專利名稱：空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及建筑業(yè)空間結構設計技術領域，具體為ー種適用于空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點。
背景技術：
隨著建筑設計理論和結構設計水平的不斷提高，空間自由曲面的網(wǎng)格結構以其靈活多變的表現(xiàn)カ被越來越廣泛的應用在了標志性鋼結構建筑的設計中。遵循結構設計中“強節(jié)點，弱構件”的原則，空間網(wǎng)格結構的節(jié)點設計是結構設計安全可靠的重要保證。只有通過可靠的連接節(jié)點，才能實現(xiàn)結構工程師的設計意圖，獲得足夠安全的結構。焊接和螺栓連接是鋼結構連接的主要方式，空間鋼結構的節(jié)點也以此作為出發(fā)點，衍生出了不同種類的節(jié)點連接形式。其中，裝配式節(jié)點不但通過エ廠化生產(chǎn)實現(xiàn)了鋼結構節(jié)點制作質(zhì)量的穩(wěn) 定，也在保證施工質(zhì)量的前提下縮短了建設時間?，F(xiàn)階段用于空間自由曲面網(wǎng)殼結構的節(jié)點中，以高度精細加工為特點的節(jié)點裝配體系，實現(xiàn)了精確施工和現(xiàn)場快速安裝的統(tǒng)一。但是大量的精細機械化加工帶來的成本提升，限制了這類節(jié)點的廣泛應用。開發(fā)出一種既適合規(guī)?；a(chǎn)，對機械加工設備又沒有過高要求的裝配式節(jié)點體系的價值尤為凸顯。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其能夠通過普通機械加工實現(xiàn)，且裝配過程簡便，成本較低。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術方案為一種空間自由曲面網(wǎng)殼結構的裝配式節(jié)點，其包括核心柱，其外周設有耳板，耳板數(shù)量為I個以上，分散固定于核心柱的外周上；各耳板平面皆平行于核心柱軸向，且耳板所在平面通過核心柱的軸向中心線；轉(zhuǎn)接頭，包括ー對Z形腹板，和垂直于Z形腹板并分別固定于ー對Z形腹板上下兩端的上翼緣板和下翼緣板；ー對Z形腹板對稱設置，與上、下翼緣板形成一端截面為H形，另一端截面為箱形的形狀；轉(zhuǎn)接頭數(shù)量與核心柱外周的耳板數(shù)量相同；每個轉(zhuǎn)接頭截面為H形的一端可拆卸連接一個耳板；桿件,姆個桿件的一端固定連接ー個轉(zhuǎn)接頭截面為箱形的一端；上蓋板和下蓋板，分別套接于核心柱軸向的兩端部，上蓋板和下蓋板中部皆設有與核心柱外徑相適應的套孔；上蓋板的上端面、下蓋板的下端面分別與核心柱上、下端面齊平；上、下蓋板固定連接每個轉(zhuǎn)接頭的上、下翼緣板；上壓板和下壓板，分別位于核心柱的軸向兩端；且上、下壓板的直徑大于核心柱的外徑。中心螺栓，中心螺栓的螺桿貫穿上下壓板、上下蓋板以及核心柱后與螺帽之間相
互固定。[0012]進ー步的，本實用新型中核心柱可選用中空的圓筒，耳板焊接在中心柱外周上。上、下蓋板中部的孔優(yōu)選為正好套在核心柱上，然后選擇直徑大于核心柱的外徑的上、下壓板，在中心螺栓固定后，上、下壓板配合以固定的耳板即可將上、下蓋板可靠固定。為方便轉(zhuǎn)接頭與桿件的連接，本實用新型中轉(zhuǎn)接頭截面為箱形的端部固定有端板，桿件一端焊接于端板上。具體的，轉(zhuǎn)接頭的ー對腹板、上下翼緣板與端板之間通過焊接相互固定。端板的設置既不會影響轉(zhuǎn)接頭的箱型結構，方便轉(zhuǎn)接頭與上、下蓋板之間的固定連接，又増加了轉(zhuǎn)接頭的結構穩(wěn)定性；同時增加了轉(zhuǎn)接頭與桿件之間的接觸面積，保證了桿件與轉(zhuǎn)接頭之間固定的可靠性。