本发明涉及一种结构骨架，特别涉及一种用于建筑的网架结构骨架及制造方法。
背景技术：
钢构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。钢结构工程强度高、整体刚性好、变形能力强。钢骨架是钢构工程的主要组成部分，传统的钢骨架，可与工业厂房、输煤栈桥、仓库、加油站、高速公路收费站、礼堂、大型机车库、体育场馆、展览馆、飞机场的各种网架结构体育配套使用。其最大的优点是抗压能力强。但因其钢骨架本身的重量，不方便安装与运输。
技术实现要素：
为了解决背景技术中所提到的问题，本发明提供了一种新型的网架结构骨架，本发明的网架结构骨架采用聚氨酯复合材料制成，质量轻，在具有足够的强度和抗压能力的情况下，方便安装和运输。且不再需要钢金属，节省大量资源。
本发明还提供了此网架结构骨架的制备方法。
本发明的一种用于建筑的网架结构骨架，包括连接件和连接杆，其特征是：所述网架结构骨架的各组件均为聚氨酯复合材料制成，在连接件的外表面设置有一根至多根连接管，通过多个连接件和连接杆的连接组成建筑网络。连接件与连接杆的连接方式选自以下三种方式中的一种或多种任意组合；第一种方式为连接件通过其表面的连接管与连接杆插接相连；第二种方式为连接件上设置有供连接杆通过的贯穿孔，连接杆通过贯穿此孔与连接件相连；上述两种连接方式中连接件的外形为球体、正方体、长方体、圆柱体中的任意一种；第三种连接方式中连接件的主体为中间为细颈两端为球状的哑铃型，其中一端的第一球体上设置有供连接杆通过的贯穿孔，另一端的第二球体外面包覆有碗状体，碗状体与第二球体铰支4连接,两者之间设置有隔离层，碗状体的外表面设置有连接管,此第三种连接方式为一端采用碗状体表面的连接管与连接杆插接相连，另一端通过其它的连接杆穿过设置有贯穿孔的第一球体进行相连。
进一步的，所述连接管为中空，与之配套插接使用的连接杆为实芯，此时连接管的直径要略大于连接杆的直径。
可选择的，连接管为实芯，与之配套插接使用的连接杆两端相应长度为中空，此时连接杆的直径要略大于连接管的直径。
进一步的，连接件的外形为球体、正方体、长方体、圆柱体中的任意一种。优选为球体。
进一步的，所述聚氨酯复合材料为连续纤维增强的聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括如下组分：纯纤维丝65-85份，聚氨酯基础树脂15-35份。
进一步的，所述聚氨酯复合材料为连续纤维增强的聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括如下组分：纯纤维丝70-80份，聚氨酯基础树脂20-30份。
进一步的，所述纯纤维丝为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维以及金属纤维中的一种或多种。优选为碳纤维。
进一步的，连接件与连接杆的连接方式还可选自上述三种方式中的一种或多种任意组合。
本发明所述的网架结构骨架的制备方法，包括如下步骤：
s11、s21、s31采用复合材料的拉挤成型技术制备连接管：通过控制工艺条件,使最终得到的管材为中段部分为纯纤维丝,而前后两段为纤维增强的聚氨酯复合材料硬管,或者一段为纯纤维丝一段为纤维增强的聚氨酯复合材料硬管；
s12、s22、s33采用模压成型的方式制备连接件：
