一种空间网格钢结构装配式节点及其装配方法.pdf

本发明公开一种适合现场拼装的空间网格钢结构装配式节点及其装配方法，该节点主要由圆台、转接头、高强螺栓、紧固螺钉等零件组成。节点中涉及到的转接头与杆件的焊接工作可全部在工厂制作完成，可保证节点的加工质量；在现场施工时，只需将螺栓杆从连接杆件中穿出，连接上螺母，同时用紧固螺钉将螺母和螺杆连接成整体，最后，拧动螺母直至螺母顶紧中心圆台。本发明公开的空间网格钢结构装配式节点装配方法简单，最大程度地减少了现场工人的劳动强度和难度，缩短施工周期，提高生产效率。同时，可以通过切割中心圆台来实现杆件不同的空间定位角度的连接，对空间网格钢结构的连接适应性强。

1.  一种空间网格钢结构装配式节点，包括圆台、转接装置以及杆件，其特征在于，所述圆台侧面开设有螺栓孔，所述转接装置包括转接头、高强度螺栓、套筒以及紧固螺钉；
在所述转接头上开设有与所述圆台侧面上的螺栓孔相对应的用于穿过所述高强度螺栓的螺栓进口；所述高强度螺栓螺杆上的螺纹与所述圆台侧面上的螺栓孔相配合； 
在所述高强度螺栓螺杆上开设有一长条形的腰形孔，所述套筒侧面开设有紧固螺钉孔；所述套筒套设在所述高强度螺栓上，所述紧固螺钉穿过所述套筒的侧边上的紧固螺钉孔，穿入所述高强度螺栓上的腰形孔，所述套筒带动所述高强度螺栓转动，所述紧固螺钉可在腰形孔内运动。

2.  根据权利要求1所述的空间网格钢结构装配式节点，其特征在于，在所述圆台侧面的螺栓孔外围开设有套筒台口的接口，在所述套筒与圆台相对一侧开设有保证套筒和圆台连接起来的台口。

3.  根据权利要求1所述的空间网格钢结构装配式节点，其特征在于，所述圆台侧面在连接杆件位置根据杆件与水平平面倾斜的角度切割形成平面，在所述形成的平面上根据杆件与竖直平面扭转的角度开设有若干个螺栓孔。

4.  根据权利要求1所述的空间网格钢结构装配式节点，其特征在于，所述圆台为中空圆筒或者正多边体。

5.  根据权利要求1所述的空间网格钢结构装配式节点，其特征在于，所述转接头与所述高强度螺栓、套筒相连的位置被内隔板分成两半以提高强度和刚度。

6.  根据权利要求1所述的空间网格钢结构装配式节点，其特征在于，所述圆台台口的长度等于所述套筒台口的长度，其值因所述套筒大小而异。

7.  一种如权利要求2所述的空间网格钢结构装配式节点的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所述高强度螺栓穿过所述转接头；
（2）将所述套筒套在所述高强度螺栓上；
（3）将所述紧固螺钉穿过所述套筒上的紧固螺钉孔，穿入所述高强度螺栓上的腰形孔，将所述高强度螺栓和所述套筒连接成整体；
（4）将所述转接头和所述杆件焊接成整体；
（5）所述圆台定位固定后，将所述高强度螺栓插入圆台预先开设的螺栓孔中；
（6）拧动所述套筒，带动高强度螺栓旋入所述圆台上的螺栓孔，直至所述套筒的台口与所述圆台上的套筒台口的接口顶紧，装配完成。