進ー步的，本實用新型中桿件可為方管或圓管，桿件與轉(zhuǎn)接頭端板之間的焊接工作可全部由エ廠完成。優(yōu)選的，本實用新型中上蓋板、下蓋板與每個轉(zhuǎn)接頭的上翼緣板、下翼緣板之間通過螺栓固定連接。具體的，根據(jù)耳板以及轉(zhuǎn)接頭的數(shù)量，上蓋板和下蓋板上分別按圓周排列設置相同數(shù)量，且位置一一對應的固定孔，同時轉(zhuǎn)接頭的上翼緣板與下翼緣板上也設有位置相互對應的固定孔；在裝配時，每個轉(zhuǎn)接頭上、下翼緣板上的固定孔，與上蓋板、下蓋板上 的一組對應的固定孔的軸線相互重合，然后通過螺栓貫穿固定。優(yōu)選的，貫穿上、下蓋板與上、下翼緣板的螺栓為現(xiàn)有的標準件高強螺栓，高強螺栓從Z形腹板與上、下翼緣板組成的箱型空間中穿過。優(yōu)選的，本實用新型中耳板與轉(zhuǎn)接頭截面為H形一端端部的Z形腹板之間通過螺栓可拆卸連接。具體的，轉(zhuǎn)接頭的Z形腹板平面垂直于上下翼緣板平面，Z形腹板靠近核心柱的一側(cè)設有固定孔；耳板上設有與Z形腹板上的固定孔相對應的固定孔；連接耳板與Z形腹板的螺栓為高強螺栓。耳板以及Z形腹板上用于螺栓連接的螺栓孔數(shù)量可適當增加，如設置固定孔的數(shù)量為2個，以保證固定可靠。進ー步的，由于エ藝制造過程中桿件下料很容易有誤差，所以可設置耳板上用于螺栓連接轉(zhuǎn)接頭Z形腹板的螺栓孔為腰型孔，優(yōu)選腰型孔的厚度方向平行于核心柱的軸向，從而在桿件變形的情況下留有調(diào)整的余地。本實用新型中耳板、轉(zhuǎn)接頭的數(shù)量根據(jù)自由曲面網(wǎng)格節(jié)點桿件數(shù)量確定，確定數(shù)量的耳板分別連接對應轉(zhuǎn)接頭，按桿件空間角度分布于核心柱的外周；轉(zhuǎn)接頭的上、下翼緣板靠近核心柱的一端為梯形，以保證不同轉(zhuǎn)接頭之間不相沖突；上蓋板與下蓋板上分別按圓周排列設有固定孔；上蓋板與下蓋板上的固定孔位置相互對應，并與各轉(zhuǎn)接頭之間的角度相適應；每個轉(zhuǎn)接頭上的上下翼緣板上各設有與上下蓋板相對應的固定孔。本實用新型的空間自由曲面網(wǎng)殼結構的裝配式節(jié)點在裝配時，只需使核心柱的軸線重合于節(jié)點所在曲面的法線；相鄰耳板之間的夾角與相鄰桿件在節(jié)點切平面上的投影之間的夾角相同；桿件和轉(zhuǎn)接頭之間的夾角與桿件和切平面之間的夾角互余。桿件的長度和端頭切角根據(jù)空間結構角度放樣確定，預制時焊接在轉(zhuǎn)接頭端板上。本實用新型為自由曲面網(wǎng)殼結構的實現(xiàn)提供了一種新的形式，其有益效果為a.本實用新型中的結構大部分可使用普通鋼板，原材料簡單易獲得，同時也降低了機械加工的難度；b.本實用新型通過使用螺栓進行節(jié)點的裝配固定，同時利用高強度螺栓的抗剪性能保證連接的可靠，與抗拉螺栓相比，受現(xiàn)場裝配影響小，可靠性更高；c.本實用新型結構中的焊接作業(yè)可全部由エ廠完成，提高質(zhì)量保證。現(xiàn)場作業(yè)全部為裝配施工，最大程度的減少了施工過程對環(huán)境的影響，降低了現(xiàn)場工人的勞動強度和難度，縮短了施工周期。

圖I是本實用新型裝配完成的結構示意圖；圖2是本實用新型轉(zhuǎn)接頭組成示意圖；圖3是本實用新型裝配方法示意圖；圖4是本實用新型節(jié)點空間水平角α示意圖；圖5是本實用新型節(jié)點空間垂直角β示意圖。
具體實施方式為使本實用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實施方式