第一种连接方式中连接件的制备方法为：所用模具的模腔包括一个中心球腔以及一个至多个贯穿球腔的圆形管槽；将步骤s11中制得的一根至多根硬管分别放入圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与管相连的纯纤维丝均放置在模具的中心球腔，将多股软纯纤维丝在球腔内相互缠绕、打结，然后闭合模具,对球体进行注胶后模压一体成型后即得。
第二种连接方式中连接件的制备方法是：所用模具的模腔包括一个中心球腔以及一个至多个贯穿球腔的圆形管槽，球腔中设置有一圆柱体；将步骤s21中制得的一根至多根硬管分别放入圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与硬管相连的纯纤维丝均围绕着模具的球腔中心圆柱体缠绕，然后闭合模具,对球体进行注胶后模压一体成型，其中球腔中心圆柱体给所制备的连接件留下一个贯穿孔，此孔供连接杆穿过；
第三种连接方式中连接件的制备方法是：
第一步骤为制备哑铃型的主体：所用模具的模腔为两端为球形腔体的哑铃形状，其中一端球腔的中心设置有垂直于哑铃型腔体的贯穿孔；将纯纤维丝围绕着贯穿此孔的圆柱体缠绕设定圈数的一半，通过颈部到达另一端球腔内，自身打结形成球体，再翻转纯纤维丝到哑铃型腔体的贯穿孔的端部，继续缠绕设定圈数的另一半，形成一个含中心贯穿孔的球体；在此球体和颈部的外面再套入网状纯纤维丝筒，放置于模具中，然后闭合模具，进行注胶后模压一体成型，其中球腔中心圆柱体给制备连接件留下一个贯穿孔，此孔供连接杆穿过；
第二步骤：在碗型模具的模腔底部放置一些纤维布，将步骤s31中制得的一根至多根硬管分别放入碗形腔体周围的圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与硬管相连的纯纤维丝放置于碗型腔体内的纤维布上面，再在纤维丝上放入一些纤维布，接着放入隔离层，再利用上一步骤形成的哑铃型连接件不带贯穿孔的第二球体往下压，然后闭合模具，进行注胶后模压一体成型。
s13、s23、s33连接杆采用拉挤成型工艺制成。
优选所述步骤s11、s21、s31包括如下步骤：当多条纯纤维丝在一定拉扯张力下通过带有树脂浇注系统的模具时，浇注系统采用间歇式浇注的方式，即通过控制浇注量或浇注速度进行间歇式供料，使纤维在通过此系统后达到的状态是一段是浸渍有基础树脂，一段是纯纤维而不带有基础树脂，经过固化后形成一段为纤维增强的聚氨酯硬管然后接着是一段是纯纤维，硬管和纤维之间交替连接；最后切割后得到中部为纯纤维而前后两段为硬管的管材或者一段为纯纤维一段为硬管的管材。
上述制品比如前50公分是复合材料硬管，中间是30公分的软的纯纤维丝，后50公分是复合材料硬管。或者一段为60公分硬管，一段为20公分软的纯纤维丝等等，长度和直径可以根据需要任意设置。
本发明的每个连接件上的连接管为至少一根，当需要的连接管的根数为偶数时，只需要在步骤s11、s21、s31中制取前后两段为硬管而中段为纤维丝的管材即可。因为一根这样的管材经过步骤s12、s22、s32的模压，它的前后两段会分别成为连接件的上的一根连接管。当需要的连接管的根数为奇数时，最少需要制备一根一段为纯纤维一段为硬管的管材，在步骤s12、s22、s32中将这根管材的纤维部分放在模具的中心腔体内，将硬管部分放入圆形管槽，经过模压后硬管部分成为连接件外表面的一根连接管。
本发明使用的增强纤维为长的连续纤维，与非连续纤维相比，连续纤维作为增强体制备的复合材料拥有更优良的力学性能。
本发明模压时模具腔体的体积根据需要的连接件的大小来计算，连接件的体积可换算成预设密度多大的复合材料加上纯纤维丝，就可计算得到需要多少重量的复合材料和纯纤维丝放在腔体里。
