一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法
【专利摘要】本发明是一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法，其结构包括M个钢插片、M根竹杆件、M或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓；每一个钢插片的一端上预留圆弧型缺口，钢插片的另一端上预留A螺栓孔；钢插片预留的圆弧型缺口的一端与空心球焊接固定；每一根竹杆件的端部上预留凹槽和B螺栓孔，钢插片预留螺栓孔的一端插入竹杆件预留的凹槽内，钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔对齐，A螺栓孔、B螺栓孔用二个螺栓固定；在竹杆件和空心球间的钢插片上焊接加劲钢片。优点：结构简单、易定位安装、传力清晰、整体性好、易维修、绿色环保，竹材属于绿色环保的可再生资源，作为网壳连接节点的杆件材料，环保优势突出。
【专利说明】一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法，属于网壳结构领域。
【背景技术】
[0002]网壳结构是以杆件为基础，沿着某个曲面有规律地布置而组成的空间结构体系，以“薄膜”作用为主要受力特征。网壳结构自重轻、结构刚度好，结构多变，美观性强，且能跨越较大空间，因此具有广阔的发展空间。网壳结构广泛采用钢材和铝合金作为结构主体材料，尚未见竹材应用于网壳结构的实例，也就没有竹网壳连接节点的实例。
[0003]在我国，竹材是一种资源丰富、生长周期短的可再生、可降解的生物质材料。竹材一般只是用来制作工艺品或作为装饰装修材料，但目前的加工技术已经可以将竹材加工成力学性能优良的结构用材，如果将其制成结构杆件，应用于网壳结构，将拓宽竹结构的应用领域并推进绿色环保建筑的发展。
[0004]但竹材不同于钢材、铝材能够直接经行焊接连接，也不同于混凝土可自行融合凝固连接，如果借鉴传统木结构的榫卯连接，会削弱竹材连接端截面，降低节点强度，易发生脆性破坏。因此采用何种易于实现的连接方式快速地将竹杆件可靠地连接起来，成为竹网壳结构能否实现的关键问题。
【发明内容】
[0005]本发明提出的是一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述问题，具有结构简单，易定位安装，传力清晰，整体性好，易维修，绿色环保等优点。
[0006]本发明的技术解决方案:一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其结构包括M个钢插片、M根竹杆件、M 或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓；每一个钢插片的一端上预留圆弧型缺口，钢插片的另一端上预留A螺栓孔；钢插片预留的圆弧型缺口的一端与空心球焊接固定；每一根竹杆件的端部上预留凹槽和B螺栓孔，钢插片预留螺栓孔的一端插入竹杆件预留的凹槽内，钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔对齐，A螺栓孔、B螺栓孔用二个螺栓固定；在竹杆件和空心球间的钢插片上焊接加劲钢片。
[0007]本发明的优点:
O结构简单:连接节点的中心只是一个空心球，将钢插片预留圆弧型缺口的一端焊接在空心球上，钢插片预留A螺栓孔的一端插入竹杆件端部预留的凹槽内，接着将钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔对齐，A螺栓孔、B螺栓孔用螺栓固定；最后在竹杆件和空心球间的钢插片上焊接加劲钢片，即可形成一个竹网壳空心球连接节点。
[0008]2)易定位安装:连接节点的中心是一个空心球，而钢插片一端预留的圆弧型缺口的半径与所连接的空心球半径一致，因此无论钢插片焊接在空心球上的角度是多少，都能保证与空心球的紧密连接，定位方便；钢插片预留A螺栓孔的一端插入竹杆件端部预留的凹槽内，对齐钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔，用螺栓固定即可完成竹杆件的连接与安装。
[0009]3)传力清晰:竹杆件所受的内力通过螺栓传递给钢插片，钢插片通过焊缝将力传递给空心球，传力路径明确。
[0010]4)整体性好:焊接在空心球上的钢插片相当于一个悬臂结构，为了避免竹杆件在节点处由于截面过大而交错，钢插片需突出竹杆件一段距离，这样使得单个钢插片的悬挑长度增大，平面外抗弯刚度变小，在钢插片突出竹杆件部分焊接加劲钢片，将各个方向的钢插片依次连接起来，既减小了单个钢片的悬挑长度，增加单个钢片平面外的抗弯刚度，又使得连接在同一空心球上的钢插片共同受力，从而提高节点的整体稳定性。
