自适应温差变形的盘式节点、网壳结构及方法技术

本申请涉及建筑结构工程领域，提供一种自适应温差变形的盘式节点、网壳结构及方法，用于连接多个杆件，包括芯柱和多个连接件；多个杆件分布于所述芯柱的周围，每个所述杆件的周围分布有多个连接件，所述连接件具有第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定连接所述芯柱，所述第二连接段固定连接所述杆件，所述连接件的第一连接段和第二连接段之间还设置有预起拱弯曲的弧形段。通过弧形段的形变释放温差产生的变形，从而降低结构所受的内力和构件变形，进而可以有效避免空间网壳结构及其金属屋面系统在反复温差作用下的疲劳损伤和屋面渗漏的问题。面渗漏的问题。面渗漏的问题。

【技术实现步骤摘要】
自适应温差变形的盘式节点、网壳结构及方法


[0001]本专利技术属于建筑结构工程领域，具体涉及一种自适应温差变形的盘式节点、网壳结构及方法。

技术介绍

[0002]铝合金作为一种新型结构材料，由于其重量轻、比强度高、耐腐蚀性好、易于挤压成型、轻盈美观等优点，逐渐应用于空间网壳结构、桥梁结构、腐蚀环境中的结构、塔架结构以及可拆装移动的结构。尤其是铝合金空间网壳结构以其造型丰富美观、空间使用率高、模块化制造、一体化施工等独特魅力而受到广大建筑师和结构工程师的青睐。
[0003]目前铝合金空间网壳结构的连接方式主要是盘式节点，一般在6肢杆件交汇处布置上下盖板，杆件上下翼缘与相应上下盖板通过紧固件连接形成整体。比如，公开号为CN204491829U的中国专利，公开了一种毂式
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盖板复合铝合金双层网格结构。其为了提高结构承载力，还在上下盖板之间设置有插板轱辘，H型截面的杆件布置在插板轱辘周围。然而，由于铝合金的弹性模量仅为钢材的1/3，荷载作用下变形问题突出，结构跨度受到限制。此外，铝合金的热膨胀系数约为钢材的两倍，加之弹性模量较小，因而铝合金结构对温度变化引起的构件和结构变形敏感，尤其是大跨度空间铝合金结构。在温差作用下，容易导致大跨度空间铝合金结构的构件产生较大的附加内力，进而导致构件产生较大的附加变形，存在构件应力水平过大和变形过大而影响正常使用的风险。此外，空间网壳结构和金属屋面系统在反复温差作用下存在疲劳损伤和屋面破坏而渗漏的问题，甚至与风荷载、雪荷载、地震作用等极端荷载耦合而发生垮塌。r/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种自适应温差变形的盘式节点、网壳结构及方法，用于解决现有网壳结构的盘式节点在温差作用下，容易导致构件产生较大的附加内力和附加变形，进而存在构件应力水平过大和变形过大而影响正常使用的风险。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种用于连接多个杆件，包括芯柱和多个连接件；多个杆件分布于所述芯柱的周围，每个所述杆件的周围分布有多个连接件，所述连接件具有第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定连接所述芯柱，所述第二连接段固定连接所述杆件，所述连接件的第一连接段和第二连接段之间还设置有预起拱弯曲的弧形段。
[0006]进一步地，所述弧形段的拱起方向垂直于所述杆件的长度方向。
[0007]进一步地，所述杆件具有腹板和翼缘；所述连接件包括腹板连接件和翼缘连接件；所述腹板连接件固定连接所述芯柱和所述杆件的腹板；所述翼缘连接件固定连接所述芯柱和所述杆件的翼缘；所述腹板连接件和所述翼缘连接件分别设置有所述弧形段。
[0008]进一步地，所述腹板连接件的弧形段的拱起方向为背对所述腹板的方向，所述翼缘连接件的弧形段的拱起方向为背对所述翼缘的方向；每两个腹板连接件成一组，对称设
置在所述腹板的两侧，且该组的两个腹板连接件的弧形段的拱起方向相背对设置。
[0009]进一步地，所述连接件包括相垂直的第一连接板和第二连接板，所述第一连接段设置在所述第一连接板上，所述第二连接段设置在所述第二连接板上，所述第二连接板的位于所述第二连接段靠近第一连接板的一端起拱弯曲形成有所述弧形段。
[0010]进一步地，所述盘式节点还包括封口板；所述芯柱为轴向贯通的中空管结构；所述封口板固定连接于所述芯柱的内侧，所述连接件位于所述芯柱的外侧。
[0011]进一步地，所述盘式节点还包括紧固件，所述紧固件连接所述芯柱和连接件，所述紧固件还连接所述连接件和所述杆件。
[0012]进一步地，所述紧固件包括环槽铆钉。
[0013]通过将紧固件设置为环槽铆钉，相比于传统螺栓，具有安装效率高、防松动、疲劳寿命优异的特点，连接便捷可靠，使得施工效率更高，节约工时和建造成本。
[0014]进一步地，多个所述杆件包括碳钢杆件和铝合金杆件；所述连接件包括碳钢连接件和不锈钢连接件；所述碳钢连接件与所述碳钢杆件连接，所述不锈钢连接件与所述铝合金杆件连接。
