专利名称：一种空间网格结构的误差可调对心节点的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于空间网格结构在施工安装阶段调节杆件长度和节点位置偏差的装置、配件及其安装调节方法，属于土木工程领域。
背景技术：
近几十年来，作为大跨度、大空间结构形式设计的空间网格结构以其新颖的结构形式、优雅的结构造型和强大的跨越能力，在世界范围内被广泛地运用，并得到了迅猛的发展。这种结构形式为建筑结构跨越能力的提高和空间形体的多样性提供了充分的空间，目前被广泛地应用于体育馆、展览馆、影剧院、会堂、候车厅等公共建筑和飞机库、仓库、工业厂房等工业建筑。从结构组成上而言，空间网格结构是按一定规律布置的杆件、构件通过节点连接而构成的空间结构体系，包括网架、曲面型网壳以及立体桁架等。节点不仅需要起到连接众多汇交杆件的作用，还要能够传递杆件在外荷载作用下所产生的内力，例如网架杆件的轴力和网壳结构中的弯矩等。此外，管道设备、吊顶和屋面等外荷载亦常以集中力的形式作用在上部网格节点上。因此，节点是空间网格结构的重要组成部分，是网格结构设计的重点和关键。现行国家标准《空间网格结构技术规程》JGJ 7-2010中推荐了八种常用的空间网格结构节点焊接空心球节点、螺栓球节点、嵌入式毂节点、铸钢节点、销轴式节点、组合结构节点、预应力索节点、支座节点。其中，焊接空心球节点是由两个半球焊接而成的空心球， 可根据受力大小分别采用不加肋空心球和加肋空心球，主要用于网壳结构中的刚接节点； 螺栓球节点是由钢球、高强度螺栓、套筒、紧固螺钉、锥头或封板等零件组成，主要用于网架结构或双层网壳结构中的铰接节点。这两种节点形式在国内外空间网格结构中得到了广泛的应用。然而，目前工程中常用的空间网格节点尚存在以下问题一旦节点的相邻杆件在安装过程中与节点固定后，则杆件长度与节点位置就完全确定。而在实际工程中，由于杆件下料长度误差、节点定位偏差和安装期温度变化等因素的影响，使得空间网格结构在安装过程中不可避免的出现安装误差，使杆件难以正常安装或节点偏离设计位置，导致结构的实际形态与设计形态相比具有初始几何缺陷，影响结构在使用荷载下的稳定性与安全性。 如在误差无法调节的情形下强迫杆件或节点就位，由于空间网格结构为高次超静定结构， 强迫位移将会在结构中产生较大的初始内力，对结构的正常使用和安全性能会产生很不利的影响。本发明针对现有空间网格节点的上述问题，提出了一种适用于空间网格结构的误差可调对心节点。
发明内容
技术问题本发明针对上述空间网格节点中经常出现的结构安装误差与强迫就位问题，提供了一种新型的空间网格结构误差对心可调节点。该节点容许与其相连杆件在水平方向、竖直方向进行旋转，而在杆件轴线方向则可进行长度调整，且在旋转和调整过程中保证所有相邻杆件始终汇交于节点中心，待所有杆件调整到位以后，可选择使节点形成铰接节点或者刚接节点，从而在空间网格结构的施工过程中实现安装误差的灵活可调。技术方案本发明的空间网格结构的误差可调对心节点，包括支架和安装在所述支架上的调节件，支架包括底板、立柱、盖板、垫板和螺帽，底板下侧中心设置有用于连接竖向网格杆件的装置，底板上侧中心与所述立柱连接，盖板和垫板依次穿在立柱上，螺帽通过螺纹与立柱的上端连接，多个所述调节件以立柱为中心排列，并将调节件上设置的竖向凸台分别嵌入底板上设置的第一弧形槽和盖板上设置的第二弧形槽，从而把调节件安装在底板和盖板之间；调节件包括水平可调件和安装在所述水平可调件上的竖直可调件，水平可调件为侧面开有矩形通孔的柱体，竖直可调件上设置的横向凸台嵌入水平可调件上设置的第三弧形槽，从而把竖直可调件安装在水平可调件的矩形通孔中，竖直可调件上设置有用于连接非竖向网格杆件的第一安装孔。本发明中，用于连接竖向网格杆件的装置为在底板下侧面中心设置的第二安装孔和位于所述第二安装孔外侧的环形挡板。本发明中，底板周向边缘设置有均勻排列的多个第一弧形槽，所述盖板周向边缘设置有与第一弧形槽对应的多个第二弧形槽，所述水平可调件上下底面中心上设置有竖向凸台，竖向凸台插入第一弧形槽和第二弧形槽中，将调节件安装在支架上。本发明中，水平可调件矩形通孔两侧的侧壁上设置有相对应的第三弧形槽，所述竖直可调件为横置的柱体，所述第一安装孔设置在竖直可调件侧面，竖直可调件的两个底面中心均设置有横向凸台；竖直可调件置入水平可调件的矩形通孔中，所述横向凸台插入第三弧形槽中，将竖直可调件安装在水平可调件上。有益效果本发明与现有技术相比，具有以下优点