[0011]5)易维修:当竹网壳在安装或使用过程中，竹杆件因出现裂缝、过度弯曲等情况影响整个网壳结构的安全与稳定而急需更换时，只需卸下竹杆件两端用于与钢插片连接所用的螺栓，取下损坏的竹杆件，换上新的竹杆件，再拧紧之前卸下的螺栓，即可完成维修工作。
[0012]6)绿色环保:我国竹材资源丰富，选材便利；竹材生长周期短，且属于绿色环保的可再生资源，因此用竹材作为结构主体材料的竹结构单层球面网壳的环保优势突出。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点的俯视透视示意图。
[0014]图2是图1中A-A向剖视示意图。
[0015]图3是单个钢插片示意图。
[0016]图4是单个竹杆件示意图。
[0017]图中的I是空心球，2是钢插片，3是竹杆件，4是螺栓，5是加劲钢片，6圆弧型缺口，7是A螺栓孔，8是B螺栓孔，9凹槽，10垫片。
【具体实施方式】
[0018]对照附图，一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其结构包括M个钢插片、M根竹杆件、M或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓;M=6 ；
其中每一个钢插片2的一端上预留圆弧型缺口 6，钢插片2的另一端上预留A螺栓孔7 ;钢插片2预留的圆弧型缺口 6的一端与空心球I焊接固定；
每一根竹杆件3的端部上预留凹槽9和B螺栓孔8，钢插片2预留螺栓孔的一端插入竹杆件3预留的凹槽9内，钢插片2预留的A螺栓孔7与竹杆件3上预留的B螺栓孔8对齐，A螺栓孔7、B螺栓孔8用二个螺栓4固定；在竹杆件3和空心球I间的钢插片2上焊接加劲钢片5。
[0019]所述的钢插片2预留圆弧型缺口 6的一端与空心球I固定焊接角度为竹网壳网格划分后竹杆件3中轴线形成的角度，该角度均小于90度；钢插片2另一端预留A螺栓孔7，用于与竹杆件连接。
[0020]所述的每根竹杆件3采用的是由原竹经过加工后制成的重组竹和竹材层积材。
[0021]所述的每根竹杆件3的横截面为矩形，竹杆件3两端的中轴线处预留凹槽9，在该凹槽9垂直中轴线的方向上预留B螺栓孔8。
[0022]所述的空心球I采用钢材制作。[0023]所述的钢插片2 —端预留圆弧型缺口 6的半径与所连接的空心球I的半径一致。
[0024]所述的螺栓4与竹杆件3的接触面之间设有垫片10，避免在竹杆件3与螺栓4的接触面上发生局部承压破坏。
实施例
[0025]如图1所示，一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点的安装方法，包括如下步骤:
其安装步骤，包括:
1)将空心球I编号为Al，6个钢插片2分别编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al-d、Al-e、Al-f，对应的 6 根竹杆件 3 分别编号为 Ala-Bla、Alb-B2a、Alc-B3a、Ald-B4a、Ale-B5a、Alf-B6a ；
2)将编号为Al的空心球I放置在带定位装置的焊接设备上；
3)依次将编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al-d、Al-e、Al-f的6个钢插片2预留圆弧型缺口6的一端焊接在空心球I上，每个钢插片2焊接在空心球I上的角度为竹网壳网格划分后杆件中轴线形成的角度小于90度，焊接设备带有定位装置，该定位装置用于测量上述角度，且钢插片2的一端预留圆弧型缺口 6的半径与所连接的空心球I半径一致，这两项措施既保证了钢插片2与空心球I的焊接角度的准确定位又使得钢插片2与空心球I对接时不形成空隙从而能紧密连接；
4)根据编号将钢插片2预留A螺栓孔7的一端插入竹杆件3预留的凹槽9内，如编号为Al-a的钢插片2插入竹杆件3的编号为Ala那端的凹槽9内，编号为Bl_a的钢插片2插入竹杆件3的编号为Bla那端的凹槽9内，依次类推，将竹杆件3与钢插片2按照编号一一对应起来；
5)将钢插片2预留的A螺栓孔7与竹杆件3上预留的B螺栓孔8对齐，A螺栓孔7、B螺栓孔8用二个螺栓4固定，螺栓4与竹杆件3的接触面之间设有垫片10，避免在竹杆件3与螺栓4的接触面上发生局部承压破坏；
6)在竹杆件3和空心球I间的钢插片2上焊接加劲钢片5，加劲钢片5依次将编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al-d、Al_e、Al-f的6个钢插片连接成一个整体,这样既减小了单个钢片的悬挑长度，增加单个钢片平面外的抗弯刚度，又使得连接在同一空心球I上的6片钢插片共同受力，从而提高节点的整体稳定性。
【权利要求】