做進ー步描述。結合圖I和圖3，本實用新型包括核心柱1，耳板2，轉(zhuǎn)接頭3，上、下蓋板4，上、下壓板5，中心螺栓7，桿件8。其中核心柱I為中空圓筒，耳板2通過焊接分散固定于核心柱I的外周上，焊接エ序在エ廠完成；各耳板2平面皆平行于核心柱軸向，且耳板2所在平面通過核心柱I的軸向中心線；耳板2上設有兩個腰形的螺栓孔，用干與轉(zhuǎn)接頭3進行裝配固定；腰型孔的厚度方向平行于核心柱軸向，用于桿件變形情況時的裝配調(diào)整。上、下蓋板4分別裝配于核心柱I軸向的兩端，每個蓋板的中部設有ー個直徑與核心柱I外徑相適應的套孔，使得上下蓋板4能夠分別套接在核心柱I軸向的兩個端部；上蓋板的上端面、下蓋板的下端面分別與核心柱I的上、下端面齊平。上下蓋板4的本體上分別按圓周排列設有轉(zhuǎn)接頭固定孔，每個轉(zhuǎn)接頭固定孔之間設有曲度調(diào)整間隙，即蓋板上設置有固定孔的部分可根據(jù)節(jié)點所在曲面的曲度進行彎曲角度調(diào)整。上、下壓板5的中心皆設有ー個螺桿固定孔。在裝配時，中心螺栓7的螺桿依次貫穿下壓板、下蓋板、核心柱I、上蓋板、上壓板的中部，然后通過螺帽固定。結合圖2，轉(zhuǎn)接頭3包括ー對Z形腹板10，垂直于Z形腹板并分別位于ー對Z形腹板上方和下方的上、下翼緣板9，和端板11。一對形腹板10對稱設置呈人字形，即一條臂相互貼合，其余兩條臂相互遠離；ー對Z形腹板與上、上下翼緣板之間焊接固定，形成一端為H形截面，另一端為箱型，即矩形截面的形狀；ー對Z形腹板相互貼合的一條臂上設有2個與耳板上固定孔相對應的固定孔，在裝配時通過高強螺栓12進行固定；翼緣板靠近核心柱的一端為梯形；端板11焊接固定于轉(zhuǎn)接頭為箱型截面的一端上；桿件8為方管，其一個端部焊接在端板上。轉(zhuǎn)接頭3各組件之間的焊接，以及轉(zhuǎn)接頭3與桿件8之間的焊接在エ廠完成。如圖3所示，在轉(zhuǎn)接頭3與耳板2相互固定后，再通過高強螺栓6穿過上、下蓋板4上的轉(zhuǎn)接頭固定孔，以及轉(zhuǎn)接頭3的上、下翼緣板9上的固定孔，將轉(zhuǎn)接頭3與上下蓋板4之間固定??；然后將上下壓板置于核心柱的軸向兩端，最后利用中心螺栓7進行固定。結合圖4和圖5，本實用新型在應用時，核心柱I的軸線重合于節(jié)點所在曲面的法線01 ;蓋板4中部平面、壓板5表面與節(jié)點所在曲面的切平面02相互平行；相鄰耳板2之間的夾角根據(jù)相鄰桿件8在節(jié)點切平面投影上的夾角，即如圖4所示的水平角α來確定。桿件8與切平面的夾角根據(jù)節(jié)點所連接桿件8與節(jié)點切平面02的夾角，即如圖5所示垂直角β來確定。本實用新型中節(jié)點裝配過程如下I.核心柱I定位后，將耳板2插入轉(zhuǎn)接頭3為H型截面一端的Z形腹板的ー側(cè)，固定孔對位后，利用高強螺栓12擰緊固定；2.將上、下蓋板4中心套孔套入核心柱I的兩端部后，調(diào)整位置使其上呈圓周排列的固定孔與裝配后的轉(zhuǎn)接頭箱形截面端翼緣板上螺栓孔一一對齊，然后利用高強螺栓6擰紫；3.用中心螺栓7將上下壓板5和上述步驟1、2拼裝完成的節(jié)點連接并擰紫。本實用新型中所述具體實施案例僅為本實用新型的較佳實施案例而已，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應作為本實用新型的技術范疇。
