空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构及方法与流程

本发明涉及建筑构件，尤其涉及一种空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构及方法。

背景技术：

桁架是由杆件通过焊接、铆接或螺栓连接而成的支撑横梁结构，其广泛应用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆及桥梁等各类建筑中。如图1所示，空间管桁架在安装过程中，首先安装两侧的主桁架1就位，同时主桁架1所在空间的相对坐标、几何尺寸、间距都必需校正到规范允许范围内，然后在两侧的主桁架1之间焊接连系的次桁架2，安装时次桁架2的上弦杆21两端通过相贯口焊接于主桁架1的对应上弦杆11或位于上弦杆11上的焊接球13，次桁架2的下弦杆22两端通过相贯口焊接于主桁架1的对应下弦杆12。但在主桁架与次桁架的安装过程中，将会面临因空间管桁架管管相贯的特性限制，而导致连系次桁架无法直接安装就位。其主要原因有次桁架弦杆相贯口与主桁架弦杆重叠冲突、弦杆相贯口角度错位、次桁架弦杆空间位置错位、规范允许范围内的主次桁架拼装及安装误差等。如次桁架弦杆相贯口与主桁架弦杆重叠冲突，导致次桁架弦杆无法落位；次桁架弦杆相贯口角度与主桁架弦杆弧形面错位，相贯口与弧形面不贴合而无法施焊；主次桁架拼安装误差导致次桁架弦杆短了或长了连接不上。

针对上述主桁架与次桁架的安装问题，目前通常的施工方法是在次桁架的上下弦杆一端按规范截断不小于500mm的管头以方便次桁架安装，等次桁架就位后在高空进行整口对接，这样极大增加了现场施工的工作量及难度，降低了施工效率。该施工方法必须保证次桁架在地面拼接时的变形量要非常小，而且还要保证次桁架弦杆相贯口能够与主桁架弦杆的弧形面对应，由于次桁架本身管子就比较细易焊接变形，如此给地面拼装带来了很大的控制难度。并且在安装过程中次桁架就位非常困难，安装就位后次桁架弦杆管头的安装和高空调整量又非常大，如次桁架弦杆管头安装错口及偏心、次桁架弦杆管头距主桁架弦杆长了或短了导致焊缝宽度不一致等，由于安装工艺需要所截断的管头回装时焊缝必须为全熔透焊缝，由此高空焊接工作量增加一倍，而且焊接完后管子易发生变形，且对接口较多，焊接质量难保证，同时焊接完成后弦杆可能不在一条直线上，次桁架质量及外观难以保证，安装进度缓慢，安全风险增加。最重要的是施工周期长，增加了人员、吊车、安全措施等施工成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构及方法，本结构及方法克服了空间管桁架中传统主桁架与次桁架安装方式的缺陷，本节点结构简单，制作方便，本连接方法有效提高了安装施工效率、质量以及成本。

为解决上述技术问题，本发明空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构包括主桁架上弦杆或上弦杆焊接球、主桁架下弦杆、次桁架上弦杆、次桁架下弦杆，还包括套接管，所述套接管一端设有与主桁架上弦杆和下弦杆弧形面匹配的相贯口或坡口，所述套接管另一端沿圆周方向等距设有四根槽口，所述设有四根槽口的套接管另一端套入所述次桁架上弦杆和下弦杆并且通过四根槽口和套接管端面与次桁架上弦杆和下弦杆焊接连接，所述套接管一端的相贯口抵靠主桁架上弦杆和下弦杆的弧形面并且通过焊接连接，或所述套接管一端的坡口抵靠所述主桁架上弦杆焊接球并且通过焊接连接。

进一步，所述套接管长度为500～800mm，所述槽口的长度为150mm、宽度为10mm，所述坡口角度为25°所述套接管壁厚大于所述主桁架上弦杆、下弦杆以及次桁架上弦杆、下弦杆壁厚2mm。

进一步，所述次桁架上弦杆、下弦杆至少伸入所述套接管内200mm。

上述节点结构的连接方法包括如下步骤：

步骤一、在地面预先拼接好次桁架，并调整其焊接变形，在次桁架的上弦杆和下弦杆两端分别预先套入套接管，在安装套接管之前将槽口及套接管内的杂物清理干净；

步骤二、采用吊车将次桁架吊装于两个主桁架之间并且调整就位；

步骤三、外移次桁架上弦杆上的套接管，使套接管的相贯口抵靠主桁架上弦杆的弧形面并且旋转套接管使相贯口与弧形面贴合或套接管的坡口抵靠主桁架上弦杆焊接球，焊接套接管槽口和端面与次桁架上弦杆，焊接套接管相贯口与主桁架上弦杆弧形面或套接管坡口与主桁架上弦杆焊接球；

步骤四、外移次桁架下弦杆上的套接管，使套接管的相贯口抵靠主桁架下弦杆的弧形面并且旋转套接管使相贯口与弧形面贴合，焊接套接管槽口和端面与次桁架下弦杆，焊接套接管相贯口与主桁架下弦杆弧形面；