连接件的强度与连接管的数量成正比，可根据需要的强度设置相应数量的连接管；连接件的各根连接管的角度可根据需要任意设置，设置的方式有多种：1、随意设置，但在安装使用时，最好要有相对称的力来抵抗，使连接件中心部分的合力为0。2.对称设置，使中心部分合力为0。
本发明中连接管和连接杆是中空还是实芯，是根据需要通过在拉挤成型时设计相应的模具制成的。
在本发明中，连接管、连接杆、连接件可以采用相同的聚氨酯复合材料制成，也可以采用不同的聚氨酯复合材料制成，工艺条件也可以不同，只要它们之间的直径和长短、样式等符合彼此之间插接的要求就可以。比如连接管采用碳纤维增强的复合材料，而连接件采用玻璃纤维增强的复合材料。本发明所用的聚氨酯复合材料的原料没有特别的限制，比如其中的聚氨酯基础树脂和增强的纤维的种类和性能指标等等，只要满足相应的成型工艺的要求的材料都可以使用。
本发明的网架结构骨架可以采用本发明上述的制备方法制备，但并不限于上述公开的制备方法，只要满足结构要求的制备方法都可以使用。比如本发明第一种连接方式，连接件可以采用下述方式制备：将纤维丝织成布，在布的表面涂上复合材料后，沿布的一边缘卷起成一棒形，将棒形布的中间段置于模具的模腔中部，棒形的两端放置于模具的长条圆形管槽里，再将其它的卷好的棒形纤维布同样方法放置于模具的其它圆形管槽内，并把多个棒状布中间段在模腔中心部分缠绕打结，最后关闭模具，加热模压一体成型。这种制备方法与本发明前面所述的第一种连接方式的连接件模压制备时使用的模具相同，最终得到的制品结构也相同。
有益效果：
1.本发明连接件能够承受足够力量的原因在于：在制作连接件将连接管的纯纤维丝放入模具时，因为每一根连接管只有一股纯纤维丝，不能从内部分开，只能整体与另一根连接管的纯纤维丝叠加、绕圈、打结等方式在一起。所以整根连接管从加工到最后产品的成型，都没有被截断，是完整的一根连接管，所以可以保证足够的强度。连接管与连接件是靠中间的纯纤维部分交叉在一起，再整体浇注，这样形成的连接件虽然交点体积不大，但是整体強度很大。
2.另外第三种连接方式中碗状体和其包覆的球体为铰支连接，这样两者之间就可以相对的转动，另外本发明的连接管可以根据具体要求在连接件表面任意设置，这两方面都大大方便了安装时各相应连接部件对方向和角度的要求。
3.本发明通过在连接件的四周布置有一体成型的1至多根连接管，通过大量的连接管和连接件组成一个巨大的建筑网络，代替传统的建筑钢结构网络。不但具有足够的强度和抗压能力，且材料轻，可减少大量生产建筑成本。
4.本发明既方便了安装和运输，又不再需要钢金属，节省了大量资源。
附图说明
图1为本发明第一种连接方式的立体分解示意图；
图2为制备连接管时的切割示意图；
图3为本发明第一种连接方式中连接件的制作模具的模具块的立体结构图；
图4为本发明第一种连接方式中连接件的制作模具的分解示意图；
图5为本发明第二种连接方式中连接件和连接管的立体结构图；
图6为本发明第二种连接方式的立体结构示意图；
图7为本发明第二种连接方式中连接件的制作模具的分解示意图；
图8为本发明第二种连接方式中连接件的制作模具的闭模示意图；
图9为本发明第三种连接方式的立体结构示意图；
图10为本发明第三种连接方式中制作连接件的第一步骤中模具的分解示意图；
图11为本发明第三种连接方式中制作连接件的第一步骤中模具的闭模示意图；
图12为本发明第三种连接方式中制作连接件的第二步骤中模具的分解示意图；
图13为本发明第三种连接方式中制作连接件的第二步骤中模具的闭模示意图。
