一种用于空间曲面编织结构体系的单杆及其连接节点的制作方法

本实用新型涉及一种结构构件，特别是一种利用连续弹性杆件编织的复杂空间曲面的杆件及其连接节点。

背景技术：

现有的空间曲面结构体系和建造方法一般包括：空间网壳结构、骨架结构、张拉膜结构、钢或混凝土壳体结构。目前现有的具有编织形态的结构均是钢材制成，即便其形态近似编织形态，但其本质还是钢结构体系，杆件采用钢材制成，自重仍然较重，材料运输不便，更不具有弹性和编织的特性，节点连接仍然焊接连接。同时这种钢结构的夜间造型无法改变，只能在底部支座上安装照明系统，然后向上对钢结构进行打光，造型单一。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于空间曲面编织结构体系的单杆及其连接节点，要解决现有钢构件无法满足编织结构的弹性和编织的特性，自重仍然较重，材料运输不便，节点连接复杂，同时结构夜间造型单一的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于空间曲面编织结构体系的单杆，包括杆体，所述杆体为连续可弯曲的弹性杆件，所述杆体包括主体骨架，所述主体骨架的横截面为圆形的管状或者弧形片状，所述主体骨架由FRP、PC、PE、PPR、碳纤维或玻璃纤维材料制成并且允许光线通过，所述杆体还包括与主体骨架连接为一体的发光装置，所述发光装置包括发光带，所述发光带与主体骨架固定连接。

所述主体骨架是管状杆，所述发光带穿入主体骨架内。

所述主体骨架是弧形片状杆，所述发光带置入主体骨架内侧的弧形槽内。

所述发光带为LED灯带、光纤或EL冷光线。

一种用于空间曲面编织结构体系的单杆的连接节点，所述主体骨架分为组成编织结构体系曲面形态的编织杆和编织结构体系底部环形的起始边杆，所述连接节点包括两根编织杆、一根起始边杆、节点板、连接螺栓和限位螺栓，所述编织杆与起始边杆均呈60度夹角，两根编织杆之间也呈60度夹角，

所述编织杆的连接端的端部各自开有一个编织杆孔，所述节点板设置一块，节点板上开有六个螺栓孔，其中两个螺栓孔为对应编织杆孔、用于穿过连接螺栓的连接螺栓孔，连接螺栓孔左右对称设置，剩下四个螺栓孔为用于穿过限位螺栓的限位螺栓孔，限位螺栓孔左右对称设置，前后两个为一对，

每对限位螺栓孔的设置宽度与起始边杆的尺寸相适应，限位螺栓孔内穿入限位螺栓，所述起始边杆的上下两侧分别卡入每对限位螺栓之间，起始边杆通过限位螺栓夹持并限位固定，编织杆的连接端通过依次穿入连接螺栓孔和编织杆孔的连接螺栓固定在节点板上，

所述主体骨架为管状杆，管状杆内均穿入发光带，在主体骨架交汇的位置处、起始边杆的杆壁上设置穿线槽，所述发光带在主体骨架内侧交汇的位置露出有切割掉外部包覆层的电线，所述电线卡入的穿线槽。

另一种用于空间曲面编织结构体系的单杆的连接节点，所述主体骨架分为组成编织结构体系曲面形态的编织杆和编织结构体系底部环形的起始边杆，所述连接节点包括两根编织杆、一根起始边杆、节点板、连接螺栓和限位螺栓，所述编织杆与起始边杆均呈60度夹角，两根编织杆之间也呈60度夹角，

所述编织杆的连接端的端部各自开有一个编织杆孔，所述节点板上下相对设置两块，节点板之间的螺栓孔也上下相对设置，每块节点板上开有六个螺栓孔，其中两个螺栓孔为对应编织杆孔、用于穿过连接螺栓的连接螺栓孔，连接螺栓孔左右对称设置，剩下四个螺栓孔为用于穿过限位螺栓的限位螺栓孔，限位螺栓孔左右对称设置，前后两个为一对，

每对限位螺栓孔的设置宽度与起始边杆的尺寸相适应，限位螺栓孔内穿入限位螺栓，所述起始边杆的上下两侧分别卡入每对限位螺栓之间，两块节点板之间通过限位螺栓夹持并限位固定起始边杆，两块节点板之间通过连接螺栓夹持并上下固定编织杆，编织杆的连接端通过依次穿入连接螺栓孔和编织杆孔的连接螺栓固定在两块节点板之间；

所述主体骨架为弧形片状杆，弧形片状杆内均穿入发光带，在主体骨架交汇的位置处、起始边杆的杆壁上设置穿线孔，所述发光带在主体骨架内侧交汇的位置露出有切割掉外部包覆层的电线，所述电线穿出穿线孔。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

本实用新型创新的采用了力学性能优越的材料，可以将其应用到拓扑关系复杂、形态变化多样的复杂空间曲面结构，解决了现有施工复杂空间曲面结构体系材料加工困难，曲面形态实现程度低的技术问题，具体如下：

一、结构轻盈；

本实用新型的结构体系选取了力学性能优越的材料制成弹性杆件作为骨架结构，并对骨架结构进行截面优化，同时简化连接点设计。本实用新型使用弹性材料，整体结构重量较小，材料运输方便，结构的建造和移动都非常简便。

二、受力合理；

由于弹性杆件的受力与其变形具有一致性，根据设计方案建成曲面骨架结构后，杆件之间将根据受力情况进行微小变形，变形后整体形态变化不大，同时由于杆件在结构中相互平衡，整体受力更均匀合理，杆件连接简洁明确，传力清晰。同时采用弹性杆件进行建造，由于杆件的材质沿轴向是均匀的，因此在形成复杂空间曲面形态时，基本不存在扭转等问题。因此在通过弯曲杆件建造曲面形态时，不需对材料进行额外加工，只需根据节点信息把杆件进行两两连接即可，为以后施工简便打下基础。

