一种新型装配节点及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种新型装配节点，包括：节点棱柱筒和多个杆件，杆件以节点棱柱筒的轴线为中心呈放射状分布，节点棱柱筒的侧壁延其周向构成多个连接面，连接面的中部固定有径向伸出的抗剪销，杆件的端部设置有贴合连接面的端板，端板的中部设置有供抗剪销插入的销孔，端板带有沿杆件的径向伸出的上耳板部和下耳板部，通过螺栓将上耳板部和下耳板部与连接面相固定。本发明专利技术还公开了上述新型装配节点的设计方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种新型装配节点及设计方法


[0001]本专利技术涉及大跨度建筑结构的
，尤其是涉及一种新型装配节点、及该装配节点的设计方法。

技术介绍

[0002]伴随空间网格结构推广发展，装配式节点的设计研究一直是热点之一，德国Mero公司1942年专利技术的MeroKK(如图1a)节点(螺栓球节点)可称为第一个可广泛使用的商品化的空间网格节点，其构造为通过螺栓将圆钢管连接在球状的钢节点上。MeroKK节点的杆件端部收为锥头连接单个螺栓，节点区抗弯和抗剪承载力低，假定为铰接模型，适用于网架或双层网壳结构，不适用于单层大跨度结构结构。
[0003]德国Mero公司还开发了应用于单层大跨度结构的装配式钢节点，如MeroBK(如图1b)等类型。该类型节点的杆件端部以多个螺栓连接于节点，具备抗压(拉)、抗弯和抗剪能力，假定为刚接或半刚接节点，可用于单层大跨度结构。但是该节点有以下缺点：1)为安装和检查螺栓，构件顶部局部开口，削弱了构件截面和承载力，使构件受力不均匀；2)杆件截面内部尺寸限制了构件内布置的螺栓数量，节点区抗弯和抗剪承载力有限，该节点适用于弯矩和剪力不大的单层大跨度结构；3)受杆件截面内部尺寸限制，螺栓安装不便。
[0004]美国Temcor公司开发的铝合金节点(如图2)，对应工字形铝合金杆件的上下翼缘，采用上下两块独立的节点盘连接工字形铝合金杆件，同时可适用于单层铝合金网格结构。但该节点构件腹板未与节点区连接，该节点的抗弯抗剪承载力低，不适用于弯矩和剪力较大的单层大跨度结构。
[0005]国内空间网格装配式钢节点同样也有发展，如范峰等在专利号为CN201320749926.1和CN201310601553.8的专利提出了应用于单层大跨度结构的CP节点(如图3a)和C节点(如图3b)，目前尚未见应用于工程项目。CP节点杆件端部和节点区设置竖向连接板，通过螺栓连接，布置尺寸受限，其抗弯承载力有限，C节点与MeroBK节点构造相似，在构件下翼缘增加开口，存在与MeroBK节点类似的不足。
[0006]国内外的空间网格装配式节点种类较多，然而得到广泛推广应用的承载力高、安装方便、适用于单层大跨度结构的装配式节点形式较少。针对此种情况，本专利提出一种新型装配式节点及对应的设计方法。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种新型装配节点，本专利技术的目的之二在于提供一种新型装配节点的设计方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种新型装配节点，所述装配节点包括：节点棱柱筒和多个杆件，所述杆件以所述节点棱柱筒的轴线为中心呈放射状分布，节点棱柱筒
的侧壁延其周向构成多个连接面，所述连接面的中部固定有径向伸出的抗剪销，所述杆件的端部设置有贴合连接面的端板，所述端板的中部设置有供所述抗剪销插入的销孔，端板带有沿杆件的径向伸出的上耳板部和下耳板部，通过螺栓将所述上耳板部和所述下耳板部与连接面相固定。
[0010]进一步的，所述抗剪销的横截面呈“工”字。
[0011]进一步的，所述销孔为方孔。
[0012]进一步的，所述节点棱柱筒的侧壁具有6个连接面；配备有6个所述杆件。
[0013]进一步的，所述上耳板部和所述下耳板部分别通过水平分布的两个螺栓与所述连接面相固定。
[0014]进一步的，所述杆件为横截面呈矩形的矩形管。
[0015]一种基于上述新型装配节点的设计方法，该方法包括如下步骤：
[0016]S1.由网格空间关系得到几何构形G，建立节点棱柱筒为刚接的网格计算模型；
[0017]S2.将所述节点棱柱筒编号为N
i
，将构件编号为E
j
；
[0018]S3.求解得小震组合工况下各所述杆件端部弯矩轴力剪力其中k为计算迭代的序数；
[0019]S4.根据各杆件端部弯矩、轴力求得螺栓布置及规格，根据各杆件端部剪力求得抗剪键规格；
[0020]S5.杆件端部螺栓布置满足与对应杆件截面抗弯等强要求，求得各节点的高度
[0021]S6.求得以节点为顶点，由相邻杆件组成的局部平面，并求得各局部平面的法向向量
