一種空間網格結構的誤差可調對心節點的製作方法

2023-07-16 18:42:16

專利名稱：一種空間網格結構的誤差可調對心節點的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於空間網格結構在施工安裝階段調節杆件長度和節點位置偏差的裝置、配件及其安裝調節方法，屬於土木工程領域。
背景技術：
近幾十年來，作為大跨度、大空間結構形式設計的空間網格結構以其新穎的結構形式、優雅的結構造型和強大的跨越能力，在世界範圍內被廣泛地運用，並得到了迅猛的發展。這種結構形式為建築結構跨越能力的提高和空間形體的多樣性提供了充分的空間，目前被廣泛地應用於體育館、展覽館、影劇院、會堂、候車廳等公共建築和飛機庫、倉庫、工業廠房等工業建築。從結構組成上而言，空間網格結構是按一定規律布置的杆件、構件通過節點連接而構成的空間結構體系，包括網架、曲面型網殼以及立體桁架等。節點不僅需要起到連接眾多匯交杆件的作用，還要能夠傳遞杆件在外荷載作用下所產生的內力，例如網架杆件的軸力和網殼結構中的彎矩等。此外，管道設備、吊頂和屋面等外荷載亦常以集中力的形式作用在上部網格節點上。因此，節點是空間網格結構的重要組成部分，是網格結構設計的重點和關鍵。現行國家標準《空間網格結構技術規程》JGJ 7-2010中推薦了八種常用的空間網格結構節點焊接空心球節點、螺栓球節點、嵌入式轂節點、鑄鋼節點、銷軸式節點、組合結構節點、預應力索節點、支座節點。其中，焊接空心球節點是由兩個半球焊接而成的空心球， 可根據受力大小分別採用不加肋空心球和加肋空心球，主要用於網殼結構中的剛接節點； 螺栓球節點是由鋼球、高強度螺栓、套筒、緊固螺釘、錐頭或封板等零件組成，主要用於網架結構或雙層網殼結構中的鉸接節點。這兩種節點形式在國內外空間網格結構中得到了廣泛的應用。然而，目前工程中常用的空間網格節點尚存在以下問題一旦節點的相鄰杆件在安裝過程中與節點固定後，則杆件長度與節點位置就完全確定。而在實際工程中，由於杆件下料長度誤差、節點定位偏差和安裝期溫度變化等因素的影響，使得空間網格結構在安裝過程中不可避免的出現安裝誤差，使杆件難以正常安裝或節點偏離設計位置，導致結構的實際形態與設計形態相比具有初始幾何缺陷，影響結構在使用荷載下的穩定性與安全性。 如在誤差無法調節的情形下強迫杆件或節點就位，由於空間網格結構為高次超靜定結構， 強迫位移將會在結構中產生較大的初始內力，對結構的正常使用和安全性能會產生很不利的影響。本發明針對現有空間網格節點的上述問題，提出了一種適用於空間網格結構的誤差可調對心節點。

發明內容
技術問題本發明針對上述空間網格節點中經常出現的結構安裝誤差與強迫就位問題，提供了一種新型的空間網格結構誤差對心可調節點。該節點容許與其相連杆件在水平方向、豎直方向進行旋轉，而在杆件軸線方向則可進行長度調整，且在旋轉和調整過程中保證所有相鄰杆件始終匯交於節點中心，待所有杆件調整到位以後，可選擇使節點形成鉸接節點或者剛接節點，從而在空間網格結構的施工過程中實現安裝誤差的靈活可調。技術方案本發明的空間網格結構的誤差可調對心節點，包括支架和安裝在所述支架上的調節件，支架包括底板、立柱、蓋板、墊板和螺帽，底板下側中心設置有用於連接豎向網格杆件的裝置，底板上側中心與所述立柱連接，蓋板和墊板依次穿在立柱上，螺帽通過螺紋與立柱的上端連接，多個所述調節件以立柱為中心排列，並將調節件上設置的豎向凸臺分別嵌入底板上設置的第一弧形槽和蓋板上設置的第二弧形槽，從而把調節件安裝在底板和蓋板之間；調節件包括水平可調件和安裝在所述水平可調件上的豎直可調件，水平可調件為側面開有矩形通孔的柱體，豎直可調件上設置的橫向凸臺嵌入水平可調件上設置的第三弧形槽，從而把豎直可調件安裝在水平可調件的矩形通孔中，豎直可調件上設置有用於連接非豎向網格杆件的第一安裝孔。本發明中，用於連接豎向網格杆件的裝置為在底板下側面中心設置的第二安裝孔和位於所述第二安裝孔外側的環形擋板。本發明中，底板周向邊緣設置有均勻排列的多個第一弧形槽，所述蓋板周向邊緣設置有與第一弧形槽對應的多個第二弧形槽，所述水平可調件上下底面中心上設置有豎向凸臺，豎向凸臺插入第一弧形槽和第二弧形槽中，將調節件安裝在支架上。本發明中，水平可調件矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第三弧形槽，所述豎直可調件為橫置的柱體，所述第一安裝孔設置在豎直可調件側面，豎直可調件的兩個底面中心均設置有橫向凸臺；豎直可調件置入水平可調件的矩形通孔中，所述橫向凸臺插入第三弧形槽中，將豎直可調件安裝在水平可調件上。有益效果本發明與現有技術相比，具有以下優點