三、造型美观，可具备互动性；

本实用新型的骨架结构在设计方案生成时，即具备其“编织”特征；同时骨架结构采用具有允许光线通过的透明或半透明的特征的弹性材料，具有造型简洁美观的特点，同时还可以在骨架结构中加入发光装置，结构杆件与发光装置相结合，调节表皮透明度和位置，灯光效果可根据使用者的控制而产生变化，改变整体的空间围合效果灯光视觉效果强烈，具有良好的互动性。

四、应用范围广；

本实用新型可以通过使用不同的杆件材料，既可以用在更小规模上用于灯具设计，也可以在更大规模上用于建筑实际工程。

五、本实用新型还设计了与编织杆件相配合使用的连接节点，在实际使用时一般在工厂中整体预制好，现场可以直接通过螺栓进行连接加固，施工简便易行。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型三通形式的骨架结构示意图。

图2是本实用新型实施例为管状杆的横截面结构示意图。

图3是本实用新型图1 中A处第一种节点连接方式结构示意图。

图4是本实用新型图1 中A处第二种节点连接方式结构示意图。

图5是图4的组合连接图。

附图标记：1－主体骨架、11－起始边杆、12－编织杆、2－发光带、3－节点板、31－连接螺栓孔、32－限位螺栓孔、4－连接螺栓、5－限位螺栓、6－编织杆孔、7－穿线槽、8－电线、9－穿线孔。

具体实施方式

参见图1所示，设计一种轮廓为三通形式的形空间曲面编织结构体系，由单杆之间弯曲相互编织穿插、单杆之间各个连接点的连接形成自体成型网格状的骨架结构，单杆作为该骨架结构的受力构件以及空间曲面轮廓的形成构件。

参见图2所示，所述单杆包括杆体，所述杆体为连续可弯曲的弹性杆件，所述杆体包括主体骨架1，所述主体骨架1的横截面为圆形的管状或者弧形片状，所述主体骨架1由FRP、PC、PE、PPR、碳纤维或玻璃纤维材料制成并且允许光线通过，所述杆体还包括与主体骨架连接为一体的发光装置，所述发光装置包括发光带2，所述发光带2与主体骨架1固定连接。

参见图2、4-5所示，当所述主体骨架1是管状杆时，所述发光带2穿入主体骨架内。

参见图3所示，当所述主体骨架1是弧形片状杆时，所述发光带2置入主体骨架内侧的弧形槽内。

所述发光带2为LED灯带、光纤或EL冷光线。

所述主体骨架1分为组成编织结构体系曲面形态的编织杆12和编织结构体系底部环形的起始边杆11，这种单杆的连接节点包括两根编织杆12、一根起始边杆11、节点板3、连接螺栓4和限位螺栓5，所述编织杆12与起始边杆11均呈60度夹角，两根编织杆12之间也呈60度夹角。

参见图3所示，当所述主体骨架1为弧形片状杆时，所述编织杆12的连接端的端部各自开有一个编织杆孔6，所述节点板3设置一块，节点板3上开有六个螺栓孔，其中两个螺栓孔为对应编织杆孔6、用于穿过连接螺栓4的连接螺栓孔31，连接螺栓孔31左右对称设置，剩下四个螺栓孔为用于穿过限位螺栓的限位螺栓孔32，限位螺栓孔32左右对称设置，前后两个为一对。

每对限位螺栓孔32的设置宽度与起始边杆11的尺寸相适应，限位螺栓孔32内穿入限位螺栓5，所述起始边杆11的上下两侧分别卡入每对限位螺栓5之间，起始边杆11通过限位螺栓5夹持并限位固定，编织杆12的连接端通过依次穿入连接螺栓孔31和编织杆孔6的连接螺栓4固定在节点板3上。

弧形片状杆内均穿入发光带2，为了保证发光带串并联的连接，在主体骨架1交汇的位置处、起始边杆的杆壁上设置穿线槽7，所述发光带在主体骨架1内侧交汇的位置露出有切割掉外部包覆层的电线8，所述电线8卡入的穿线槽7。

参见图2、4-5所示，当所述主体骨架1为管状杆时，所述编织杆12的连接端的端部各自开有一个编织杆孔6，所述节点板3上下相对设置两块，节点板3之间的螺栓孔也上下相对设置，每块节点板3上开有六个螺栓孔，其中两个螺栓孔为对应编织杆孔6、用于穿过连接螺栓4的连接螺栓孔31，连接螺栓孔31左右对称设置，剩下四个螺栓孔为用于穿过限位螺栓的限位螺栓孔32，限位螺栓孔32左右对称设置，前后两个为一对。

每对限位螺栓孔32的设置宽度与起始边杆11的尺寸相适应，限位螺栓孔32内穿入限位螺栓5，所述起始边杆11的上下两侧分别卡入每对限位螺栓5之间，两块节点板3之间通过限位螺栓5夹持并限位固定起始边杆11，两块节点板3之间通过连接螺栓4夹持并上下固定编织杆12，编织杆12的连接端通过依次穿入连接螺栓孔31和编织杆孔6的连接螺栓4固定在两块节点板3之间。

管状杆内均穿入发光带2，为了保证发光带串并联的连接，在主体骨架1交汇的位置处、起始边杆的杆壁上设置穿线孔9，所述发光带在主体骨架1内侧交汇的位置露出有切割掉外部包覆层的电线8，所述电线8穿出穿线孔9。

所述节点板为塑料节点或金属节点，可以采用3D打印制成。