索支撑五、六边形网格单层网壳的节点及安装施工方法
【专利摘要】本发明专利公开了一种索支撑五、六边形网格单层网壳的节点及安装施工方法。该节点包括底板、盖板、中部圆管和内部三叉形加劲肋，内部三叉形加劲肋仅在需要时采用，盖板由圆形板切割而成，与中部圆管焊接。在中部圆管连接拉索的相应位置开圆孔，以使带有螺纹的拉索端头从外向内穿入节点内部，并在节点内部通过螺母拧紧，对拉索施加预应力。基于该节点构造的该类网壳的安装施工按以下步骤进行：先在工厂分别加工制作节点体的各部件、杆件和拉索，然后将节点体与加工好的网壳杆件进行施工安装，再安装拉索，紧固螺母对拉索施加预应力，最后将盖板与中部圆管焊接。本发明的节点形式具有受力合理、构造简单、加工及施工安装方便等优点。
【专利说明】索支撑五、六边形网格单层网壳的节点及安装施工方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及索支撑五、六边形网格单层网壳的节点及该网壳的安装施工方法，属于建筑钢结构领域。
【背景技术】
[0002]作为大跨空间结构的主要结构形式之一，单层网壳结构受力合理，建筑造型优美，在世界范围内得到了广泛应用。组成单层网壳的基本单元为多边形网格，主要有三角形、四边形、五边形、六边形等网格形式。相比于其他多边形网格划分形式，三角形网格的稳定性和刚度等力学性能最为优越，因此大多数单层网壳均采用三角形网格形式。相比于三角形网格，其他多边形网格的稳定性以及面内刚度较差，因此其他多边形网格的单层网壳工程应用也相对较少。目前已建成一些四边形网格单层网壳，但还未有大型的五、六边形网格单层网壳工程实例。然而从建筑效果来看，五、六边形网格网壳的杆件分布相对较为稀疏，尤其是在配合膜材、玻璃等较透明覆盖材料时可以获得简洁、通透的视觉效果。
[0003]为了提高五、六边形网格单层网壳结构的力学性能，同时保持其简洁、通透的视觉效果，本专利申请者提出了索支撑五、六边形网格单层网壳结构体系，该类单层网壳非边缘杆件网格由五、六边形组 成，其每个六边形网格内部设置拉索，并给出了其几种可能的布索方案。选取最为典型的布索方式建立了一个索支撑单层球面网壳数值模型(附图1)，对其进行了力学性能分析，结果表明，其各项主要力学性能均大大优于相应的五、六边形网格单层网壳结构，而纤细的高强拉索对其建筑效果影响不大。由此可见，索支撑五、六边形网格单层网壳结构具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0004]如前所述，本发明人已经提出了索支撑五、六边形网格单层网壳结构体系，并给出了其几种可能的布索方案，针对其最为典型的布索方案一对角布索形式，本发明的目的为提出其一种受力合理、构造简单、加工方便的节点形式以及基于该节点的网壳安装施工方法，为该类型索支撑五、六边形网格单层网壳结构的实际应用奠定基础。
[0005]本发明专利提出的节点构造:该节点包括底板、盖板、中部圆管和内部三叉形加劲肋，底板形状为圆形，在工厂中与中部圆管通过全熔透对接焊缝相焊接，内部三叉形加劲肋作为节点加强部件，仅在需要时采用，在工厂中与中部圆管和底板通过全熔透对接焊缝或角焊缝焊接，三叉形加劲肋的上部比中部圆管顶部低，其高差为盖板的厚度。盖板由直径等于中部圆管内径的圆形板切割而成，切割后盖到节点上，与中部圆管通过全熔透对接焊缝焊接，其切割部位和大小应能保证其与中部圆管焊接后能够通过扳手调节拉索端头螺母，盖板周边开30-45度焊接坡口。在中部圆管连接拉索的相应位置开圆孔，以使带有螺纹的拉索端头从外向内穿入节点内部，并在节点内部通过螺母拧紧，对拉索施加预应力，螺母可采用单螺母或双螺母。
[0006]基于该节点构造，该类索支撑五、六边形网格单层网壳的安装施工按以下步骤进行:
(I)、按照施工下料尺寸在工厂分别加工制作节点体(包括底板、盖板、中部圆管、内部三叉形加劲肋)、杆件和拉索(包括拉索主体、螺母、垫板)。(2)、中部圆管相应位置开拉索圆孔。(3)、焊接底板和中部圆管，然后将内部三叉形加劲肋定位后与底板和中部圆管焊接。
(4)、将以上几步制备好的节点体与加工好的网壳杆件进行施工安装，安装时使底板朝向上方。(5)、安装拉索，将带有螺纹的拉索两端分别穿入节点体的拉索圆孔，在节点体内部安装垫板和螺母，紧固螺母初步对拉索施加预应力。(6)、全部拉索安装完成后，通过旋转螺母调节拉索预应力至设计值。(7)、将盖板定位后与中部圆管焊接；若屋面全部安装完成或使用过程中发现拉索预应力损失，可通过扳手穿过盖板预留空调节螺母。
[0007]本发明的节点形式具有受力合理、构造简单、加工方便等优点，基于该节点形式的该类索支撑五、六边形网格单层网壳受力合理、结构性能可靠、施工安装方便，其中拉索连接及预应力施加方式简单易行，且具有安装完毕后的可调节性，螺母可以兼起固定索和调节预应力的作用，索受力端没有附加质量，而且无需中间的花篮螺丝连接部分，保证了索的材料性能以及建筑视觉效果的单一性、连贯性，整体结构可以达到轻巧、明快、简洁、通透的建筑效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是索支撑五、六边形网格单层网壳示意图。