空间网格结构是一种误差敏感性结构，施工误差可以降低结构的承载能力和稳定性。 杆件下料误差和节点安装偏差可以使结构的稳定承载力降低几倍，严重影响结构的安全使用。本发明通过水平可调件、竖直可调件及其水平和竖向弧形槽的设置，使节点相邻的所有杆件在一定范围内可实现水平向与竖直向的自由旋转，而能够在空间网格结构的安装施工过程中，灵活调节节点位置，消除安装施工过程中节点位置偏差的不利影响，提高结构的安装精度；
本发明通过端头带有螺纹的连接杆件与竖直可调件的螺孔及主零件承台底部的半圆球孔相连，可使节点相邻的所有杆件在一定范围内实现杆件轴线方向的自由伸长或缩短， 从而能够灵活调节杆件长度，消除杆件下料误差带来的结构安装偏差，确保结构的顺利拼装；
本发明设置的水平弧形槽与竖向弧形槽均以节点中心为圆心，杆件在通过弧形槽绕节点进行水平和竖向旋转调整的过程中，其轴线始终通过节点中心，从而在采用本节点调节安装偏差时，确保了节点相邻杆件始终汇交于节点中心，减小了节点承受的不平衡力矩，同时保证了设计计算模型与实际模型的一致性，确保了节点和结构的安全性能。本发明通过水平、竖直的空间多向可调机制，可模拟空间网格结构曲面轮廓不同曲率位置的节点-杆件空间几何相对位置，从而能够尽可能减少弦支穹顶结构的节点加工形式，较大程度地减轻了工厂预制加工的工作量。本发明设计的新型误差可调节点可根据实际安装误差在无应力状态下动态调整节点相邻杆件的长度和角度，无需通过外力强迫节点和杆件安装就位，消除了常规强迫就位方式的装配应力，保证了施工期结构的良好力学性能；
本发明保证了实际工程结构与设计模型一致性，确保了结构受力分析的正确性，此外， 对于缺陷很敏感的弦支穹顶结构，降低施工误差和结构缺陷可以有效地提高结构稳定承载力，确保结构的安全使用。
图1为本发明新型误差可调对心节点的立体结构示意图，图中X、Y、Z分别表示水平向、竖直向和杆件轴线方向可调。图2为支架1的立体结构示意图。图3为支架1空间拆分的立体结构示意图。图4为底板14和立柱15连接的平面结构示意图。图5为可调件2的立体结构示意图。图6为可调件2空间拆分的立体结构示意图。图7为非竖向网格杆件3和竖向网格杆件4的立体结构示意图。非竖向网格杆件 3和竖向网格杆件4的构造相同。图8为支架1的俯视图。图9为图9的A-A剖面图。图10为水平可调件21的俯视图。图11为图11中的B-B和C-C剖面图。图12为水平可调件22的侧视图。图13为图11中的D-D和E-E剖面图。图14为新型误差可调对心节点的安装调节流程。图中有支架1，可调件2，非竖向网格杆件3，竖向网格杆件4，螺帽11，垫板12，盖板13，底板14，立柱15，第二弧形槽131，第一弧形槽141，第二安装孔142，环形档板143， 水平可调件21，竖直可调件22，竖向凸台211，第三弧形槽212，横向凸台221，第一安装孔 222。
具体实施例方式本发明的空间网格结构的误差可调对心节点，主要包括包括支架1和安装在支架 1上的调节件2。第一部分是支架1。支架1包括底板14、立柱15、盖板13、垫板12和螺帽11，底板14下侧中心设置有用于连接竖向网格杆件4的装置，底板14上侧中心与立柱15连接， 盖板13和垫板12依次穿在立柱15上，螺帽11通过螺纹与立柱15的上端连接，多个调节件2以立柱15为中心排列，并通过调节件2中的竖向凸台211和底板14中的第一弧形槽 141、盖板13中的第二弧形槽131安装在底板14和盖板13之间；本节点中，用于连接竖向网格杆件4的装置为在底板14下侧面中心设置的第二安装孔142和位于第二安装孔142 外侧的环形挡板143。