附图标记：
1.连接件；2.连接杆；3.连接管；4.切割线；5.聚氨酯硬管；6.纯纤维丝；7.中心腔体；8.弧形管槽；9.贯穿孔；10.圆柱体；11.细颈；12.第一球体；13.第二球体；14.碗状体；15.哑铃形腔体。
具体实施方式
下面我们结合说明书附图介绍本发明的一个较佳实施例，举例证明本发明可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。
实施例1：本发明第一种连接方式的网架结构骨架及其制备方法。
实施例1的具体结构及连接方式如图1所示。
本实施例的一种用于建筑的网架结构骨架，包括连接件1和连接杆2，所述网架结构骨架的各组件均为聚氨酯复合材料制成，连接件1为球体，在连接件1的外表面设置有与连接件1一体成型的一根至多根连接管3，连接管3可设置在连接件1表面的任意角度，通过多个连接件1和连接杆2的连接组成建筑网络。连接件1通过其表面的连接管3与连接杆2插接相连；当连接管3为中空时，与之配套插接的连接杆2实芯；当连接管3为实芯时，与之配套插接的连接杆2两端的相应长度为中空，用于套进连接管3。
本实施例的连接杆2和连接件1和连接管3采用的纤维都是长的连续碳纤维，所用的原料均相同，按重量份数计为：碳纤维丝75份，聚氨酯基础树脂25份。所述聚氨酯基础树脂的各原料按重量份包括如下组分：
本实施例的网架结构骨架的制备方法，包括如下步骤：
s11采用复合材料的拉挤成型技术制备连接管3：
将聚醚二元醇与二月桂酸二丁基锡催化剂、碳二亚胺类除水剂、纳米钛白粉混合搅拌均匀，置于模具头部的双组分浇注系统的b罐内；将二苯基甲烷二异氰酸酯置于该双组分浇注系统的a罐内，该双组份浇注系统由一高速分散模头与模具头部密闭相连，a料和b料在打入模具之前经高速分散模头混合均匀；模具温度为三段控温，头部为90℃，中间为150℃，末端为120℃；当多条碳纤维丝在一定拉扯张力下通过带有树脂浇注系统的模具时，浇注系统采用间歇式浇注的方式，即控制浇注量或速度进行间歇式供料，使纤维在通过此系统后达到的状态是一段是浸渍有基础树脂，一段是纯纤维而不带有基础树脂，经过固化后形成一段为纤维增强的聚氨酯硬管5然后接着是一段是纯纤维丝6，硬管5和纯纤维丝6之间交替连接。最后切割后得到中部为纯纤维丝6而前后两段为硬管5的管材或者一段为纯纤维丝6一段为硬管5的管材。其中一种结构的切割示意图如图2所示：沿着相邻的两根聚氨酯硬管5上的切割线4进行切割，得到两端为硬管，中部为纯纤维丝6的制品，此两端的硬管即可以用做本发明的两根连接管。
s12采用模压成型的方式制备连接件1：
所用模具的模腔内包括一个中心球腔以及一个至多个贯穿球腔的圆形管槽；将步骤s11中切割制得的一根至多根硬管分别放入圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与管相连的纯纤维丝6均放置在模具的中心球腔，将多股软纯纤维丝6在球腔内相互缠绕、打结，然后闭合模具,对球体进行注胶后模压一体成型后即得。所注树脂的成分与步骤s11中的聚氨酯树脂的配方相同，模压温度为100度。
本实施例的制作连接件1的模具由多个模具块组成，模具块的结构如图3所示：模具块的中心腔体7为圆弧状，以及与腔体相连的1个至多个弧形管槽8。通过多个模具块的组合，组成一个球形腔体周围带圆形管槽的模具。多个模具块可根据需要角度以及连接管3的数量任意组合，比如可组成完整的正方体模具，正方形模具的分解示意图如图4所示。也可以组成一个带有所需数量的圆形管槽和球头的其它任意形状的模具。