[0022]S7.对各法向向量求和，得到节点棱柱筒的轴线向量；
[0023]S8.以节点棱柱筒轴线方向为法向且过顶点的平面作为各节点棱柱筒的中间平面确定各节点的几何布置；
[0024]S9.节点棱柱筒周围杆件宽度于中间平面上投影为杆件间距在中间平面上投影为杆件夹角中间平面上投影为
[0025]S10.求得各节点棱柱筒的最小外接圆半径作为节点棱柱筒的设计几何条件；
[0026]S11.根据试验及数值模拟给出对应不同及参数的节点M
ij
‑
f(θ
ij
)关系曲线，其中为节点的壁厚、为杆件端板的壁厚、θ
ij
为杆件j轴线和节点i轴线在对应弯矩作用平面的相对转角，选取满足要求的节点及参数，满足小震组合工况下各构件端部弯矩位于M
ij
‑
f(θ
ij
)关系曲线的弹性段,节点棱柱筒及杆件设计完成。
[0027]进一步的，在所述S5步骤后，验算各个所述杆件截面是否满足小震组合工况要求。
[0028]进一步的，在所述节点棱柱筒及杆件设计完成之前，还包括以下步骤：
[0029]S12.节点本构关系弹性阶段采用线性弹簧组合模拟，对考虑节点本构关系的结构模型进行小震下各组合工况验算；
[0030]S13.计算校核得到对应各节点的杆件端部弯矩轴力剪力
[0031]S14.校核杆件两端截面是否满足受力要求，如不满足，根据验算结果调整杆件规格，返回所述S4步重新进行设计；
[0032]S15.同时根据各节点M
ij
＝f(θ
ij
)关系曲线弹性阶段校核节点是否满足受力，如不满足，根据验算结果调整节点规格，返回S4步骤重新进行设计，如果本步及S14步同时满足，进入S16步；
[0033]S16.节点本构关系全阶段采用非线性弹簧组合模拟，对考虑节点本构关系的结构模型进行大震及中震时程工况下的性能计算；
[0034]S17.计算校核得到对应各节点的杆件端部弯矩轴力剪力
[0035]S18.校核杆件两端截面是否满足性能要求，如不满足，根据验算结果调整杆件规格，返回S4步重新进行设计；
[0036]S19.同时根据各节点M
ij
＝f(θ
ij
)关系曲线全阶段校核节点是否满足性能要求，如不满足，根据验算结果调整节点规格，返回S4步骤重新进行设计，如果本步及所述S18步骤同时满足，则节点棱柱筒及杆件设计完成。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型装配节点，其特征在于，所述装配节点包括：节点棱柱筒和多个杆件，所述杆件以所述节点棱柱筒的轴线为中心呈放射状分布，节点棱柱筒的侧壁延其周向构成多个连接面，所述连接面的中部固定有径向伸出的抗剪销，所述杆件的端部设置有贴合连接面的端板，所述端板的中部设置有供所述抗剪销插入的销孔，端板带有沿杆件的径向伸出的上耳板部和下耳板部，通过螺栓将所述上耳板部和所述下耳板部与连接面相固定。2.根据权利要求1所述的装配节点，其特征在于，所述抗剪销的横截面呈“工”字。3.根据权利要求2所述的装配节点，其特征在于，所述销孔为方孔。4.根据权利要求1所述的装配节点，其特征在于，所述节点棱柱筒的侧壁具有6个连接面；配备有6个所述杆件。5.根据权利要求1所述的装配节点，其特征在于，所述上耳板部和所述下耳板部分别通过水平分布的两个螺栓与所述连接面相固定。6.根据权利要求1所述的装配节点，其特征在于，所述杆件为横截面呈矩形的矩形管。7.一种基于权利要求1
‑
6中任一所述的新型装配节点的设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1.由网格空间关系得到几何构形G，建立节点棱柱筒为刚接的网格计算模型；S2.将所述节点棱柱筒编号为N
i
，将构件编号为E
j
；S3.求解得小震组合工况下各所述杆件端部弯矩轴力剪力其中k为计算迭代的序数；S4.根据各杆件端部弯矩、轴力求得螺栓布置及规格，根据各杆件端部剪力求得抗剪键规格；S5.杆件端部螺栓布置满足与对应杆件截面抗弯等强要求，求得各节点的高度S6.求得以节点为顶点，由相邻杆件组成的局部平面，并求得各局部平面的法向向量S7.对各法向向量求和，得到节点棱柱筒的轴线向量；S8.以节点棱柱筒轴线方向为法向且过顶点的平面作为各节点棱柱筒的中间平面确定各节点的几何布置；S9.节点棱柱筒周围杆件宽度于中间平面上投影为杆件间距在中间平面上投影为杆件夹角中间平面上投影为S10.求得各节点棱柱筒的最小外接圆半径作为节点棱柱筒的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓京，朱忠义，邓旭洋，周忠发，张琳，王毅，孙枫然，邢珏蕙，白光波，陈一，
申请(专利权)人：北京市建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：