[发明专利]一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点

说明书

本发明公开了一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，包括中心镂空圆环(1)、节点内垫片(2)、封板(3)、连接杆件(4)、螺栓(7)，封板开有螺栓孔。中心镂空圆环的截面上开设有镂空孔洞一(6)，镂空孔洞一的两侧均开设有镂空孔洞二(5)。镂空孔洞一为等腰梯形形状，镂空孔洞一的四条边均有一定弧度，镂空孔洞一的外周壁上开设有螺栓孔。镂空孔洞二为三角形状，且镂空孔洞二的三条边均有一定弧度。本发明通过螺栓对中心镂空圆环、封板和连接杆件进行连接，形成装配式杆件。本发明在单层三角形空间网格结构采光顶中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及建筑业空间结构设计技术领域，具体涉及一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点。

背景技术

随着经济社会快速的发展，建筑行业日益繁荣，众多形态各异、风情独特的大跨空间结构如雨后春笋般在全国各地兴起，而装配式空间网格结构以其建造周期短、施工方便、施工污染少在大跨空间结构中所占的比例也越来越重。因而装配式节点作为装配式空间网格结构的重要组成部分自然也受到了人们的广泛关注，吸引了大量学者和技术人员进行开发制造，以期获得装配更加高效、性能更加优越的空间结构装配式节点形式。现有技术的装配式节点自重较大，且节点组装步骤繁杂，不利于装配式空间结构的发展。

基于此本发明公开了一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，该种节点是一种创新，良好的装配性能和优越的受力性能将使得它在单层空间网格结构领域有着良好的应用前景

发明内容

本发明的目的是提供一种可快速现场装配且力学性能优良的单层空间三角形网络结构装配式节点。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，包括中心镂空圆环(1)、封板(3)、连接杆件(4)、螺栓(7)，所述中心镂空圆环(1)截面开设有镂空孔洞一(6)和镂空孔洞二(5)，所述镂空孔洞一(6)的外周壁上开设有第三螺栓孔(9)，所述封板(3)上开设有第二螺栓孔(11)，所述螺栓(7)依次通过第二螺栓孔(11)、第三螺栓孔(9)将封板(3)和中心镂空圆环(1)连接，且所述连接杆件(4)与封板(3)固定连接。

进一步的，所述中心镂空圆环(1)的整体结构是基于商用软件HYPERWORKS平台，利用拓扑优化原理，以节点应变能最小为目标函数，以连续体结构变密度法为优化算法，采用SIMP材料差值模型，以单元“单元密度”作为设计变量经过迭代优化而来；

应变能公式可表述为其中C为应变能，P＝KU，P为结构所受外荷载向量矩阵，T为矩阵转置符号，U为单元位移向量矩阵，K为刚度矩阵；

所述镂空孔洞一(6)和镂空孔洞二(5)主要通过所述“单元密度”与节点的材料弹性模量之间的函数关系优化得出，且所述函数关系为：

E(x_e)＝(x_e)^pE₀

0＜(x_e)_min≤x_e≤1

其中，E为单元优化后弹性模量，E₀为初始弹性模量，p为惩罚系数，(x_e)_min为材料为空时的单元密度；x_e为单元材料密度，且x_e在0～1之间连续取值，程序优化后单元材料密度x_e为[0.5，1]时保留该单元处材料，单元材料密度x_e为[0，0.5)时删除该单元处材料。

进一步的，所述镂空孔洞一(6)的外圆周面切割成长边一(15)，所述长边一(15)与镂空孔洞一(6)上远离圆心的边平行；所述镂空孔洞二(5)的外圆周面切割成长边二(16)，所述长边二(16)与镂空孔洞二(5)上远离圆心的边平行。