s13连接杆2采用拉挤成型工艺制成，所述拉挤成型工艺为现有技术。
这个实施例的优点是：连接管3的数量可以调，模具是一个多面体，只需要改变模具的多面体的角度即可。也就是说，实施例1的连接管3是至少一根。
实施例2：本发明第二种连接方式的网架结构骨架及其制备方法。
本实施例的一种用于建筑的网架结构骨架，本实施例的具体结构及连接方式如图5和图6所示，包括连接件1和连接杆2，所述网架结构骨架的各组件均为聚氨酯复合材料制成，连接件1为球体，在连接件1的外表面设置有与连接件1一体成型的一根至多根连接管3，连接件1上设置有供连接杆2通过的贯穿孔9，连接杆2通过此孔与连接件1相连。
本实施例的贯穿孔9的直径略大于连接杆2的直径，使连接杆2可以在贯穿孔9中自由转动，但是并不能使连接杆2转出来。
本实施例采用的纤维是长的连续玻璃纤维，所用原料的重量份数为：纯玻璃纤维丝80份，聚氨酯基础树脂20份。所述聚氨酯基础树脂的各原料按重量份包括如下组分：
本实施例的制造方法是包括如下步骤：
s21采用复合材料的拉挤成型技术制备连接管3：
将聚醚二元醇与二月桂酸二丁基锡催化剂、碳二亚胺类除水剂混合搅拌均匀，置于模具头部的双组分浇注系统的b罐内；将二苯基甲烷二异氰酸酯置于该双组分浇注系统的a罐内，该双组份浇注系统由一高速分散模头与模具头部密闭相连，a料和b料在打入模具之前经高速分散模头混合均匀；模具温度为三段控温，头部为90℃，中间为150℃，末端为120℃；当多条碳纤维丝在一定拉扯张力下通过带有树脂浇注系统的模具时，浇注系统采用间歇式浇注的方式，即控制浇注量或速度进行间歇式供料，使纤维在通过此系统后达到的状态是一段是浸渍有基础树脂，一段是纯纤维而不带有基础树脂，经过固化后形成一段为纤维增强的聚氨酯硬管5然后接着是一段是纯纤维丝6，硬管5和纯纤维丝6之间交替连接。最后切割后得到中部为纯纤维丝6而前后两段为硬管5的管材或者一段为纯纤维丝6一段为硬管5的管材。其中一种结构的切割示意图如图2所示：沿着相邻的两根聚氨酯硬管5上的切割线4进行切割，得到两端为硬管，中部为纯纤维丝6的制品，此两端的硬管即可以用做本发明的两根连接管。
s22采用模压成型的方式制备连接件：所用模具的模腔内包括一个中心球腔以及一个至多个贯穿球腔的圆形管槽，球腔中设置有一圆柱体10；将步骤s21中制得的一根至多根硬管分别放入圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与硬管相连的纯纤维丝6均围绕着模具的球腔中心圆柱体10缠绕，然后闭合模具,对球体进行注胶后模压一体成型，其中球腔中心圆柱体给所制备的连接件留下一个贯穿孔9，此孔供连接杆2穿过；模压温度为105摄氏度。
模压的模具由多个模具块组成，具体结构如图7和图8所示。
s23连接杆2采用拉挤成型工艺制成，所述拉挤成型工艺为现有技术。
将上述部件制备好后，安装时将连接件1固定在连接杆2的结合处，固定的方式既可采用现有技术，也可采用再整体浇注球体使之一体成型的方法。虽然是两次成型，但由于是纤维完整，胶料一致，整体压注成型，这样，能够保证强度。
正是因为采用的聚氨酯这样的复合材料，所以不能采用传统的钢骨架的连接件的固定形式，因为很容易松卸，进而导致连接强度不够，采用本发明的连接件和连接方式，可以保证结构强度和抗压能力。
实施例3
