[發(fā)明專利]索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼的節(jié)點及安裝施工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410144980.2
• 申請日: 2014-04-13
• 公開（公告）號: CN103898992B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊大彬;雷淑忠;杜剛;任曉芳;劉春陽;魏曄;閆凱;李鵬;種傳超
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: E04B1/58
• 分類號: E04B1/58;E04B1/32;E04G21/14
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼的節(jié)點及該網(wǎng)殼的安裝施工方法，屬于建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為大跨空間結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式之一，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力合理，建筑造型優(yōu)美，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。組成單層網(wǎng)殼的基本單元為多邊形網(wǎng)格，主要有三角形、四邊形、五邊形、六邊形等網(wǎng)格形式。相比于其他多邊形網(wǎng)格劃分形式，三角形網(wǎng)格的穩(wěn)定性和剛度等力學(xué)性能最為優(yōu)越，因此大多數(shù)單層網(wǎng)殼均采用三角形網(wǎng)格形式。相比于三角形網(wǎng)格，其他多邊形網(wǎng)格的穩(wěn)定性以及面內(nèi)剛度較差，因此其他多邊形網(wǎng)格的單層網(wǎng)殼工程應(yīng)用也相對較少。目前已建成一些四邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼，但還未有大型的五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼工程實例。然而從建筑效果來看，五、六邊形網(wǎng)格網(wǎng)殼的桿件分布相對較為稀疏，尤其是在配合膜材、玻璃等較透明覆蓋材料時可以獲得簡潔、通透的視覺效果。

為了提高五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時保持其簡潔、通透的視覺效果，本專利申請者提出了索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系，該類單層網(wǎng)殼非邊緣桿件網(wǎng)格由五、六邊形組成，其每個六邊形網(wǎng)格內(nèi)部設(shè)置拉索，并給出了其幾種可能的布索方案。選取最為典型的布索方式建立了一個索支撐單層球面網(wǎng)殼數(shù)值模型（附圖1），對其進行了力學(xué)性能分析，結(jié)果表明，其各項主要力學(xué)性能均大大優(yōu)于相應(yīng)的五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，而纖細的高強拉索對其建筑效果影響不大。由此可見，索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

如前所述，本發(fā)明人已經(jīng)提出了索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系，并給出了其幾種可能的布索方案，針對其最為典型的布索方案—對角布索形式，本發(fā)明的目的為提出其一種受力合理、構(gòu)造簡單、加工方便的節(jié)點形式以及基于該節(jié)點的網(wǎng)殼安裝施工方法，為該類型索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明專利提出的節(jié)點構(gòu)造：該節(jié)點包括底板、蓋板、中部圓管和內(nèi)部三叉形加勁肋，底板形狀為圓形，在工廠中與中部圓管通過全熔透對接焊縫相焊接，內(nèi)部三叉形加勁肋作為節(jié)點加強部件，僅在需要時采用，在工廠中與中部圓管和底板通過全熔透對接焊縫或角焊縫焊接，三叉形加勁肋的上部比中部圓管頂部低，其高差為蓋板的厚度。蓋板由直徑等于中部圓管內(nèi)徑的圓形板切割而成，切割后蓋到節(jié)點上，與中部圓管通過全熔透對接焊縫焊接，其切割部位和大小應(yīng)能保證其與中部圓管焊接后能夠通過扳手調(diào)節(jié)拉索端頭螺母，蓋板周邊開30~45度焊接坡口。在中部圓管連接拉索的相應(yīng)位置開圓孔，以使帶有螺紋的拉索端頭從外向內(nèi)穿入節(jié)點內(nèi)部，并在節(jié)點內(nèi)部通過螺母擰緊，對拉索施加預(yù)應(yīng)力，螺母可采用單螺母或雙螺母。

基于該節(jié)點構(gòu)造，該類索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼的安裝施工按以下步驟進行：

（1）、按照施工下料尺寸在工廠分別加工制作節(jié)點體（包括底板、蓋板、中部圓管、內(nèi)部三叉形加勁肋）、桿件和拉索（包括拉索主體、螺母、墊板）。（2）、中部圓管相應(yīng)位置開拉索圓孔。（3）、焊接底板和中部圓管，然后將內(nèi)部三叉形加勁肋定位后與底板和中部圓管焊接。（4）、將以上幾步制備好的節(jié)點體與加工好的網(wǎng)殼桿件進行施工安裝，安裝時使底板朝向上方。（5）、安裝拉索，將帶有螺紋的拉索兩端分別穿入節(jié)點體的拉索圓孔，在節(jié)點體內(nèi)部安裝墊板和螺母，緊固螺母初步對拉索施加預(yù)應(yīng)力。（6）、全部拉索安裝完成后，通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)拉索預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值。（7）、將蓋板定位后與中部圓管焊接；若屋面全部安裝完成或使用過程中發(fā)現(xiàn)拉索預(yù)應(yīng)力損失，可通過扳手穿過蓋板預(yù)留空調(diào)節(jié)螺母。

本發(fā)明的節(jié)點形式具有受力合理、構(gòu)造簡單、加工方便等優(yōu)點，基于該節(jié)點形式的該類索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼受力合理、結(jié)構(gòu)性能可靠、施工安裝方便，其中拉索連接及預(yù)應(yīng)力施加方式簡單易行，且具有安裝完畢后的可調(diào)節(jié)性，螺母可以兼起固定索和調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力的作用，索受力端沒有附加質(zhì)量，而且無需中間的花籃螺絲連接部分，保證了索的材料性能以及建筑視覺效果的單一性、連貫性，整體結(jié)構(gòu)可以達到輕巧、明快、簡潔、通透的建筑效果。

附圖說明

圖1是索支撐五、六邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼示意圖。

圖2是節(jié)點三維示意圖（實施方式一）。

圖3是節(jié)點安裝完成后的俯視圖（實施方式一）。

具體實施方式

實施方式一：