一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点及其装配方法与流程

本发明涉及一种装配式盖板连接螺栓球节点，尤其涉及一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点及其装配方法，属于钢结构领域。

背景技术：

现有的技术中端板连接节点装配效率相对较低，制造成本相对较大，同时现场装配精度得不到保障，无法使工程质量得到提升。

中国专利201310215118.1，公开一种装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，包括预制混凝土柱、钢构套、钢梁、端板和高强螺栓，钢梁包括预埋钢梁和中间段钢梁；钢构套包括一对由若干块钢板组成的田字型格栅、竖向角钢及扁钢，田字型格栅分别焊接在预埋钢梁的上下翼缘，使钢梁和钢构套成为一个整体。此结构不适于适配性不强。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构简单，连接方便，安装精度高的一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点及其装配方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点，包括左连接体和右连接体，所述的左连接体与右连接体呈端端拼接；

所述的左连接体与右连接体分别由半球体、前圆板、后圆板、锥形十字板和弦杆，所述的锥形十字板的头部通过前圆板与半球体的外端相固定，所述的锥形十字板的尾部通过后圆板与弦杆相固定；

二个半球体的内端面相互贴合呈拼接装；

所述的半球体上设有至少二组呈不同方向延伸的腹杆组件；

所述的腹杆组件包括腹杆，所述的腹杆的头部设有锥头，所述的锥头与半球体相固定。

二个半球体的上部设有上盖板，二个半球体的底部设有下盖板，所述的上盖板与二个半球体间、下盖板与二个半球体间分别通过高强螺栓固定，所述的锥形十字板的两端分别设有弧形板。

所述的半球体的上部、半球体的底部、半球体的外壁分别设有侧平面，所述的前圆板与半球体外壁的侧平面相贴合，所述的上盖板与半球体上部的侧平面相贴合，所述的下盖板与半球体底部的侧平面相贴合；

所述的锥头中设有与半球体相固定的腹杆高强螺栓，所述的锥头与半球体通过套筒相间隔分布，所述的套筒套在腹杆高强螺栓外，所述的腹杆高强螺栓与套筒通过紧固螺钉相调节定位；

所述的前圆板与半球体间通过若干弦杆高强螺栓相固定。

所述的弦杆、腹杆的中心轴线交汇于半球体的球心。

所述的前圆板上的螺栓孔连接和锥形十字板的夹角为45度。

一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点的装配方法，按以下步骤进行：

(1)、半球体及配件分析:

半球体为实心球体；其顶面与底面相互平行，根据六杆四面体模块单元的受力情况，在顶面和底面开设若干与高强螺栓相应的螺栓孔；根据弦杆和节点垂直角的大小，即弦杆的空间位置切割出半球体与弦杆相对应侧平面，并在所形成的侧平面上开设与弦杆高强螺栓对应的螺栓孔；节点垂直角的大小通过节点在空间中的三维坐标计算出来；

根据腹杆的空间位置切割出半球体与腹杆相对应侧平面，并在所形成的侧平面上开设与腹杆高强螺栓对应的螺栓孔；

(2)、弦杆及配件分析:

在前圆板上开设与所述半球体侧平面上的高强螺栓进口相应的螺栓孔；前圆板和后圆板分别焊接于锥形十字板两端，锥形十字板的板件与前圆板上的螺栓孔连线夹角为45度；将弧形板对称焊接于锥形十字板两侧，并和前圆板和后圆板进行焊接连接；弦杆为圆管；

弦杆与切平面的夹角α根据六杆四面体模块单元的空间位置确定；

(3)、腹杆组件分析：

在锥头上开设与所述半球体侧平面上的腹杆高强螺栓进口相应的螺栓孔；腹杆高强螺栓的长度为半球体上螺栓孔长度、套筒长度以及锥头上螺栓孔长度之和，保证腹杆高强螺栓在穿过锥头上的螺栓孔、套上套筒之后，还能够插入半球体侧平面上的螺栓孔；在腹杆高强螺栓上开设腰形孔以方便紧固螺钉将腹杆高强螺栓和套筒连接成整体；紧固螺钉与高强螺栓采用相同材质；腹杆为圆管；