步骤五、移出吊车，对各套接管的焊点满焊焊接。

进一步，步骤三和步骤四中套接管的槽口至少焊接两道，次桁架上弦杆和下弦杆上的套接管外移后，其重合段至少为50mm。

由于本发明空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构及方法采用了上述技术方案，即本节点结构的套接管一端设有与主桁架上下弦杆弧形面匹配的相贯口或坡口，套接管另一端沿圆周方向等距设有四根槽口，套接管槽口端套入次桁架上下弦杆并且通过槽口和端面与次桁架上下弦杆焊接，套接管的相贯口抵靠主桁架上下弦杆的弧形面并且通过焊接连接，或套接管的坡口端抵靠主桁架上弦杆焊接球并且通过焊接连接。本方法首先将套接管预先套入次桁架的上下弦杆两端，用吊车将次桁架吊装于两个主桁架之间并且调整就位，各套接管相贯口分别抵靠主桁架的上下弦杆弧形面并通过旋转贴合，或套接管的坡口抵靠主桁架的上弦杆焊接球，然后通过焊接连接，移出吊车，对各套接管的焊点满焊焊接。本结构及方法克服了空间管桁架中传统主桁架与次桁架安装方式的缺陷，结构简单，制作方便，有效提高了安装施工效率、质量以及成本。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为空间管桁架中主桁架与次桁架的连接示意图；

图2为本发明空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构示意图；

图3为本发明套接管、次桁架上下弦杆与主桁架上下弦杆的连接节点结构示意图；

图4为本发明套接管、次桁架上弦杆与主桁架上弦杆焊接球的连接节点结构示意图。

具体实施方式

实施例如图2、图3和图4所示，本发明空间管桁架中主桁架与次桁架的连接节点结构包括主桁架上弦杆11或上弦杆焊接球13、主桁架下弦杆12、次桁架上弦杆21、次桁架下弦杆22，还包括套接管3，所述套接管3一端设有与主桁架上弦杆11和下弦杆12弧形面匹配的相贯口32或坡口33，所述套接管3另一端沿圆周方向等距设有四根槽口31，所述设有四根槽口31的套接管3另一端套入所述次桁架上弦杆21和下弦杆22并且通过四根槽口31和套接管3端面与次桁架上弦杆21和下弦杆22焊接连接，所述套接管3一端的相贯口32抵靠主桁架上弦杆11和下弦杆12的弧形面并且通过焊接连接，或所述套接管3一端的坡口33抵靠所述主桁架上弦杆焊接球13并且通过焊接连接。

优选的，所述套接管3长度为500～800mm，所述槽口31的长度为150mm、宽度为10mm，所述坡口33角度为25°所述套接管3壁厚大于所述主桁架上弦杆11、下弦杆12以及次桁架上弦杆21、下弦杆22壁厚2mm。

优选的，所述次桁架上弦杆21、下弦杆22至少伸入所述套接管3内200mm。

上述节点结构的连接方法包括如下步骤：

步骤一、在地面预先拼接好次桁架，并调整其焊接变形，在次桁架的上弦杆和下弦杆两端分别预先套入套接管，在安装套接管之前将槽口及套接管内的杂物清理干净；

步骤二、采用吊车将次桁架吊装于两个主桁架之间并且调整就位；

步骤三、外移次桁架上弦杆上的套接管，使套接管的相贯口抵靠主桁架上弦杆的弧形面并且旋转套接管使相贯口与弧形面贴合或套接管的坡口抵靠主桁架上弦杆焊接球，焊接套接管槽口和端面与次桁架上弦杆，焊接套接管相贯口与主桁架上弦杆弧形面或套接管坡口与主桁架上弦杆焊接球；

步骤四、外移次桁架下弦杆上的套接管，使套接管的相贯口抵靠主桁架下弦杆的弧形面并且旋转套接管使相贯口与弧形面贴合，焊接套接管槽口和端面与次桁架下弦杆，焊接套接管相贯口与主桁架下弦杆弧形面；

步骤五、移出吊车，对各套接管的焊点满焊焊接。

优选的，步骤三和步骤四中套接管的槽口至少焊接两道，次桁架上弦杆和下弦杆上的套接管外移后，其重合段至少为50mm。

本连接节点结构及方法采用套接管替换传统次桁架上下弦杆一端按规范截断不小于500mm管头，克服了传统施工方法的缺点，从根本上解决了钢结构空间管桁架连系桁架、连系梁等的高空安装问题。

与空间管桁架现有连接节点结构的安装技术相比，有以下几个方面特点：

1、施工进度方面：管桁架的吊装阶段，次桁架的安装往往制约着主桁架及整体结构的安装进度。使用套接管后，高空安装只需要将套接管抽到指定的位置，焊接相贯口及槽口即可定位完成，临时固定后就可以移走吊车。

