，其特征在于：所述的网架是带弦支结构的多层次多曲面单层焊接球钢结构网架；每个弦支结构包括弦支结构支座（Ⅵ）、弦支球（Ⅶ），拉索（Ⅷ）)和弦支球撑杆（Ⅸ）；

所述弦支结构支座（Ⅵ）包括一个弦支结构支座球(61)和一个套板(62)，所述的弦支结构支座球(61)是多层次多曲面单层焊接球钢结构网架上某一位置的空心球件；所述套板(62)的一端有一与弦支结构支座球(61)外径相同的孔，套板(62)套在弦支结构支座球(61)上并与之固定连接，所述套板(62)的另一端用于固定或锚固安装拉索（Ⅷ）； 

所述拉索（Ⅷ）)为预应力拉索，由多股钢绞线或钢丝绳构成；

所述弦支球（Ⅶ）为一由通过连接螺栓连接两半实心球构成的实心球，实心球内开有用于穿拉索（Ⅷ）)、贯通实心球的圆孔(71)，该圆孔(71)在弦支球（Ⅶ）内的走向与拉索（Ⅷ）)的走向相同；

组装状态下，拉索（Ⅷ）)穿过各个弦支球（Ⅶ），两端分别固定或锚固在位于多层次多曲面单层焊接球钢结构网架两侧的弦支结构支座（Ⅵ）的套板(62)上，成V字形布置的两弦支球撑杆（Ⅸ）的一端与弦支球（Ⅶ）固定连接，另一端分别与多层次多曲面单层焊接球钢结构网架的两空心球件连接形成V字形的两边。

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