一种空间网格钢结构装配式节点及其装配方法
技术领域
 本发明涉及建筑业空间结构设计技术领域，具体为一种适用于空间网格结构的装配式节点及其装配方法。
背景技术
随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，空间网格结构以其灵活多变的表现力被越来越广泛的应用在了标志性钢结构建筑的设计中。遵循结构设计中“强节点，弱构件”的原则，空间网格结构的节点设计是结构设计安全可靠的重要保证。只有通过可靠的连接节点，才能实现结构工程师的设计意图，获得足够安全的结构。焊接和螺栓连接是钢结构连接的主要方式，空间钢结构的节点也以此作为出发点，衍生出了不同种类的节点连接形式。其中，装配式节点不但通过工厂化生产实现了钢结构节点制作质量的稳定，也在保证施工质量的前提下缩短了建设时间。
现阶段用于空间网格结构的节点中，以高度精细加工为特点的节点装配体系，实现了精确施工和现场快速安装的统一。但是大量的精细机械化加工带来的成本提升，限制了这类节点的广泛应用。开发出一种既适合规模化生产，对机械加工设备又没有过高要求的装配式节点体系的价值尤为凸显。同时，单层网壳的连接，尤其是自由曲面的单层网壳的曲面是不规则的，而现有技术中的球面螺栓节点或者柱面装配节点都是规则的，所以提供一种适用于单层网壳的连接，尤其是自由曲面的单层网壳的空间网格钢结构的装配式节点是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于空间网格钢结构的装配式节点，适用于单层网壳的连接，尤其是自由曲面的单层网壳；能够通过使用螺栓进行节点的装配固定，同时利用高强度螺栓的抗剪、抗拉以及套筒的抗压性能保证连接的可靠性。同时本发明还提供这种装配式节点的装配方法。
本发明的技术方案如下：
一种空间网格钢结构装配式节点，包括圆台、转接装置以及杆件，所述圆台侧面开设有螺栓孔，所述转接装置包括转接头、高强度螺栓、套筒以及紧固螺钉；
在所述转接头上开设有与所述圆台侧面上的螺栓孔相对应的用于穿过所述高强度螺栓的螺栓进口；所述高强度螺栓螺杆上的螺纹与所述圆台侧面上的螺栓孔相配合；
在所述高强度螺栓螺杆上开设有一长条形的腰形孔，所述套筒侧面开设有紧固螺钉孔；所述套筒套设在所述高强度螺栓上，所述紧固螺钉穿过所述套筒的侧边上的紧固螺钉孔，穿入所述高强度螺栓上的腰形孔，所述套筒带动所述高强度螺栓转动，所述紧固螺钉可在腰形孔内运动。
在所述圆台侧面的螺栓孔外围开设有套筒台口的接口，在所述套筒与圆台相对一侧开设有保证套筒和圆台连接起来的台口。
所述圆台侧面在连接杆件位置根据杆件与水平平面倾斜的角度切割形成平面，在所述形成的平面上根据杆件与竖直平面扭转的角度开设有若干个螺栓孔。
所述圆台为中空圆筒或者正多边体。
所述转接头与所述高强度螺栓、套筒相连的位置被内隔板分成两半以提高强度和刚度。
所述圆台台口的长度等于所述套筒台口的长度，其值因所述套筒大小而异。
一种空间网格钢结构装配式节点的装配方法，包括以下步骤：
（1）将所述高强度螺栓穿过所述转接头；
（2）将所述套筒套在高强度螺栓上；
（3）将所述紧固螺钉穿过所述套筒上的紧固螺钉孔，穿入所述高强度螺栓上的腰形孔，将所述高强度螺栓和所述套筒连接成整体；
（4）将所述转接头和所述杆件焊接成整体；
（5）所述圆台定位固定后，将所述高强度螺栓插入圆台预先开设的螺栓孔中；
（6）拧动所述套筒，带动高强度螺栓旋入所述圆台上的螺栓孔，直至所述套筒的台口与所述圆台上的套筒台口的接口顶紧，装配完成。
本发明为自由曲面网格结构的实现提供了一种新的形式，其有益效果为：
a.本发明中的大部分零件采用市场上现有的成品，原材料简单易获得，同时也降低了机械加工的难度。
b.本发明通过使用螺栓进行节点的装配固定，同时利用高强度螺栓的抗剪、抗拉以及套筒的抗压性能保证连接的可靠性。
