一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点的制作方法

本发明涉及土木工程的空间结构技术领域，尤其涉及一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点。

背景技术：

大跨空间结构的发展是衡量一个国家经济实力与建筑业发展水平的重要标准。建国初期，受经济发展水平制约我国大跨空间结构发展较为缓慢，最近几十年，随着我国经济水平的不断提高，人们对体育馆、展览厅、影剧院、工业车间、候车厅等大型公共设施的需求不断增加，这在很大程度上推动了我国空间结构的发展。自1964年我国建成第一幢网架结构-上海师范学院球类房屋盖以来截止到今天大跨空间结构以其外观优美、使用空间大、抗震性能好、稳定性高等优点在我国实现了迅猛发展，传统空间结构节点连接形式多采用焊接，此连接方式在提供足够连接刚度的同时也存在不可避免的缺点，如施工条件受环境影响大，需大量人力、物力、财力，施工多为湿作业对环境污染影响大，施工周期长等。因此对于空间结构的发展势必需要有所创新。介于我国工业化、机械化水平不断提高，空间结构的创新要着力倡导和推行工厂化、自动化、精细化与装配化，与之对应的就是要大力推行与发展装配式空间结构。装配式空间结构具有施工速度快、定位精度高、对环境污染小等优点这符合建筑工业化发展要求。

在众多空间结构中索穹顶结构因其造型轻盈、传力明确、构造简单而深受国内外学者关注，但索穹顶结构同样存在不可避免的缺点，如当屋面荷载较大时，由于上弦脊索刚度较小容易产生松弛现象，从而导致结构稳定性降低，造成结构破坏。此外构成索穹顶结构的杆件多为柔性索，因此决定了其屋面材料多为轻质膜材。为了解决以上问题，提出一种将脊索改为脊杆的新型索穹顶结构体系。针对该新型结构体系，为了满足国家对装配式建筑行业发展要求，需要提出与之相对应的新型装配式节点，因此本发明涉及一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点来满足以上需求。

技术实现要素：

本发明为了实现脊杆环撑索穹顶结构装配化需求，同时改变脊杆受力方式，提高脊杆稳定性与结构抗震性能，提出一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点。

一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点，包括杆件(1)、外套筒(2)、开孔圆钢板(3)、预应力锚具(4)、预应力筋(5)、高强螺栓(6)、开孔角钢(7)、开孔十字形钢板(8)、圆形钢板(9)、铸钢节点(10)和十字形加劲肋(11)。

根据脊杆环撑索穹顶结构拓扑形式确定各层径向铸钢节点(10)构造形式；圆形钢板(9)的一侧焊接连接十字形加劲肋(11)，圆形钢板(9)的另一侧焊接连接开孔十字形钢板(8)。圆形钢板(9)连接十字形加劲肋(11)的一侧与铸钢节点(10)采用焊接连接，圆形钢板(9)与铸钢节点(10)具有相同的外径尺寸；十字形加劲肋(11)内切于铸钢节点(10)的内径上。

开孔圆钢板(3)的一侧同时焊接十字形加劲肋(11)与外套筒(2)，开孔圆钢板(3)的半径与外套筒(2)的半径相同，开孔圆钢板(3)的另一侧焊接四个相同尺寸开孔角钢(7)，开孔角钢(7)焊接布置形式成十字形；相邻两个开孔角钢(7)之间预留有空隙，空隙的间距与开孔十字形钢板(8)的厚度相同，且开孔角钢(7)开孔大小及位置与开孔十字形钢板(8)上的开孔大小及位置相同。

杆件(1)与焊接有十字形加劲肋(11)、外套筒(2)及开孔角钢(7)的开孔圆钢板(3)通过预应力锚具(4)施加的预应力连接。外套筒(2)的内径等于或大于杆件(1)的外径，十字形加劲肋(11)尺寸内切于杆件(1)内径上，开孔角钢(7)与开孔十字形钢板(8)通过高强螺栓(6)连接，形成新型预应力连接节点同时满足空间结构装配化施工要求。