本节点中，底板14周向边缘设置有均勻排列的多个第一弧形槽141， 盖板13周向边缘设置有与第一弧形槽141对应的多个第二弧形槽131，水平可调件21上下底面中心上设置有竖向凸台211，竖向凸台211插入第一弧形槽141和第二弧形槽131中， 将调节件2安装在支架1上。支架1是误差可调节点的主体部分，用于连接多个水平可调件21和竖向网格杆件 4。水平可调件21与支架1之间通过设置滑槽连接，竖向网格杆件4直接与支架1连接。 支架1包括四个部分底板14和立柱15连成整体，用于支撑整个节点，保持节点的竖向稳定，第二安装孔142为竖向网格杆件4提供约束端，约束端外围设有环形挡板143，环形挡板143可采用六角螺帽，起到防止竖向网格杆件5的端部飞出和辅助拧紧螺帽11的作用； 盖板13，与支架1中的底板14 一起形成可调件2的固定平台，盖板13与底板14上均在对应位置设置水平弧形槽，便于水平可调价21的安装及转动；螺帽11，用于辅助压紧盖板13， 使盖板13与底板14成为稳固的整体；垫板12，位于螺帽11与盖板13之间，用于传递螺帽 11的预压力。第二部分是调节件2。调节件2包括水平可调件21和安装在水平可调件21上的竖直可调件22，水平可调件21为侧面开有矩形通孔的柱体，竖直可调件22通过横向凸台221 和水平可调件21中的第三弧形槽212安装在水平可调件21的矩形通孔中，竖直可调件22 上设置有用于连接非竖向网格杆件3的第一安装孔222。本节点中，水平可调件21矩形通孔两侧的侧壁上设置有相对应的第三弧形槽212，竖直可调件22为横置的柱体，第一安装孔222设置在竖直可调件22侧面，竖直可调件22的两个底面中心均设置有横向凸台221 ； 竖直可调件22置入水平可调件21的矩形通孔中，横向凸台221插入第三弧形槽212中，将竖直可调件22安装在水平可调件21上。调节件2用于与非竖向网格杆件的连接，是实现误差可调的主要装置。包括水平可调件21和竖直可调件22。水平可调件21上下两端的横向凸台221可在底板14中的第一弧形槽141和盖板13中的第二弧形槽131里滑动，由于所有第一弧形槽141和盖板13中的第二弧形槽131的圆心均为节点中心，所以节点相连的非竖向网格杆件3可以绕节点中心轴转动，即转动调整是在水平方向的对心可调，水平方向角度调整到位以后可以在弧形槽中嵌入相应大小铁片以阻止其水平转动。同理，竖直可调件左右两端的横向凸台221可以在水平可调件上的第三弧形槽212里移动，由于第三弧形槽212的圆心也是节点中心，因此非竖向网格杆件3绕节点中心轴转动可实现竖直方向的对心可调。竖直方向角度调整就位后可在弧形槽中嵌入相应大小铁片阻止其竖向转动。该附属零件的弧形槽转动机制保证了节点所有相邻杆件的对心可调。与节点连接的相连杆件包括非竖向网格杆件3和竖向网格杆件4。两种杆件构造相同，是在普通钢管端部与螺栓焊接形成的端头带有螺纹的杆件。非竖向网格杆件3与竖直可调件22相连，可以在竖直可调件22的第一安装孔222内旋进或旋出一段距离，从而实现杆件轴线方向长度可调。同理，竖向网格杆件4与支架1相连，可以在支架1的第二安装孔142内旋进或旋出一段距离，从而实现杆件轴线方向长度可调。本发明装置的制作工序
1.制作支架1 制作底部14和立柱15，在立柱15上部加工一段螺纹，在底板14和立柱15的底部加工第二安装孔142并设置环形档板143 ；制作支架1中的螺帽11，垫板11， 盖板13 ；最后分别在底板145和盖板13上设置多个第一弧形槽141和第二弧形槽131。2.制作水平调节件21 制作实心圆柱体，在竖直调节件22位置挖空，形成矩形通孔；在上下圆柱面中心上设置竖向凸台211，矩形通孔两侧的侧壁上设置第三弧形槽212;
3.制作竖直调节件22 制作实行圆柱体，在其侧面设置第一安装孔222，放进水平调节件21中的通孔里后，在两个圆柱面中心设置横向凸台221。本发明的安装调节工序