c.本发明结构中的焊接作业可全部在工厂完成，提高质量保证。现场作业全部为装配施工，最大程度的减少了施工过程对环境的影响，降低了现场工人的劳动强度和难度，缩短了施工周期。
附图说明
图1是本发明装配完成后的结构示意图；
图2是本发明圆台、螺栓、套筒、紧固螺钉以及转接头示意图；
图3是本发明装配方法示意图；
图4是本发明节点空间水平角α示意图；
图5是本发明节点空间垂直角β示意图；
图6是本发明节点空间扭转角γ示意图；
其中，1为圆台，2为转接头，3为杆件，4为螺栓，5为套筒，6为紧固螺钉。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式做进一步描述。
结合图1和图2，本发明包括圆台1，转接头2，杆件3，螺栓4，套筒5，紧固螺钉6。
其中圆台1为中空圆筒或者正多边体；根据杆件3和节点垂直角的大小，即杆件3的空间位置切割圆台1；节点垂直角的大小通过节点在空间中的三维坐标计算出来。本发明中的圆台1含有螺栓进口和套筒5台口的接口，分散于圆台1的外围。具体的，对采用45号钢的圆台1，根据其连接的杆件3的位置，将圆筒1在将要连接杆件3的位置根据杆件3与水平平面倾斜的角度，即杆件3在竖直平面内转动的角度进行切割，在切割后形成平面的部分根据杆件3与竖直平面扭转角度，即根据杆件3扭转角度加工若干个螺栓孔，并在螺栓孔外侧开设套筒5台口的接口。
在转接头2上开设与所述圆台1侧平面上的螺栓4进口相应的螺栓孔，同时在螺栓孔外围开设有方形凹槽，以容纳螺栓4的螺帽。转接头2外侧开设台口方便其与杆件3的焊接连接，焊接工序在工厂完成。转接头2与待连接杆件3等高等宽，其材质与杆件3相同；每根杆件3的两端各连接一个转接头2；本发明中杆件3可为方管或圆管，杆件3与转接头2之间的焊接工作可全部在工厂完成。
螺栓4为高强度螺栓，螺栓4大小形状与所述转接头2上的螺栓孔相对应，螺栓4的长度为转接头2上的螺栓孔长度、套筒5长度以及圆台1侧平面上的螺栓孔长度之和，保证螺栓4在穿过转接头2上的螺栓孔、套上套筒5之后，还能够插入圆台1侧平面上的螺栓孔，以螺栓4螺帽的截面大小大于转接头2上开设的螺栓孔的大小；在螺栓4上开设腰形孔以方便紧固螺钉6将螺栓4和套筒5连接成整体；本发明中的紧固螺钉6与螺栓4采用相同材质。
套筒5其实质是一个螺母；在与中间圆台相连一侧开设台口；在套筒5的一边上开设紧固螺钉孔，允许紧固螺钉6穿过；套筒5内的螺纹与螺栓4上的螺纹相对应，可以套设在螺栓4上；本发明中的套筒5可选用Q235B、Q345B或者45号钢。套筒5的剖面形状为正六边形；在与中间圆台1相连一侧开设台口保证套筒5可以和圆台1很好地连接起来，形成一个整体。
结合图4、图5和图6，本发明在应用时，圆台1的轴线重合于节点所在曲面的法线01；相邻螺栓之间的夹角根据相邻杆件3在节点切平面投影上的夹角，即如图4所示的水平角α来确定。杆件3与切平面的夹角根据节点所连接杆件3与节点切平面02的夹角，即杆件3在竖直平面内转动的角度，如图5所示垂直角β来确定。杆件3相对节点的扭转角γ，即杆件3扭转角度根据螺栓孔的相对位置来确定。
在装配时，只需使圆台的轴线重合于节点所在曲面的法线；螺栓与杆件在同一直线上；圆台的切角根据各杆件的空间角度放样确定。
本发明中节点装配过程如下：
（1）将高强度螺栓4从转接头2穿出；
（2）套筒5套入高强度螺栓4；
（3）紧固螺钉6穿过套筒5上的紧固螺钉孔，穿入高强度螺栓4上的腰形孔，将高强度螺栓4和套筒5连接成整体；
（4）转接头2和杆件3焊接成整体；
（5）圆台1定位固定后，将高强度螺栓4插入圆台1预先开设的螺栓孔中；
（6）拧动套筒5，带动高强度螺栓4旋入所述圆台1上的螺栓孔，直至套筒5台口与圆台1上的套筒5台口的接口顶紧，则装配完成。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。