杆件(1)的截面形式为圆形或矩形。

铸钢节点(10)的构造形式由脊杆环撑索穹顶结构拓扑关系确定，截面形式同杆件(1)截面形式相同，为圆形或矩形。

新型预应力连接节点构造措施改变传统脊杆受力方式，当脊杆受拉时预应力筋主要承受拉力作用，杆件不承受拉力作用，当脊杆受压时则主要由杆件承压，预应力筋不承受压力作用。

与现有技术相比较，本发明节点各组成构件及节点预应力施加均可在工厂内完成，达到工厂化生产目的。现场只需通过高强螺栓连接开孔角钢与开孔十字形钢板即可。本发明节点的连接形式不需要现场焊接，提高施工速度，降低施工难度，节约人力、物力、财力。此外，本发明节点可以适应不同杆件截面形式，改变脊杆受力方式，本发明节点可实现震后修复，提高结构承载力与抗震性能要求。

附图说明

图1为本发明节点某层铸钢节点与杆件连接整体结构示意图

图2为本发明节点单根杆件与铸钢节点连接结构示意图

图3为本发明节点单根杆件与铸钢节点连接正立面图

图4为本发明节点单根杆件与铸钢节点连接侧立面图

图5为本发明节点与杆件连接部分结构示意图

图6为本发明节点与铸钢节点连接部分结构示意图

图7为本发明节点装配流程示意图

具体实施方式

下面结合图2、图5、图6、图7说明本发明节点的具体实施方式，本实施方式所述的一种应用于装配式脊杆环撑索穹顶结构的新型预应力连接节点，其有杆件(1)、外套筒(2)、开孔圆钢板(3)、预应力锚具(4)、预应力筋(5)、高强螺栓(6)、开孔角钢(7)、开孔十字形钢板(8)、圆形钢板(9)、铸钢节点(10)、十字形加劲肋(11)等11部分构成。

本发明节点具体装配方式为：首先在工厂内按设计要求确定脊杆环撑索穹顶结构各层铸钢节点与杆件构造形式与尺寸，根据杆件与铸钢节点的尺寸确定圆形钢板(9)与十字形加劲肋(11)的尺寸。将十字形加劲肋(11)焊接于圆形钢板(9)一侧，圆形钢板(9)另一侧焊接开孔十字形钢板(8)，其长度与开孔位置与开孔角钢(7)相同，开孔角钢(7)长度与开孔位置根据钢结构设计规范中有关螺栓容许距离要求及预应力锚具(4)尺寸要求确定。在工厂内将焊接有十字形加劲肋(11)的圆形钢板(9)的一侧同铸钢节点(10)焊接，焊接有开孔十字形钢板(8)的一侧朝外布置(图5)。开孔圆钢板(3)一侧同时焊接十字形加劲肋(11)与外套筒(2)，开孔圆钢板(3)与外套筒(2)半径相同。开孔圆钢板(3)另一侧焊接4个相同尺寸开孔角钢(7)，与开孔圆钢板(3)焊接的开孔角钢(7)朝外布置(图6)。开孔角钢(7)焊接布置形式成十字形，相邻两个开孔角钢(7)之间预留空隙，预留空隙的间距与开孔十字形钢板(8)厚度相同。焊接完成后通过开孔圆钢板上的孔洞穿过预应力筋并通过预应力锚具(4)锚固，在杆件(1)的另一端施加相同工艺并对预应力筋进行张拉，达到施加预应力的目的。以上工作均在工厂完成，实现工厂化生产目的。在施工现场，将铸钢节点按照设计要求定位后，将外露开孔角钢(7)与开孔十字形钢板(8)通过高强螺栓(6)连接。本发明节点所有组成构件及预应力施加均在工厂完成，在施工现场节点连接仅需通过高强螺栓连接来实现。此外，由于节点预应力的施加使节点具有一定初始刚度，高强螺栓的使用能够满足脊杆环撑索穹顶结构装配化施工要求。