套筒剖面形状为正六边形，其实质是一个螺母，在其一边上开设有紧固螺钉孔，允许紧固螺钉穿过；套筒内的螺纹与腹杆高强螺栓上的螺纹相配合，可以套设在腹杆高强螺栓上。

(4)、装配操作：

1、将所述弧形侧板对称焊接于锥形十字板两侧，将所述的前圆板和后圆板焊接于所述锥形十字板两端和弧形侧板，形成弦杆转接装置；

2、将所述弦杆与所述弦杆转接装置焊接成整体，将所述弦杆高强螺栓穿过所述前圆板，并拧动旋入所述半球体上的相对应位置的螺栓孔，直止拧紧，完成弦杆装配；

3、将所述腹杆高强螺栓穿过所述锥头和所述套筒；

4、将所述紧固螺钉穿过所述套筒上的紧固螺钉孔，穿入所述腹杆高强螺栓上的腰形孔，将所述腹杆高强螺栓、套筒和锥头连接成整体，形成腹杆转接装置；

5、将所述腹杆转接装置与所述腹杆焊接成整体；

6、将所述腹杆高强螺栓插入半球体上相对应位置的螺栓孔中，拧动所述套筒，带动腹杆高强螺栓旋入所述半球体上的螺栓孔，直至所述套筒，与所述半球体完全顶紧，完成腹杆装配；

7、将所述左连接体和右连接体中两个半球体端面紧密贴合，将所述高强调螺栓分别穿过上盖板和下盖板，插入半球体上相应位置处预设螺栓孔，旋入拧紧所有高强螺栓，装配完成。

六杆四面体模块单元组成的可装配式网壳结构体系，除了拥有传统网壳结构良好的适应能力和优越的技术经济指标外，还具有标准化设计、工厂化生产和装配化施工的优势，契合我国当前新型建筑工业化的发展趋势。该体系以平面投影为四边形的六杆四面体模块单元为基本组成部分，实现了网壳结构从传统的杆件拼装到模数化模块单元装配的跨越。

六杆四面体模块单元在构造上是由一根上弦、一根下弦、四根腹杆及四个节点组成，每个节点处交汇有一根弦杆(上弦杆或下弦杆)和二根腹杆，其平面投影为四边形，构型简单且规律性强，可以在工厂预制加工批量生产，规格少，且可叠合堆放运输。由于模块单元的制备工作可以通过工厂化完成，在施工现场只需通过螺栓将模块单元按一定的构型规则进行组集装配，便可形成不同形式的网壳结构。然而，实现这种生产、建造方式的关键在于如何快速地实现六杆四面体模块单元各节点之间的空间连接，因此节点的构造直接关系到该新型装配式网壳结构体系的推广与应用。

其有益效果为：

a.本发明节点形式简洁、连接方便、安装精度高，降低了焊接工作量。

b.本发明节点传力路线明确，受力形式合理。

c.本发明通过机械连接实现六杆四面体模块单元之间的连接，同时利用高强螺栓的抗剪、抗拉性能保证六杆四面体模块单元连接的可靠性。

d.本发明结构中只有少量的焊接作业，且所有焊接作业均在工厂完成，现场作业全部为装配施工，大大减少了施工现场劳动力，提高建筑质量和建造效率。

因此，本发明的一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点及其装配方法，结构紧凑，使用性能出色，适配性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明的仰视结构示意图；

图4是本发明中连接体的爆炸结构示意图；

图5是图4中半球体的结构示意图；

图6是本发明中弦杆部分的爆炸结构示意图；

图7是本发明中腹杆组件的结构示意图；

图8是本发明中连接体的装配结构示意图；

图9是本发明的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点，包括左连接体1和右连接体2，所述的左连接体1与右连接体2呈端端拼接；

所述的左连接体1与右连接体2分别由半球体3、前圆板9、后圆板10、锥形十字板12和弦杆4，所述的锥形十字板12的头部通过前圆板9与半球体3的外端相固定，所述的锥形十字板12的尾部通过后圆板10与弦杆4相固定；

二个半球体3的内端面相互贴合呈拼接装；

所述的半球体3上设有至少二组呈不同方向延伸的腹杆组件；

所述的腹杆组件包括腹杆5，所述的腹杆5的头部设有锥头14，所述的锥头14与半球体3相固定。

二个半球体3的上部设有上盖板6，二个半球体3的底部设有下盖板7，所述的上盖板7与二个半球体3间、下盖板7与二个半球体3间分别通过高强螺栓8固定，所述的锥形十字板12的两端分别设有弧形板11。

