[发明专利]空间自由曲面网壳钢结构的装配式节点及其装配方法

说明书

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自由曲面网壳钢结构的装配式节点及其装配方法。

技术背景

随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，空间自由曲面的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。

现阶段用于空间自由曲面网壳结构的节点中，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。

发明内容

本发明的目的是提出一种空间自由曲面网壳钢结构的装配式节点，其能够通过普通机械加工实现，且装配过程简便，成本较低。同时本发明还提供这种装配式节点的装配方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种空间自由曲面网壳结构的装配式节点，其包括：

核心柱，其外周设有耳板，耳板数量为1个以上，分散固定于核心柱的外周上；各耳板平面皆平行于核心柱轴向，且耳板所在平面通过核心柱的轴向中心线；

转接头，包括一对Z形腹板，和垂直于Z形腹板并分别固定于一对Z形腹板上下两端的上翼缘板和下翼缘板；一对Z形腹板对称设置，与上、下翼缘板形成一端截面为H形，另一端截面为箱形的形状；转接头数量与核心柱外周的耳板数量相同；每个转接头截面为H形的一端可拆卸连接一个耳板；

杆件，每个杆件的一端固定连接一个转接头截面为箱形的一端；

上盖板和下盖板，分别套接于核心柱轴向的两端部，上盖板和下盖板中部皆设有与核心柱外径相适应的套孔；上盖板的上端面、下盖板的下端面分别与核心柱上、下端面齐平；上、下盖板固定连接每个转接头的上、下翼缘板；

上压板和下压板，分别位于核心柱的轴向两端；且上、下压板的直径大于核心柱的外径

中心螺栓，中心螺栓的螺杆贯穿上下压板、上下盖板以及核心柱后与螺帽之间相互固定。

进一步的，本发明中核心柱可选用中空的圆筒，耳板焊接在中心柱外周上。上、下盖板中部的孔优选为正好套在核心柱上，然后选择直径大于核心柱的外径的上、下压板，在中心螺栓固定后，上、下压板配合以固定的耳板即可将上、下盖板可靠固定。

为方便转接头与杆件的连接，本发明中转接头截面为箱形的端部固定有端板，杆件一端焊接于端板上。具体的，转接头的一对腹板、上下翼缘板与端板之间通过焊接相互固定。端板的设置既不会影响转接头的箱型结构，方便转接头与上、下盖板之间的固定连接，又增加了转接头的结构稳定性；同时增加了转接头与杆件之间的接触面积，保证了杆件与转接头之间固定的可靠性。进一步的，本发明中杆件可为方管或圆管，杆件与转接头端板之间的焊接工作可全部由工厂完成。

优选的，本发明中上盖板、下盖板与每个转接头的上翼缘板、下翼缘板之间通过螺栓固定连接。具体的，根据耳板以及转接头的数量，上盖板和下盖板上分别按圆周排列设置相同数量，且位置一一对应的固定孔，同时转接头的上翼缘板与下翼缘板上也设有位置相互对应的固定孔；在装配时，每个转接头上、下翼缘板上的固定孔，与上盖板、下盖板上的一组对应的固定孔的轴线相互重合，然后通过螺栓贯穿固定。优选的，贯穿上、下盖板与上、下翼缘板的螺栓为现有的标准件高强螺栓，高强螺栓从Z形腹板与上、下翼缘板组成的箱型空间中穿过。

优选的，本发明中耳板与转接头截面为H形一端端部的Z形腹板之间通过螺栓可拆卸连接。具体的，转接头的Z形腹板平面垂直于上下翼缘板平面，Z形腹板靠近核心柱的一侧设有固定孔；耳板上设有与Z形腹板上的固定孔相对应的固定孔；连接耳板与Z形腹板的螺栓为高强螺栓。耳板以及Z形腹板上用于螺栓连接的螺栓孔数量可适当增加，如设置固定孔的数量为2个，以保证固定可靠。进一步的，由于工艺制造过程中杆件下料很容易有误差，所以可设置耳板上用于螺栓连接转接头Z形腹板的螺栓孔为腰型孔，优选腰型孔的厚度方向平行于核心柱的轴向，从而在杆件变形的情况下留有调整的余地。