空間網格結構是一種誤差敏感性結構，施工誤差可以降低結構的承載能力和穩定性。 杆件下料誤差和節點安裝偏差可以使結構的穩定承載力降低幾倍，嚴重影響結構的安全使用。本發明通過水平可調件、豎直可調件及其水平和豎向弧形槽的設置，使節點相鄰的所有杆件在一定範圍內可實現水平向與豎直向的自由旋轉，而能夠在空間網格結構的安裝施工過程中，靈活調節節點位置，消除安裝施工過程中節點位置偏差的不利影響，提高結構的安裝精度；
本發明通過端頭帶有螺紋的連接杆件與豎直可調件的螺孔及主零件承臺底部的半圓球孔相連，可使節點相鄰的所有杆件在一定範圍內實現杆件軸線方向的自由伸長或縮短， 從而能夠靈活調節杆件長度，消除杆件下料誤差帶來的結構安裝偏差，確保結構的順利拼裝；
本發明設置的水平弧形槽與豎向弧形槽均以節點中心為圓心，杆件在通過弧形槽繞節點進行水平和豎向旋轉調整的過程中，其軸線始終通過節點中心，從而在採用本節點調節安裝偏差時，確保了節點相鄰杆件始終匯交於節點中心，減小了節點承受的不平衡力矩，同時保證了設計計算模型與實際模型的一致性，確保了節點和結構的安全性能。本發明通過水平、豎直的空間多向可調機制，可模擬空間網格結構曲面輪廓不同曲率位置的節點-杆件空間幾何相對位置，從而能夠儘可能減少弦支穹頂結構的節點加工形式，較大程度地減輕了工廠預製加工的工作量。本發明設計的新型誤差可調節點可根據實際安裝誤差在無應力狀態下動態調整節點相鄰杆件的長度和角度，無需通過外力強迫節點和杆件安裝就位，消除了常規強迫就位方式的裝配應力，保證了施工期結構的良好力學性能；
本發明保證了實際工程結構與設計模型一致性，確保了結構受力分析的正確性，此外， 對於缺陷很敏感的弦支穹頂結構，降低施工誤差和結構缺陷可以有效地提高結構穩定承載力，確保結構的安全使用。


圖1為本發明新型誤差可調對心節點的立體結構示意圖，圖中X、Y、Z分別表示水平向、豎直向和杆件軸線方向可調。圖2為支架1的立體結構示意圖。圖3為支架1空間拆分的立體結構示意圖。圖4為底板14和立柱15連接的平面結構示意圖。圖5為可調件2的立體結構示意圖。圖6為可調件2空間拆分的立體結構示意圖。圖7為非豎向網格杆件3和豎向網格杆件4的立體結構示意圖。非豎向網格杆件 3和豎向網格杆件4的構造相同。圖8為支架1的俯視圖。圖9為圖9的A-A剖面圖。圖10為水平可調件21的俯視圖。圖11為圖11中的B-B和C-C剖面圖。圖12為水平可調件22的側視圖。圖13為圖11中的D-D和E-E剖面圖。圖14為新型誤差可調對心節點的安裝調節流程。圖中有支架1，可調件2，非豎向網格杆件3，豎向網格杆件4，螺帽11，墊板12，蓋板13，底板14，立柱15，第二弧形槽131，第一弧形槽141，第二安裝孔142，環形檔板143， 水平可調件21，豎直可調件22，豎向凸臺211，第三弧形槽212，橫向凸臺221，第一安裝孔 222。
具體實施例方式本發明的空間網格結構的誤差可調對心節點，主要包括包括支架1和安裝在支架 1上的調節件2。第一部分是支架1。支架1包括底板14、立柱15、蓋板13、墊板12和螺帽11，底板14下側中心設置有用於連接豎向網格杆件4的裝置，底板14上側中心與立柱15連接， 蓋板13和墊板12依次穿在立柱15上，螺帽11通過螺紋與立柱15的上端連接，多個調節件2以立柱15為中心排列，並通過調節件2中的豎向凸臺211和底板14中的第一弧形槽 141、蓋板13中的第二弧形槽131安裝在底板14和蓋板13之間；本節點中，用於連接豎向網格杆件4的裝置為在底板14下側面中心設置的第二安裝孔142和位於第二安裝孔142 外側的環形擋板143。