所述的半球体3的上部、半球体3的底部、半球体3的外壁分别设有侧平面，所述的前圆板9与半球体1外壁的侧平面相贴合，所述的上盖板6与半球体3上部的侧平面相贴合，所述的下盖板7与半球体3底部的侧平面相贴合；

所述的锥头14中设有与半球体3相固定的腹杆高强螺栓17，所述的锥头14与半球体3通过套筒15相间隔分布，所述的套筒15套在腹杆高强螺栓17外，所述的腹杆高强螺栓17与套筒15通过紧固螺钉16相调节定位；

所述的前圆板9与半球体3间通过若干弦杆高强螺栓13相固定。

所述的弦杆4、腹杆5的中心轴线交汇于半球体3的球心。

所述的前圆板9上的螺栓孔连接和锥形十字板12的夹角为45度。

一种六杆四面体模块单元装配式盖板连接螺栓球节点的装配方法，按以下步骤进行：

(1)、半球体及配件分析:

半球体为实心球体；其顶面与底面相互平行，根据六杆四面体模块单元的受力情况，在顶面和底面开设若干与高强螺栓相应的螺栓孔；根据弦杆和节点垂直角的大小，即弦杆的空间位置切割出半球体与弦杆相对应侧平面，并在所形成的侧平面上开设与弦杆高强螺栓对应的螺栓孔；节点垂直角的大小通过节点在空间中的三维坐标计算出来；

根据腹杆的空间位置切割出半球体与腹杆相对应侧平面，并在所形成的侧平面上开设与腹杆高强螺栓对应的螺栓孔；

(5)、弦杆及配件分析:

在前圆板上开设与所述半球体侧平面上的高强螺栓进口相应的螺栓孔；前圆板和后圆板分别焊接于锥形十字板两端，锥形十字板的板件与前圆板上的螺栓孔连线夹角为45度；将弧形板对称焊接于锥形十字板两侧，并和前圆板和后圆板进行焊接连接；弦杆为圆管；

弦杆与切平面的夹角α根据六杆四面体模块单元的空间位置确定；

(6)、腹杆组件分析：

在锥头上开设与所述半球体侧平面上的腹杆高强螺栓进口相应的螺栓孔；腹杆高强螺栓的长度为半球体上螺栓孔长度、套筒长度以及锥头上螺栓孔长度之和，保证腹杆高强螺栓在穿过锥头上的螺栓孔、套上套筒之后，还能够插入半球体侧平面上的螺栓孔；在腹杆高强螺栓上开设腰形孔以方便紧固螺钉将腹杆高强螺栓和套筒连接成整体；紧固螺钉与高强螺栓采用相同材质；腹杆为圆管；

套筒剖面形状为正六边形，其实质是一个螺母，在其一边上开设有紧固螺钉孔，允许紧固螺钉穿过；套筒内的螺纹与腹杆高强螺栓上的螺纹相配合，可以套设在腹杆高强螺栓上。

(7)、装配操作：

1、将所述弧形侧板对称焊接于锥形十字板两侧，将所述的前圆板和后圆板焊接于所述锥形十字板两端和弧形侧板，形成弦杆转接装置；

2、将所述弦杆与所述弦杆转接装置焊接成整体，将所述弦杆高强螺栓穿过所述前圆板，并拧动旋入所述半球体上的相对应位置的螺栓孔，直止拧紧，完成弦杆装配；

3、将所述腹杆高强螺栓穿过所述锥头和所述套筒；

4、将所述紧固螺钉穿过所述套筒上的紧固螺钉孔，穿入所述腹杆高强螺栓上的腰形孔，将所述腹杆高强螺栓、套筒和锥头连接成整体，形成腹杆转接装置；

5、将所述腹杆转接装置与所述腹杆焊接成整体；

6、将所述腹杆高强螺栓插入半球体上相对应位置的螺栓孔中，拧动所述套筒，带动腹杆高强螺栓旋入所述半球体上的螺栓孔，直至所述套筒，与所述半球体完全顶紧，完成腹杆装配；

7、将所述左连接体和右连接体中两个半球体端面紧密贴合，将所述高强调螺栓分别穿过上盖板和下盖板，插入半球体上相应位置处预设螺栓孔，旋入拧紧所有高强螺栓，装配完成。