[0009]图2是节点三维示意图(实施方式一)。
[0010]图3是节点安装完成后的俯视图(实施方式一)。
【具体实施方式】
[0011]实施方式一:
图1为某索支撑五、六边形网格单层网壳示意图，图中典型节点A的构造如图2和图3所示，该节点包括底板1、盖板6、中部圆管2、内部三叉形加劲肋3，底板I形状为圆形，在工厂中与中部圆管2通过全熔透对接焊缝相焊接，内部三叉形加劲肋3作为节点加强部件，仅在需要时采用，在工厂中与中部圆管2和底板I通过全熔透对接焊缝或角焊缝焊接，三叉形加劲肋3的上部比中部圆管2顶部低，其高差为盖板6的厚度。盖板6由直径等于中部圆管2内径的圆形板切割而成，切割后盖到节点上，与中部圆管2通过全熔透对接焊缝焊接，其切割部位和大小应能保证其与中部圆管2焊接后能够通过扳手调节拉索端头螺母(附图2)，盖板周边开30-45度焊接坡口。在中部圆管2连接拉索的相应位置开圆孔4，以使带有螺纹的拉索7端头从外向内穿入节点内部，并在节点内部通过螺母拧紧，对拉索施加预应力，螺母可采用单螺母或双螺母。
[0012]本实施方式中，基于该节点构造，该类索支撑五、六边形网格单层网壳的安装施工按以下步骤进行:(1)、按 照施工下料尺寸在工厂分别加工制作节点体(包括底板1、盖板6、中部圆管2、内部三叉形加劲肋3)、杆件5和拉索7 (包括拉索主体、螺母、垫板)。(2)、中部圆管2相应位置开拉索圆孔4。(3)、焊接底板I和中部圆管2，然后将内部三叉形加劲肋3定位后与底板I和中部圆管2焊接。(4)、将以上几步制备好的节点体与加工好的网壳杆件5进行施工安装，安装时使底板I朝向上方。(5)、安装拉索7，将带有螺纹的拉索7两端分别穿入节点体的拉索圆孔4，在节点体内部安装垫板和螺母，紧固螺母初步对拉索7施加预应力。(6)、全部拉索7安装完成后，通过旋转螺母调节拉索7预应力至设计值。(7)、将盖板6定位后与中部圆管2焊接；若屋面全部安装完成或使用过程中发现拉索7预应力损失，可通过扳手穿过盖板6预留空调节螺母。
【权利要求】
1.一种索支撑五、六边形网格单层网壳的节点，其特征在于包括底板(I)、盖板(6)、中部圆管(2)和内部三叉形加劲肋(3)，底板(I)形状为圆形，在工厂中与中部圆管(2)通过全熔透对接焊缝相焊接，内部三叉形加劲肋(3)作为节点加强部件，仅在需要时采用，在工厂中与中部圆管(2)和底板(I)通过全熔透对接焊缝或角焊缝焊接，三叉形加劲肋(3)的上部比中部圆管(2)顶部低，其高差为盖板(6)的厚度；盖板(6)由直径等于中部圆管(2)内径的圆形板切割而成，切割后盖到节点上，与中部圆管(2)通过全熔透对接焊缝焊接，其切割部位和大小应能保证其与中部圆管(2)焊接后能够通过扳手调节拉索端头螺母，盖板周边开30-45度焊接坡口 ；在中部圆管(2)连接拉索的相应位置开圆孔(4)，以使带有螺纹的拉索(7)端头从外向内穿入节点内部，并在节点内部通过螺母拧紧，对拉索施加预应力，螺母可采用单螺母或双螺母。
2.根据权利要求1所述的一种索支撑五、六边形网格单层网壳的节点，其特征在于:所述的拉索(7)索体为钢丝索、钢绞线或钢棒。
3.根据权利要求1所述的一种索支撑五、六边形网格单层网壳的节点，其特征在于该类网壳的安装施工按以下步骤进行: (1)、按照施工下料尺寸在工厂分别加工制作节点体(包括底板(I)、中部圆管(2)、盖板(6)和内部三叉形加劲肋(3))、杆件(5)和拉索(7)(包括拉索主体、螺母、垫板)； (2)、中部圆管(2)相应位置开拉索圆孔(4)； (3)、焊接底板(I)和中部圆管(2)，然后将内部三叉形加劲肋(3)定位后与底板(I)和中部圆管(2)焊接； (4)、将以上几步制备好的节点体与加工好的网壳杆件(5)进行施工安装，安装时使底板(I)朝向上方； (5)、安装拉索(7)，将带有螺纹的拉索(7)两端分别穿入节点体的拉索圆孔(4)，在节点体内部安装垫板和螺母，紧固螺母初步对拉索(7)施加预应力； (6)、全部拉索(7)安装完成后，通过旋转螺母调节拉索(7)预应力至设计值； (7)、将盖板(6)定位后与中部圆管(2)焊接，若屋面全部安装完成或使用过程中发现拉索(7)预应力损失，可通过扳手穿过盖板(6)预留空调节螺母。
4.根据权利要求3所述的一种索支撑五、六边形网格单层网壳的安装施工方法，其特征在于:所述的杆件(5)为圆钢管或矩形钢管。
【文档编号】E04G21/14GK103898992SQ201410144980
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月13日 优先权日:2014年4月13日
【发明者】杨大彬, 雷淑忠, 杜刚, 任晓芳, 刘春阳, 魏晔, 闫凯, 李鹏, 种传超 申请人:山东建筑大学