1.一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:包括M个钢插片、M根竹杆件、M或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓；所述的M=6 ； 其中每一个钢插片(2)的一端上预留圆弧型缺口(6)，钢插片(2)的另一端上预留A螺栓孔(7);钢插片(2)预留的圆弧型缺口(6)的一端与空心球(I)焊接固定； 每一根竹杆件(3)的端部上预留凹槽(9)和B螺栓孔(8)，钢插片(2)预留螺栓孔的一端插入竹杆件(3)预留的凹槽(9)内，钢插片(2)预留的A螺栓孔(7)与竹杆件(3)上预留的B螺栓孔(8)对齐，A螺栓孔(7)、B螺栓孔(8)用二个螺栓(4)固定；在竹杆件(3)和空心球(I)间的钢插片(2 )上焊接加劲钢片(5 )。
2.根据权利要求1所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的钢插片(2)预留圆弧型缺口(6)的一端与空心球(I)固定焊接角度为竹网壳网格划分后竹杆件(3)中轴线形成的角度，该角度均小于90度；钢插片(2)另一端预留A螺栓孔(7)，用于与竹杆件连接。
3.根据权利要求1所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的每根竹杆件(3)采用的是由原竹经过加工后制成的重组竹和竹材层积材。
4.根据权利要求1所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的空心球(I)采用钢材制作。
5.根据权利要求1所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的螺栓(4)与竹杆件(3)的接触面之间设有垫片(10)，避免在竹杆件(3)与螺栓(4)的接触面上发生局部承压破坏。
6.根据权利要求2所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的每根竹杆件(3)的横截面为矩形，竹杆件(3)两端的中轴线处预留凹槽(9)，在该凹槽(9)垂直中轴线的方向上预留B螺栓孔(8)。
7.根据权利要求2所述的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其特征在于:所述的钢插片(2) —端预留圆弧型缺口(6)的半径与所连接的空心球(I)的半径一致。
8.如权利要求1的一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点的安装方法，其特征是该方法包括如下步骤: 1)将空心球(I)编号为Al，6个钢插片(2)分别编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al-d、Al-e、Al-f，对应的 6 根竹杆件(3)分别编号为 Ala-Bla、Alb_B2a、Alc_B3a、Ald_B4a、Ale_B5a、Alf-B6a ； 2)将编号为Al的空心球(I)放置在带定位装置的焊接设备上； 3)依次将编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al-d、Al-e、Al-f的6个钢插片(2)预留圆弧型缺口(6)的一端焊接在空心球(I)上，每个钢插片(2)焊接在空心球(I)上的角度为竹网壳网格划分后杆件中轴线形成 的角度小于90度，焊接设备带有定位装置，该定位装置用于测量上述角度，且钢插片(2)的一端预留圆弧型缺口(6)的半径与所连接的空心球(I)半径一致，这两项措施既保证了钢插片(2)与空心球(I)的焊接角度的准确定位又使得钢插片(2)与空心球(I)对接时不形成空隙从而能紧密连接； 4)根据编号将钢插片(2)预留A螺栓孔(7)的一端插入竹杆件预留的凹槽(9)内，如编号为Al-a的钢插片(2)插入竹杆件(3)的编号为Ala那端的凹槽(9)内，编号为Bl-a的钢插片(2)插入竹杆件(3)的编号为Bla那端的凹槽(9)内，依次类推，将竹杆件(3)与钢插片(2)按照编号对应起来； 5)将钢插片(2)预留的A螺栓孔(7)与竹杆件(3)上预留的(B)螺栓孔(8)对齐，A螺栓孔(7)、B螺栓孔(8)用二个螺栓(4)固定，螺栓(4)与竹杆件(3)的接触面之间设有垫片(10)，避免在竹杆件(3)与螺栓(4)的接触面上发生局部承压破坏； 6)在竹杆件(3)和空心球(I)间的钢插片(2)上焊接加劲钢片(5)，加劲钢片(5)依次将编号为Al-a、Al-b、Al-c、Al_d、Al-e, Al-f的6个钢插片连接成一个整体，这样既减小了单个钢片的悬挑长度，增加单个钢片平面外的抗弯刚度，又使得连接在同一空心球上的6片钢插片共同受力，从而 提高节点的整体稳定性。
【文档编号】E04B1/58GK103469901SQ201310441385
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】包茜虹, 黄东升, 高永辉 申请人:南京林业大学