權利要求1.一種空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，包括 核心柱，其外周設有耳板，耳板數(shù)量為I個以上，分散固定于核心柱的外周上；各耳板平面皆平行于核心柱軸向，且耳板所在平面通過核心柱的軸向中心線； 轉(zhuǎn)接頭，包括一對Z形腹板，和垂直于Z形腹板并分別固定于一對Z形腹板上下兩端的上翼緣板和下翼緣板；一對Z形腹板對稱設置，與上、下翼緣板形成一端截面為H形，另一端截面為箱形的形狀；轉(zhuǎn)接頭數(shù)量與核心柱外周的耳板數(shù)量相同；每個轉(zhuǎn)接頭截面為H形的一端可拆卸連接一個耳板； 桿件，每個桿件的一端固定連接一個轉(zhuǎn)接頭截面為箱形的一端； 上蓋板和下蓋板，分別套接于核心柱軸向的兩端部，中部設有與核心柱外徑相適應的套孔；上蓋板的上端面、下蓋板的下端面分別與核心柱上、下端面齊平；上、下蓋板固定連接每個轉(zhuǎn)接頭的上、下翼緣板； 上壓板和下壓板，分別位于核心柱的軸向兩端；且上、下壓板的直徑大于核心柱的外徑; 中心螺栓，中心螺栓的螺桿貫穿上下壓板、上下蓋板以及核心柱后與螺帽之間相互固定。
2.根據(jù)權利要求I所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，轉(zhuǎn)接頭截面為箱形的端部設有端板，桿件一端焊接于端板上。
3.根據(jù)權利要求I所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，上蓋板、下蓋板與每個轉(zhuǎn)接頭的上翼緣板、下翼緣板之間通過螺栓固定連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，耳板與轉(zhuǎn)接頭截面為H形一端端部的Z形腹板之間通過螺栓可拆卸連接。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，所述桿件為方管或圓管。
6.根據(jù)權利要求3所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，貫穿上、下蓋板與上、下翼緣板的螺栓為高強螺栓。
7.根據(jù)權利要求4所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，連接耳板與轉(zhuǎn)接頭Z形腹板的螺栓為高強螺栓。
8.根據(jù)權利要求4所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，耳板上用于螺栓連接轉(zhuǎn)接頭Z形腹板的螺栓孔為腰型孔。
9.根據(jù)權利要求I或2所述的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其特征是，轉(zhuǎn)接頭的上、下翼緣板靠近核心柱的一端為梯形。
專利摘要本實用新型公開一種適合現(xiàn)場拼裝的空間自由曲面網(wǎng)殼鋼結構的裝配式節(jié)點，其包括核心柱，固定于核心柱外周的耳板，通過螺栓裝配于耳板上的轉(zhuǎn)接頭，以及與轉(zhuǎn)接頭固定連接的桿件。同時，核心柱與轉(zhuǎn)接頭之間還通過套接在核心柱兩端部的上、下蓋板進行連接，上下蓋板在核心柱上的固定通過上下壓板和中心螺桿實現(xiàn)。本實用新型中轉(zhuǎn)接頭由一對對稱設置的Z形腹板和垂直于Z形腹板平面的上下翼緣板組成；轉(zhuǎn)接頭各組件以及轉(zhuǎn)接頭與桿件之間的固定可采用焊接方式，焊接工作可前期由工廠完成；在施工現(xiàn)場只需通過螺栓對節(jié)點的各部分組件進行裝配固定，裝配方法簡單，也降低了施工現(xiàn)場勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號E04B1/58GK202577600SQ201120560090
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者舒贛平, 徐昆, 張鵬, 高標, 郝俊濤 申請人:東南大學, 江蘇省電力設計院