[0015]第二方面，本专利技术提出一种网壳结构，包括多个相拼接的单片网壳，每个单片网壳包括多个杆件以及多个自适应温差变形的盘式节点，每个所述盘式节点包括芯柱和多个连接件，每个芯柱的周围通过连接件连接有多个杆件，每个杆件的端部通过连接件连接有一个芯柱；所述连接件具有第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定连接所述芯柱，所述第二连接段固定连接所述杆件，所述连接件的第一连接段和第二连接段之间还设置有预起拱弯曲的弧形段。
[0016]第三方面，本专利技术提出一种网壳结构的施工方法，包括以下步骤：
[0017]根据网壳结构的施工图纸，在地面对网壳结构的各个单片网壳进行拼装模拟，以确定每个单片网壳的各个盘式节点和杆件的位置；
[0018]基于确定的各个盘式节点和杆件的位置，搭设胎架；
[0019]在胎架上拼装出各个单片网壳，并进行复测和验收；
[0020]利用吊装设备，将各个单片网壳吊装至目标位置，并连接固定为整体的网壳结构。
[0021]本专利技术的有益效果包括：
[0022]1.盘式节点服役期间，当环境温度变化时，温差作用下杆件会产生较大的伸长量或收缩量，使杆件在轴向产生较大的附加内力，传递至连接件上，再传递至芯柱。而由于本专利技术的连接件的第一连接段和第二连接段之间设置有预起拱弯曲的弧形段，弧形段的刚度相对第一连接段和第二连接段较弱，可以提供良好的轴向延性，通过弧形段的形变释放温差产生的变形，从而降低结构所受的内力和构件变形，进而可以有效避免空间网壳结构及其金属屋面系统在反复温差作用下的疲劳损伤和屋面渗漏的问题。
[0023]2.每个杆件的周围分布多个连接件，并通过连接件连接芯柱，且杆件包括碳钢杆件和铝合金杆件，相比于传统铝合金盘式节点中的杆件的上下翼缘与盖板连接方式，本专利技术的盘式节点的平面外刚度和承载力更大，可以适应更大跨度和重载的结构。
[0024]3.由于杆件分布在芯柱周围，而杆件包括碳钢杆件和铝合金杆件，而钢材的弹性模量是铝合金的3倍，通过将盘式节点的杆件配置为碳钢杆件和铝合金杆件的混合连接节点，可有效降低铝合金结构的变形从而增大结构跨度。
[0025]4.通过将紧固件设置为环槽铆钉，相比于传统螺栓，具有安装效率高、防松动、疲劳寿命优异的特点，连接便捷可靠，使得施工效率更高，节约工时和建造成本。
[0026]5.通过将芯柱设置为中空管结构，并在其内侧设置封口板，相比于传统的上下盖板结构，封口板不仅缩小了尺寸，降低材料成本，而且位于芯柱内侧的封口板起到内支撑作用，提高芯柱的刚度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术自适应温差变形的盘式节点的立体结构示意图。
[0028]图2为图1的局部放大结构示意图。
[0029]图3为图1的俯视结构示意图。
[0030]图4为本专利技术盘式节点的腹板连接件的立体结构示意图。
[0031]图5为本专利技术盘式节点的翼缘连接件的立体结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应温差变形的盘式节点，用于连接多个杆件，其特征在于，包括芯柱和多个连接件；多个杆件分布于所述芯柱的周围，每个所述杆件的周围分布有多个连接件，所述连接件具有第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定连接所述芯柱，所述第二连接段固定连接所述杆件，所述连接件的第一连接段和第二连接段之间还设置有预起拱弯曲的弧形段。2.根据权利要求1所述的自适应温差变形的盘式节点，其特征在于，所述弧形段的拱起方向垂直于所述杆件的长度方向。3.根据权利要求1所述的自适应温差变形的盘式节点，其特征在于，所述杆件具有腹板和翼缘；所述连接件包括腹板连接件和翼缘连接件；所述腹板连接件固定连接所述芯柱和所述杆件的腹板；所述翼缘连接件固定连接所述芯柱和所述杆件的翼缘；所述腹板连接件和所述翼缘连接件分别设置有所述弧形段。4.根据权利要求3所述的自适应温差变形的盘式节点，其特征在于，所述腹板连接件的弧形段的拱起方向为背对所述腹板的方向，所述翼缘连接件的弧形段的拱起方向为背对所述翼缘的方向；每两个腹板连接件成一组，对称设置在所述腹板的两侧，且该组的两个腹板连接件的弧形段的拱起方向相背对设置。5.根据权利要求1所述的自适应温差变形的盘式节点，其特征在于，所述连接件包括相垂直的第一连接板和第二连接板，所述第一连接段设置在所述第一连接板上，所述第二连接段设置在所述第二连接板上，所述第二连接板的位于所述第二连接段靠近第一连接板的一端起拱弯曲形成有所述弧形段。6.根据权利要求1所述的自适应温差变形的盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，董华，刘海，汪星新，尹占宾，张宝燕，王宝，王静峰，王静怡，李贝贝，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：