[發明專利]一種網格結構新型裝配式鑄鋼節點

在審

• 申請號: 202010828881.1
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112302159A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 朱南海;劉金磊
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: E04B1/19
• 分類號: E04B1/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種新型裝配式鑄鋼節點，屬于空間網格結構節點創新領域。新型裝配式鑄鋼球節點內部為空腔，外接分管與鋼球連接為一個整體，分管與鋼球之間的連接通過倒圓角使得結構光滑，分管沿鋼球的周向分布，上半球四根鋼管斜向外伸，中半球四根鋼管沿軸向向外伸，且鋼管與鋼球之間的連接部分中間為空心，球內部斜向桿件由拓撲優化得到，與外部球殼為一個整體。鋼球表面具有以分管數量、分管位置、分管直徑為參數的經拓撲優化計算得出的與所承載鋼桿受力相匹配的曲面形狀。對球節點進行拓撲優化分析，使裝配式鑄鋼球節點在滿足各項力學性能的同時極大減輕了自重。

技術領域

本發明屬于空間網格結構節點創新領域，具體涉及到一種網格結構新型裝配式鑄鋼節點，其主要應用在機場航站樓、高鐵站、大型體育館等網格、網架樓蓋的結構中。

背景技術

當前，網格結構因其受力較為合理、自重較輕、造價較低而廣泛應用于機場航站樓、高鐵站、世博館、大型體育場等。節點作為連接網格結構桿件的構件，其重量往往能占到結構總用鋼量的20%-50%。因此，合理的節點往往能大大降低建筑的造價和提高安全性。

網格結構常用有焊接球節點、螺栓球節點和鑄鋼球節點，隨著人們對建筑要求的不斷提高，裝配式結構以其設計多樣化、施工進度快、節能、環保等優點得到普遍應用。鑄鋼球節點相較于焊接球節點，其殘余應力較小，施工方便，大大減少了高空作業的工作量，使建筑成本降低，整體工程質量提高，同時，高空作業對施工人員帶來的危害也大大的降低了。因此，裝配式建筑中最常使用的是鑄鋼球節點。傳統的鑄鋼球節點一般由工廠預制完成，再運輸至施工現場進行現場焊接，施工進度緩慢，其球節點一般為空心球，常規的鑄鋼空心球節點的缺陷是不能完全反應結構的傳力路徑，使得很多材料未能完全受力，這就導致了節點在結構中占有大量的比重。

因此，制造一種新型的鑄鋼球節點是很有必要的，也是現階段工程上急需的。實現新型鑄鋼節點的制造的關鍵技術有三點，一是需要滿足輕量化的設計目標，這也是設計的重點；二是造型優美，新型節點一般應用于標志性建筑，其不僅僅只是為了減少造價，更需要讓人感受優美；三是如何制造新型節點，傳統機床很難滿足制造要求，需要新的辦法解決其制造問題。

發明內容

本發明相比于原有的鑄鋼球節點，是一種新的節點形式，對實心球節點通過拓撲優化研究，在滿足各項力學性能的基礎上，設計出一種新的節點，在滿足輕量化的目標上降低工程造價。

本發明創造采用如下技術方案：一種新型鑄鋼節點，其球節點的特征為，鋼球與外伸9根分管相連，分管均為空心管，分管與所訴鋼球連接部分貫通，具有高度一體性。

所述分管為8根次管，1根主管，下半球區域外伸1根主管，球中心區域外伸4根次管，上半球區域斜向外伸4根次管，且次管半徑小于主管半徑。

所述分管外端部預留螺栓孔

鋼球內部為空心結構，曲線光滑，其形式滿足拓撲優化計算得到的合理的形態。

所述鋼球內部有4根斜向支撐，均為實心，支撐與內球壁一體，支撐從跨中內球面沿斜向到上方四根次管中心區域，該支撐滿足力傳遞時的路徑。

所述鋼球不是正圓結構，其具有明顯的曲線化。

根據所述模型的特殊性，提供一種模型制作方法

（1）根據鋼球直徑、分管直徑，預留螺栓孔直徑為參數，利用拓撲優化方法設計出新型鑄鋼球節點的三維結構；

（2）根據拓撲優化的結果設計出新型鑄鋼球節點的三維模型，根據三維模型分別鑄造出泡沫三維模型和砂模三維模型；

（3）根據泡沫三維模型做出實心泡沫模型；

（4）根據砂模三維模型進行木模造芯；

（5）將沒有空腔的泡沫模樣涂刷厚度大于2 mm的醇基涂料，填入一定配比的有機酯水玻璃砂開始造型；