本節點中，底板14周向邊緣設置有均勻排列的多個第一弧形槽141， 蓋板13周向邊緣設置有與第一弧形槽141對應的多個第二弧形槽131，水平可調件21上下底面中心上設置有豎向凸臺211，豎向凸臺211插入第一弧形槽141和第二弧形槽131中， 將調節件2安裝在支架1上。支架1是誤差可調節點的主體部分，用於連接多個水平可調件21和豎向網格杆件 4。水平可調件21與支架1之間通過設置滑槽連接，豎向網格杆件4直接與支架1連接。 支架1包括四個部分底板14和立柱15連成整體，用於支撐整個節點，保持節點的豎向穩定，第二安裝孔142為豎向網格杆件4提供約束端，約束端外圍設有環形擋板143，環形擋板143可採用六角螺帽，起到防止豎向網格杆件5的端部飛出和輔助擰緊螺帽11的作用； 蓋板13，與支架1中的底板14 一起形成可調件2的固定平臺，蓋板13與底板14上均在對應位置設置水平弧形槽，便於水平可調價21的安裝及轉動；螺帽11，用於輔助壓緊蓋板13， 使蓋板13與底板14成為穩固的整體；墊板12，位於螺帽11與蓋板13之間，用於傳遞螺帽 11的預壓力。第二部分是調節件2。調節件2包括水平可調件21和安裝在水平可調件21上的豎直可調件22，水平可調件21為側面開有矩形通孔的柱體，豎直可調件22通過橫向凸臺221 和水平可調件21中的第三弧形槽212安裝在水平可調件21的矩形通孔中，豎直可調件22 上設置有用於連接非豎向網格杆件3的第一安裝孔222。本節點中，水平可調件21矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第三弧形槽212，豎直可調件22為橫置的柱體，第一安裝孔222設置在豎直可調件22側面，豎直可調件22的兩個底面中心均設置有橫向凸臺221 ； 豎直可調件22置入水平可調件21的矩形通孔中，橫向凸臺221插入第三弧形槽212中，將豎直可調件22安裝在水平可調件21上。調節件2用於與非豎向網格杆件的連接，是實現誤差可調的主要裝置。包括水平可調件21和豎直可調件22。水平可調件21上下兩端的橫向凸臺221可在底板14中的第一弧形槽141和蓋板13中的第二弧形槽131裡滑動，由於所有第一弧形槽141和蓋板13中的第二弧形槽131的圓心均為節點中心，所以節點相連的非豎向網格杆件3可以繞節點中心軸轉動，即轉動調整是在水平方向的對心可調，水平方向角度調整到位以後可以在弧形槽中嵌入相應大小鐵片以阻止其水平轉動。同理，豎直可調件左右兩端的橫向凸臺221可以在水平可調件上的第三弧形槽212裡移動，由於第三弧形槽212的圓心也是節點中心，因此非豎向網格杆件3繞節點中心軸轉動可實現豎直方向的對心可調。豎直方向角度調整就位後可在弧形槽中嵌入相應大小鐵片阻止其豎向轉動。該附屬零件的弧形槽轉動機制保證了節點所有相鄰杆件的對心可調。與節點連接的相連杆件包括非豎向網格杆件3和豎向網格杆件4。兩種杆件構造相同，是在普通鋼管端部與螺栓焊接形成的端頭帶有螺紋的杆件。非豎向網格杆件3與豎直可調件22相連，可以在豎直可調件22的第一安裝孔222內旋進或旋出一段距離，從而實現杆件軸線方向長度可調。同理，豎向網格杆件4與支架1相連，可以在支架1的第二安裝孔142內旋進或旋出一段距離，從而實現杆件軸線方向長度可調。本發明裝置的製作工序
1.製作支架1 製作底部14和立柱15，在立柱15上部加工一段螺紋，在底板14和立柱15的底部加工第二安裝孔142並設置環形檔板143 ；製作支架1中的螺帽11，墊板11， 蓋板13 ；最後分別在底板145和蓋板13上設置多個第一弧形槽141和第二弧形槽131。2.製作水平調節件21 製作實心圓柱體，在豎直調節件22位置挖空，形成矩形通孔；在上下圓柱面中心上設置豎向凸臺211，矩形通孔兩側的側壁上設置第三弧形槽212;
3.製作豎直調節件22 製作實行圓柱體，在其側面設置第一安裝孔222，放進水平調節件21中的通孔裡後，在兩個圓柱面中心設置橫向凸臺221。本發明的安裝調節工序