2、施工质量方面：以往的次桁架安装时，对接口数量较多，相贯口需要高空调整，弦杆与截断的钢管对接时，留的缝隙大小不一，焊口过大造成的高空焊接量增加，焊接质量难保证；本发明只需要在套接管的两端及槽口焊接，大部分都是角焊缝，焊接难度低，焊缝强度大，而且弦杆不易变形，桁架质量及外观容易保证。

3、施工成本方面：在提高吊装效率的同时，降低了大型机械的台班费，节省了人工费和氧气、乙炔等辅材费，保证了焊缝质量，降低了焊缝返修率，降低了施工成本。

针对本连接节点结构及方法，其受力分析计算如下：

1、次桁架的上下弦杆尺寸为φ159×6，采用φ180×8的套接管，在传统安装方法中，次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的强度设计值为，其受力大小为：

其中：为焊缝的有效长度，为次桁架的上下弦杆壁厚；

采用本连接节点结构及方法后，其角焊缝的强度设计值为，焊缝高度为8mm，套接管端面直角焊缝受力大小为：

其中：为焊缝的高度，并取0.7倍，为套接管端面直角焊缝的强度设计值增大系数，并取1.22，

套接管槽口侧面角焊缝受力大小为：

其中：焊缝的有效长度取套接管槽口长度减去2倍焊缝高度，并且套接管有四个槽口，

则套接管焊接的总受力大小为

可见，套接管焊接的总受力大于次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的受力，保证了次桁架的受力能力。

2、次桁架的上下弦杆尺寸为φ180×6，采用φ203×8的套接管，在传统安装方法中，次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的强度设计值为，其受力大小为：

其中：为焊缝的有效长度，为次桁架的上下弦杆壁厚；

采用本连接节点结构及方法后，其角焊缝的强度设计值为，焊缝高度为8mm，套接管端面直角焊缝受力大小为：

其中：为焊缝的高度，并取0.7倍，为套接管端面直角焊缝的强度设计值增大系数，并取1.22，

套接管槽口侧面角焊缝受力大小为：

其中：焊缝的有效长度取套接管槽口长度减去2倍焊缝高度，并且套接管有四个槽口，

则套接管焊接的总受力大小为

可见，套接管焊接的总受力大于次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的受力，保证了次桁架的受力能力。

3、次桁架的上下弦杆尺寸为φ219×8，采用φ245×10的套接管，在传统安装方法中，次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的强度设计值为，其受力大小为：

其中：为焊缝的有效长度，为次桁架的上下弦杆壁厚；

采用本连接节点结构及方法后，其角焊缝的强度设计值为，焊缝高度为10mm，套接管端面直角焊缝受力大小为：

其中：为焊缝的高度，并取0.7倍，为套接管端面直角焊缝的强度设计值增大系数，并取1.22，

套接管槽口侧面角焊缝受力大小为：

其中：焊缝的有效长度取套接管槽口长度减去2倍焊缝高度，并且套接管有四个槽口，

则套接管焊接的总受力大小为

可见，套接管焊接的总受力大于次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的受力，保证了次桁架的受力能力。

4、次桁架的上下弦杆尺寸为φ245×10，采用φ273×12的套接管，在传统安装方法中，次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的强度设计值为，其受力大小为：

其中：为焊缝的有效长度，为次桁架的上下弦杆壁厚；

采用本连接节点结构及方法后，其角焊缝的强度设计值为，焊缝高度为12mm，套接管端面直角焊缝受力大小为：

其中：为焊缝的高度，并取0.7倍，为套接管端面直角焊缝的强度设计值增大系数，并取1.22，

套接管槽口侧面角焊缝受力大小为：

其中：焊缝的有效长度取套接管槽口长度减去2倍焊缝高度，并且套接管有四个槽口，

则套接管焊接的总受力大小为

可见，套接管焊接的总受力大于次桁架上下弦杆与截断管头对接焊缝的受力，保证了次桁架的受力能力。

经上述套接管焊接后的受力分析计算，证明完全可以采用套接管代替传统的次桁架安装方式，保证整个桁架结构的受力性能。

本连接节点结构及方法应用于某空冷机组工程煤场封闭钢结构安装工程，其占地面积约4.6万平米，建筑高度54米，该工程主体结构采用预应力张弦拱桁架结构形式，纵向长度242m，横向跨度192m，由17榀主桁架和112榀次桁架及两侧山墙桁架、马道、气窗等若干次构件组成，总的用钢量约4000吨。连系次桁架数量较多，圆管种类较多，次桁架较长，上弦杆长度为11米，下弦杆长度为15米，现场施工难度大。

现场采用本方法施工，使得连系次桁架、连系梁、天窗之间连接杆的安装更为便捷迅速，有效保证了施工质量及安装速度，尤其在外观和结构安全上面更加突出。次桁架的安装速度提高了约2.5倍，节约了大型机械台班及人工施工成本，缩短了施工工期约35天，取得较大的经济效益。