本实施例的一种用于建筑的网架结构骨架，包括连接件和连接杆2，所述网架结构骨架的各组件均为聚氨酯复合材料制成，在连接件的外表面设置有与连接件一体成型的一根至多根连接管3，通过多个连接件和连接杆2的连接组成建筑网络。连接件的主体为中间为细颈11，两端为球状的哑铃型，其中一端的第一球体13上设置有供连接件通过的贯穿孔，另一端的第二球体12外面包覆有碗状体14，碗状体14与第二球体12铰支连接,两者之间设置有隔离层，碗状体14的外表面设置有连接管3,此第三种连接方式为一端采用碗状体14表面的连接管3与连接杆2插接相连，另一端通过其它的连接杆2穿过设置有贯穿孔的第一球体13进行相连。
本实施例的连接杆2和连接件和连接管3采用的纤维都是长的连续碳纤维，所用的原料均相同，按重量份数计为：碳纤维丝65份，聚氨酯基础树脂35份。所述聚氨酯基础树脂的各原料按重量份包括如下组分：
本实施例的网架结构骨架的制备方法，包括如下步骤：
s31采用复合材料的拉挤成型技术制备连接管3：
将聚醚二元醇与二月桂酸二丁基锡催化剂、碳二亚胺类除水剂、纳米钛白粉混合搅拌均匀，置于模具头部的双组分浇注系统的b罐内；将二苯基甲烷二异氰酸酯置于该双组分浇注系统的a罐内，该双组份浇注系统由一高速分散模头与模具头部密闭相连，a料和b料在打入模具之前经高速分散模头混合均匀；模具温度为三段控温，头部为90℃，中间为150℃，末端为120℃；当多条碳纤维丝在一定拉扯张力下通过带有树脂浇注系统的模具时，浇注系统采用间歇式浇注的方式，即控制浇注量或速度进行间歇式供料，使纤维在通过此系统后达到的状态是一段是浸渍有基础树脂，一段是纯纤维而不带有基础树脂，经过固化后形成一段为纤维增强的聚氨酯硬管5然后接着是一段是纯纤维丝6，硬管5和纯纤维丝6之间交替连接。最后切割后得到中部为纯纤维丝6而前后两段为硬管5的管材或者一段为纯纤维丝6一段为硬管5的管材。切割后的硬管即可用做本发明的连接管。
s32采用模压成型的方式制备连接件：
第一步骤为制备哑铃型的主体：所用模具的模腔为两端为球形腔体的哑铃形状，具体结构如图10和图11所示。其中一端球腔的中心设置有垂直于哑铃型腔体15的贯穿孔；将纯纤维丝6围绕着贯穿此孔的圆柱体缠绕设定圈数的一半，通过对应细颈11的模具的颈部到达另一端球腔内，自身打结形成第二球体12，再翻转纯纤维丝到哑铃型腔体15的贯穿孔的端部，继续缠绕设定圈数的另一半，形成一个含中心贯穿孔的第一球体13；在此球体和颈部的外面再套入网状纯纤维丝筒，放置于模具中，然后闭合模具，进行注胶后模压一体成型，其中球腔中心圆柱体给制备连接件留下一个贯穿孔，此孔供连接杆2穿过。
第二步骤：在碗型模具的模腔底部放置一些纤维布，模具的结构如图12和13所示。将步骤s31中制得的一根至多根硬管分别放入碗形腔体周围的圆形管槽内，每个槽对应放置一根硬管，与硬管相连的纯纤维丝6放置于碗型腔体内的纤维布上面，再在纤维丝6上放入一些纤维布，接着放入隔离层，再利用上一步骤形成的哑铃型连接件不带贯穿孔的第二球体12往下压，此时第二球体12未固化，然后闭合模具，进行注胶后模压一体成型，进而将碗状体14与第二球体12固化，因为碗状体14与第二球体12之间具有隔离层，所以碗状体14与第二球体12没有粘结而是可以活动的，又因为碗状体14的开口直径小于第二球体12的最大直径，所以第二球体12并不能从碗状体14的开口处脱离。上述步骤形成的结构既保证了第二球体12与碗状体14之间的拉力和压力，也使第二球体12与碗状体14有活动的余地。
s33连接杆2采用拉挤成型工艺制成，所述拉挤成型工艺为现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。