本发明涉及建筑工程中的节点结构，具体涉及一种适用于铝合金空间网格结构的螺栓环节点。
背景技术：
目前，应用于空间网格结构的节点形式可分为焊接节点和装配式节点两种。焊接节点如焊接空心球节点和相贯节点等，具有传力明确、力学性能优良等特点，但焊缝处可能存在较大的焊接残余应力，且人工成本较高、施工工艺复杂。装配式节点如螺栓球节点、板式节点、嵌入式毂节点具有施工方便等优点，但往往节点构造较为复杂且存在平面外刚度不足等问题。
由于铝合金结构和钢结构在材料特性方面存在较大差异，热加工性能较差、焊接质量难以控制、焊接热影响较大、焊接成本高。因此，目前铝合金结构通常不采用焊接节点，仅采用板式节点、铝合金螺栓球节点、嵌入式毂节点和铸铝节点等装配式节点。在上述节点体系中，板式节点只适用于h型截面构件连接，无法应用于其他形式截面，且因受国外专利制约造价较高，同时节点域腹板间断，仅依靠上下盖板传递内力，其安全性能有待进一步验证；铝合金螺栓球节点主要针对圆形截面杆件的连接，但其刚度特性接近铰接，不宜用于单层网壳；铸铝节点用于连接矩形截面杆件,具有良好的平面外刚度，但是铸铝延性差、造价高，制约了其工程应用；嵌入式节点则存在平面内刚度较弱等问题。
因此，目前仍需发展拥有良好的传力机制和可靠性、加工制作方便、造价低、便于大规模生产加工的铝合金空间结构装配式节点。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于铝合金空间网格结构的螺栓环节点。该节点具有构造简单、传力明确等优点，节点刚度和承载力可以得到有效保证，有利于实现各类空间网格结构的装配化施工，有效节省工期、降低施工难度，可有效促进铝合金空间网格结构的推广应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于铝合金空间网格结构的螺栓环节点，包括中心环柱体、连接件和角码，所述中心环柱体的内壁设有弧形垫片，中心环柱体的外壁切削设置有连接面，所述连接面和弧形垫片上设有连接孔，所述弧形垫片通过螺栓穿过所述连接孔与所述连接件相连，所述连接件为c形或h形，所述角码设置于连接件的内侧，用于将中心环柱体和连接件进行螺栓连接，连接件通过虎克螺栓连接所需装配的杆件。
进一步的，每个中心环柱体上设有至少4个连接面，每个连接面上设有至少四个连接孔。
进一步的，所述中心环柱体的参数设置根据弹塑性设计方法计算得到。
进一步的，所述螺栓的螺纹规格取m10-m36。
进一步的，所述虎克螺栓为不锈钢材质，其直径至少为3mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.具有较好的承载性能，轴向刚度和平面外抗弯刚度可满足各类铝合金空间结构的设计要求。
2.可实现和不同高度矩形截面杆件的可靠连接。
3.节点自重轻、加工制作成本低、施工工艺简单，有助于实现未来铝合金网壳的装配化生产。
附图说明
图1是本发明的连接状态结构示意图。
图2是本发明具体实施例的结构示意图。
附图标记：1-中心环柱体，2-弧形垫片，3-连接件，4-角码，5-虎克螺栓，6-螺栓
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1和图2所示，一种适用于铝合金空间网格结构的螺栓环节点，包括中心环柱体1、连接件3和角码4，中心环柱体1的内壁设有弧形垫片2，中心环柱体1的外壁切削设置有连接面，连接面和弧形垫片2上设有连接孔，弧形垫片2通过螺栓6穿过连接孔与连接件3相连，连接件3为c形或h形，角码4设置于连接件3的内侧，连接件3通过虎克螺栓5连接所需装配的矩形杆件。
优选的，每个中心环柱体上设有至少4个连接面，每个连接面上设有至少四个连接孔。
具体的，螺栓环节点在空间网格结构中可传递杆件轴力、弯矩以及剪力。在进行节点设计时，应首先根据空间结构跨度和高度确定矩形截面杆件的截面大小和相邻杆件交角，之后可进一步确定中心环柱体的高度和外径，环柱体外径应保证相邻连接件在环柱体外侧不相碰并应满足连接件接触面的要求。
铝合金空间结构杆件设计应力比通常小于0.4，节点的实际受力远小于弹性承载力，因此可考虑采用弹塑性设计方法。环柱体弹塑性承载力约为弹性承载力的1.4～2.4倍，而极限承载力约为弹塑性承载力的1.4～1.7倍。采用弹塑性承载力设计方法，可以充分利用环柱体的弹塑性变形能力。
环柱体的轴向承载力可按下式进行计算：
式中，h为环柱体高度；th为环柱体的厚度；dh为环柱体外接圆直径；f为材料抗拉强度设计值。
环柱体的平面外抗弯承载力可按下式进行计算：
式中，s为螺栓间距。
根据“强节点、弱构件”原则，应满足环柱体承载力设计值大于杆件承载力设计值，根据式(1)和式(2)可确定中心环柱体厚度。当按照上式设计得到的环柱体厚度过大时，可考虑在环柱体内部设置环向或径向加劲肋。在等强度条件下，设置加劲肋可有效减小环柱体厚度，从而减轻节点自重、降低造价。当节点受压时，加劲肋板件最大宽厚比应满足《钢结构设计规范》、《铝合金结构设计规范》受压板件宽厚比限值的相关规定。
c形或h形铝合金连接件按照与杆件等强度原则进行设计。节点受压时，c形或h形铝合金连接件应满足《铝合金结构设计规范》受压板件宽厚比限值的相关规定。
应对不锈钢角码进行抗拉强度及抗弯强度验算。
应按照《铝合金结构设计规范》、《gb3098.19-2004-t紧固件机械性能抽芯铆钉》的相关规定，对不锈钢螺栓、虎克螺栓的连接强度进行验算。
具体实施时还应按照以下标准完成相应设置：
1、中心环柱体由厚壁管材机械加工制作，外边缘需根据c形或h形连接件的宽度以及杆件在竖直平面内的倾角进行切削，以实现和连接件紧密、可靠的连接。
2、c形连接件可由板材冷弯加工制作，端部切削为槽形，便于不锈钢螺栓的连接。当采用c形连接件时，待装配矩形杆件四周均可布置虎克螺栓；当采用h形连接件时，仅可在待装配矩形杆件的上下翼缘布置虎克螺栓。当中心环柱体外径较小而连接杆件数量较多时，可将c形或h形连接件端部切削为锥形，端面最小宽度应大于腹板厚度与角码宽度之和的2倍。
3、不锈钢角码的形式与尺寸应符合现行国家标准《不锈钢冷轧钢板和钢带》gb/t3280的要求，且应预先进行机加工打孔。
4、不锈钢螺栓的形式与尺寸应符合现行国家标准《紧固件机械性能不锈钢紧定螺钉》gb/t3098.19的要求，同时还应满足《铝合金结构设计规范》中规定的最大、最小容许距离的构造要求。不锈钢螺栓螺纹规格宜取m10～m36。
5、虎克螺栓应采用不锈钢材料，其直径不宜小于3mm，栓杆长度应根据连接板件的厚度确定。
6、螺栓环节点的设计、加工制作、安装验收等均应满足现行国家标准《铝合金结构设计规范》gb50429的规定。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。