1.根據節點尺寸可以確定節點連接杆件可調範圍。2.根據可調範圍，粗略確定杆件尺寸。3.根據設計圖紙確定節點位置。4.根據節點位置固定底板14。5.杆件擰進豎直調節件22，再把豎直調節件22通過弧形槽連接到水平調節件21 上，水平調節件21也通過弧形槽連接到支架1上。6.根據實際幾何關係，調節豎直調節件21和水平調節件22以及旋轉杆件，直至調整到空間網格結構的設計狀態。7.加上蓋板13、墊板12和螺帽11。8.如果需要節點是鉸接的，初擰螺帽11即可；如果需要節點是剛接的，節點調整就位後可在弧形槽中嵌入相應大小鐵片阻止其豎向轉動；施工完畢。
權利要求
1.一種空間網格結構的誤差可調對心節點，其特徵在於，該節點包括支架(1)和安裝在所述支架(1)上的調節件(2)，所述支架(1)包括底板(14)、立柱(15)、蓋板(13)、墊板 (12)和螺帽(11)，所述底板(14)下側中心設置有用於連接豎向網格杆件(4)的裝置，底板 (14)上側中心與所述立柱(15)連接，所述蓋板(13)和墊板(12)依次穿在立柱(15)上，所述螺帽(11)通過螺紋與立柱(15)的上端連接，多個所述調節件(2)以立柱(15)為中心排列，並將調節件(2)上設置的豎向凸臺(211)分別嵌入底板上設置的第一弧形槽(141)和蓋板上設置的第二弧形槽(131)，從而把調節件(2)安裝在底板(14)和蓋板(13)之間；所述調節件(2)包括水平可調件(21)和安裝在所述水平可調件(21)上的豎直可調件 (22)，所述水平可調件(21)為側面開有矩形通孔的柱體，所述豎直可調件(22)上設置的橫向凸臺(221)嵌入水平可調件(21)上設置的第三弧形槽(212)，從而把豎直可調件(22)安裝在水平可調件(21)的矩形通孔中，豎直可調件(22 )上設置有用於連接非豎向網格杆件 (3)的第一安裝孔(222)。
2.根據權利要求1所述的空間網格結構的誤差可調對心節點，其特徵在於，所述的用於連接豎向網格杆件(4)的裝置為在底板(14)下側面中心設置的第二安裝孔(142)和位於所述第二安裝孔(142)外側的環形擋板(143)。
3.根據權利要求1所述的適用於空間網格結構的誤差可調對心節點，其特徵在於，所述底板(14)周向邊緣設置有均勻排列的多個第一弧形槽(141 )，所述蓋板(13)周向邊緣設置有與第一弧形槽(141)對應的多個第二弧形槽(131 )，所述第一弧形槽(141)和第二弧形槽(131)的弧心均位於立柱(15)的中心，所述水平可調件(21)上下底面中心上設置有豎向凸臺(211)，上、下底面的豎向凸臺(211)分別插入第一弧形槽(141)和第二弧形槽(131)中並可在槽的周向水平滑動，將調節件(2)安裝在支架(1)上。
4.根據權利要求1所述的適用於空間網格結構的誤差可調對心節點，其特徵在於，所述水平可調件(21)矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第三弧形槽(212)，所述第三弧形槽(212)的弧心位於支架(1)中心，所述豎直可調件(22)為橫置的柱體，所述第一安裝孔(222 )設置在豎直可調件(22 )側面，豎直可調件(22 )的兩個底面中心均設置有橫向凸臺 (221);豎直可調件(22)置入水平可調件(21)的矩形通孔中，所述橫向凸臺(221)插入第三弧形槽(212)中並可在槽的周向滑動，將豎直可調件(22)安裝在水平可調件(21)上。
全文摘要
本發明公開了一種空間網格結構的誤差可調對心節點，包括支架和調節件等裝置和配件。調節件通過豎直限位螺栓固定在支架上從而形成節點整體，誤差調節通過調節件實現。本發明是可與相連的網殼杆件在水平方向、豎直方向和杆件軸線方向進行空間三維多向調整，進而能夠調節杆件長度和節點空間幾何位置的空間網格結構的誤差可調對心節點。本發明節點在調節杆件長度和節點位置的過程中所連接的杆件始終匯交於一點。新型誤差可調對心節點降低了施工誤差和結構缺陷，可以有效地提高結構穩定承載力，確保結構的安全使用。
文檔編號E04B1/58GK102561526SQ20121001636
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者馮玉龍, 吳京, 周臻, 孟少平, 王永泉 申請人:東南大學