1.根据节点尺寸可以确定节点连接杆件可调范围。2.根据可调范围，粗略确定杆件尺寸。3.根据设计图纸确定节点位置。4.根据节点位置固定底板14。5.杆件拧进竖直调节件22，再把竖直调节件22通过弧形槽连接到水平调节件21 上，水平调节件21也通过弧形槽连接到支架1上。6.根据实际几何关系，调节竖直调节件21和水平调节件22以及旋转杆件，直至调整到空间网格结构的设计状态。7.加上盖板13、垫板12和螺帽11。8.如果需要节点是铰接的，初拧螺帽11即可；如果需要节点是刚接的，节点调整就位后可在弧形槽中嵌入相应大小铁片阻止其竖向转动；施工完毕。
权利要求
1.一种空间网格结构的误差可调对心节点，其特征在于，该节点包括支架(1)和安装在所述支架(1)上的调节件(2)，所述支架(1)包括底板(14)、立柱(15)、盖板(13)、垫板 (12)和螺帽(11)，所述底板(14)下侧中心设置有用于连接竖向网格杆件(4)的装置，底板 (14)上侧中心与所述立柱(15)连接，所述盖板(13)和垫板(12)依次穿在立柱(15)上，所述螺帽(11)通过螺纹与立柱(15)的上端连接，多个所述调节件(2)以立柱(15)为中心排列，并将调节件(2)上设置的竖向凸台(211)分别嵌入底板上设置的第一弧形槽(141)和盖板上设置的第二弧形槽(131)，从而把调节件(2)安装在底板(14)和盖板(13)之间；所述调节件(2)包括水平可调件(21)和安装在所述水平可调件(21)上的竖直可调件 (22)，所述水平可调件(21)为侧面开有矩形通孔的柱体，所述竖直可调件(22)上设置的横向凸台(221)嵌入水平可调件(21)上设置的第三弧形槽(212)，从而把竖直可调件(22)安装在水平可调件(21)的矩形通孔中，竖直可调件(22 )上设置有用于连接非竖向网格杆件 (3)的第一安装孔(222)。
2.根据权利要求1所述的空间网格结构的误差可调对心节点，其特征在于，所述的用于连接竖向网格杆件(4)的装置为在底板(14)下侧面中心设置的第二安装孔(142)和位于所述第二安装孔(142)外侧的环形挡板(143)。
3.根据权利要求1所述的适用于空间网格结构的误差可调对心节点，其特征在于，所述底板(14)周向边缘设置有均勻排列的多个第一弧形槽(141 )，所述盖板(13)周向边缘设置有与第一弧形槽(141)对应的多个第二弧形槽(131 )，所述第一弧形槽(141)和第二弧形槽(131)的弧心均位于立柱(15)的中心，所述水平可调件(21)上下底面中心上设置有竖向凸台(211)，上、下底面的竖向凸台(211)分别插入第一弧形槽(141)和第二弧形槽(131)中并可在槽的周向水平滑动，将调节件(2)安装在支架(1)上。
4.根据权利要求1所述的适用于空间网格结构的误差可调对心节点，其特征在于，所述水平可调件(21)矩形通孔两侧的侧壁上设置有相对应的第三弧形槽(212)，所述第三弧形槽(212)的弧心位于支架(1)中心，所述竖直可调件(22)为横置的柱体，所述第一安装孔(222 )设置在竖直可调件(22 )侧面，竖直可调件(22 )的两个底面中心均设置有横向凸台 (221);竖直可调件(22)置入水平可调件(21)的矩形通孔中，所述横向凸台(221)插入第三弧形槽(212)中并可在槽的周向滑动，将竖直可调件(22)安装在水平可调件(21)上。
全文摘要
本发明公开了一种空间网格结构的误差可调对心节点，包括支架和调节件等装置和配件。调节件通过竖直限位螺栓固定在支架上从而形成节点整体，误差调节通过调节件实现。本发明是可与相连的网壳杆件在水平方向、竖直方向和杆件轴线方向进行空间三维多向调整，进而能够调节杆件长度和节点空间几何位置的空间网格结构的误差可调对心节点。本发明节点在调节杆件长度和节点位置的过程中所连接的杆件始终汇交于一点。新型误差可调对心节点降低了施工误差和结构缺陷，可以有效地提高结构稳定承载力，确保结构的安全使用。
文档编号E04B1/58GK102561526SQ20121001636
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者冯玉龙, 吴京, 周臻, 孟少平, 王永泉 申请人:东南大学