一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑业空间结构设计
，具体涉及一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点。
技术介绍
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。基于此本专利技术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
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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(xe)＝(xe)pE00＜(xe)min≤xe≤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，(xe)min为材料为空时的单元密度；xe为单元材料密度，且xe在0～1之间连续取值，程序优化后单元材料密度xe为[0.5，1]时保留该单元处材料，单元材料密度xe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。进一步的，所述镂空孔洞一(6)为等腰梯形形状，所述镂空孔洞一(6)的中轴线与长边一的中垂线(14)对齐，所述镂空孔洞一(6)的四条边均有一定弧度，且所述镂空孔洞一(6)开有第三螺栓孔(9)的一侧为内拱形状。进一步的，所述镂空孔洞二(5)为等腰三角形形状，所述镂空孔洞二(5)的三条边均具有一定弧度，镂空孔洞二(5)的中轴线与长边二的中垂线(13)对齐，且与等腰三角形最长边对应的等腰三角形顶点位于长边二的中垂线(13)上。进一步的，所述镂空孔洞二(5)位于镂空孔洞一(6)的两侧。进一步的，所述镂空孔洞一(6)中安装有节点内垫片(2)，所述节点内垫片(2)开设有第一螺栓孔(10)，且所述第一螺栓孔(10)、第二螺栓孔(11)和第三螺栓孔(9)的尺寸均相同。进一步的，所述节点内垫片(2)的一侧为平面，另一侧为拱形曲面，所述节点内垫片(2)拱形曲面的弧度对应于镂空孔洞一(6)内拱形状一侧的弧度，且所述节点内垫片(2)的拱形曲面紧贴镂空孔洞一(6)的内拱形状的一侧，所述第三螺栓孔(9)对准第一螺栓孔(10)。进一步的，所述螺栓(7)伸入镂空孔洞一(6)内的一端上具有螺纹，所述螺栓(7)依次穿过第二螺栓孔(11)、第三螺栓孔(9)和第一螺栓孔(10)后运用螺帽(8)套在螺纹上稳定连接。本专利技术的有益效果为：在本专利技术中，镂空圆环形空间网格结构装配式节点，外观优美，形式简洁，视觉效果通透与整体空间结构相得益彰，既增加了空间结构的建筑美感又不失其优越的力学性能，达到了建筑与结构的完美统一。节点各部件均在工厂加工制作完成，工厂化程度高；施工现场仅需要依照简单的规则进行组装，通过测力扳手等简单的工具即可完成节点装配，因此，具有施工速度快、施工质量易于控制的优点。该种装配式节点以其优美的形式，良好的装配效率以及优越的力学性能在单层空间网格结构领域有着良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术装配式节点组装示意图；图2是本专利技术装配式节点分解示意图；图3是本专利技术装配式节点组装俯视示意图；图4是本专利技术装配式节点的内垫片示意图；图5是本专利技术装配式节点的封板示意图；图6是本专利技术装配式节点的镂空孔洞一的平面示意图；图7是本专利技术装配式节点的镂空孔洞二的平面示意图。附图标记说明1-中心镂空圆环、2-节点内垫片、3-封板、4-连接杆件、5-镂空孔洞二、6-镂空孔洞一、7-螺栓、8-螺帽、9-第三螺栓孔、10-第一螺栓孔、11-第二螺栓孔、12-外侧面、13-长边二的中垂线、14-长边一的中垂线、15-长边一、16-长边二。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1至图3所示，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。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，镂空孔洞一6沿中心镂空圆环1的圆周方向均匀分布有6个，且每个镂空孔洞一6的两侧均开设有镂空孔洞二5，镂空孔洞一6的外周壁上开设有两个第三螺栓孔9。镂空孔洞一6的外圆周面切割成长边一15，长边一15与镂空孔洞一6上远离圆心的边平行。镂空孔洞一6为等腰梯形形状，镂空孔洞一6的中轴线与长边一的中垂线14对齐，镂空孔洞一6的四条边均有一定弧度。如图6所示镂空孔洞一6由一外接四边形(此处为梯形)控制，镂空孔洞一6可看作由外接多边形进行倒角和线条处理而来，长边两角倒角半径为11mm，短边两角倒角半径为24mm，当然倒角半径可以根据制造要求进行调节，但要保证其开设螺栓孔的一侧为內拱形状。镂空孔洞一6的短边为66mm，长边为85mm，高度为57mm。镂空孔洞二5的外圆周面切割成长边二16，长边二16与镂空孔洞二5上远离圆心的边平行。镂空孔洞二5为等腰三角形形状，镂空孔洞二5的中轴线与长边二的中垂线13对齐，且与等腰三角形最长边对应的等腰三角形顶点位于长边二的中垂线13上。如图7所示镂空孔洞二5由一外接等腰三角形控制，镂空孔洞二5的三条边均具有一定弧度，可看作由外接控制三角形进行倒角和线条处理而来，倒角半径没有固定值，建议取值为10。镂空孔洞二5的两个相等边的边长为43mm，长边为48mm。如图3所示，长边一的中垂线14与长边二的中垂线13的夹角为30°。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材料差值模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，其特征在于：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(xe)＝(xe)pE00＜(xe)min≤xe≤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，(xe)min为材料为空时的单元密度；xe为单元材料密度，且xe在0～1之间连续取值，程序优化后单元材料密度xe为[0.5，1]时保留该单元处材料，单元材料密度xe为[0，0.5)时删除该单元处材料。3.如权利要求2所述的一种镂空圆环形空间网格结构装配式节点，其特征在于：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)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯若强，刘峰成，朱洁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32