榫卯型毂式节点及空间网格结构的制作方法

本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种榫卯型毂式节点及空间网格结构。

背景技术：

triodect(泰姆科节点)形式最初是由铝组件构造的，1966年，为了提高节点的承载力和和减少毂式节点空间网格结构的成本，在梁的圆管和梁铸造的插头端用钢代替铝，所以这种节点最终是由钢梁和铝毂体组成的。20世纪80年代，中国学者将改进了triodect节点，形成了由钢梁和钢毂体组成的毂式节点，并建立了中国钢毂式节点的标准：jg/t136-2001、jgj61-2003和jgj7-2010。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在如下技术缺陷：

一、近30年来，中国经济快速发展，这对钢铁生产发展有很大的影响。截至2014年，中国钢铁产量超过8亿吨，2016年，中国拥有世界十大钢铁生产企业中的五家。随着钢铁生产的发展，空间网格钢结构也快速发展。因此，为了满足空间网格钢结构发展的要求，设计师不断地研究空间网格结构的不同类型连续节点。对于空间网格结构，节点的力学性能是结构安全的决定性因素。

二、在空间网架结构中，结构的一个节点的失稳对结构整体稳定性有很大影响，可能导致整个结构的倒塌，因此本发明的主要考虑了毂式节点的局部稳定性问题。空间框架结构依靠节点的抗弯承载能力，承插节点的弯矩通过节点杆件的圆形插头与节点毂体的圆形卯槽之间的机械联锁传力，但由于节点杆件的插头截面比杆件本身弱，这就导致节点容易局部失稳而破坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种榫卯型毂式节点及空间网格结构，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种榫卯型毂式节点，包括：

毂体，其侧壁上设有若干毂体凹槽，毂体上设有贯穿毂体上下表面的中心孔；

杆件，其一端设有插头，所述插头连接于毂体的毂体凹槽内；以及

固定部件，可穿过中心孔将毂体和杆件固定，防止杆件在竖直方向上滑出毂体。

作为本发明的另一个方面还提供了一种空间网格结构，内含有如上所述的榫卯型毂式节点。

基于上述技术方案可知，本发明的榫卯型毂式节点及空间网格结构相对于现有技术至少具有以下优势之一：

(1)本发明保证了毂体截面的应力平衡分布，提高节点刚度和抗拉承载力、抗压承载力、抗弯承载力。

(2)本发明要通过改善杆件的插头与节点毂体的卯槽的机械联锁传力形式来提高毂式节点局部稳定性，包括节点极限抗拉、抗压和抗弯的承载力改善了整个含有毂式节点的空间网格结构的稳定性，形成了更安全的结构体系。

附图说明

图1是本发明一实施例中h型梁的空间网格结构的榫卯型毂式节点的组装爆炸结构示意图；

图2是本发明一实施例中圆管梁的空间网格结构的榫卯型毂式节点的组装爆炸结构示意图；

图3是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的横截面示意图；

图4是本发明一实施例中h型梁的榫卯型毂式节点的立体结构示意图；

图5是本发明一实施例中六圆管梁的榫卯型毂式节点的立体结构示意图；

图6是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的垫片的俯视方向结构示意图；

图7是本发明一实施例中榫卯型毂式节点有牙纹的榖体横截面结构示意图；

图8是本发明一实施例中榫卯型毂式节点有牙纹的榖体的立体结构图；

图9是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的h型杆件的立体结构示意图；

图10是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的圆管杆件的立体结构示意图；

图11是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的杆件横截面尺寸示意图；

图12是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的插头的立体结构示意图；

图13是本发明一实施例中榫卯型毂式节点的插头的横截面示意图。

上图中，附图标记含义如下：

1-毂体；2-杆件；3-插头；4-毂体凹槽；5-垫片；6-螺栓；7-螺母；8-垫圈；9中心孔；10-杆件喉；11-毂体牙纹；12插头牙纹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明为了提高毂式节点的局部稳定性，包括节点极限抗拉、压和弯的承载力，对空间网格结构榫卯型毂式节点(ndhj)的杆件插头与节点毂体凹槽的机械联锁改进和优化。因为这种节点是通过节点杆件插头与毂体卯槽中间的机械联锁而传力，所以本发明是通过了对该节点连接的改进来优化榫卯式的毂式节点。对节点进行改进和优化会提高节点的局部稳定性，也会提高用毂式节点的整个空间网格结构的稳定性。

本发明为解决公知技术存在的技术问题所采用的技术方案是：毂式节点的抗拉、压和弯是通过节点的杆件插头与毂体的凹槽之间的机械联锁传力，但毂式节点的普通插头截面比构件本身弱，在荷载作用下会导致节点失稳。

通过研究普通毂式节点的局部稳定性，包括极限抗弯、拉和压承载力、破坏模态发现这个节点的破坏主要有两个模式，第一个模式是毂体槽间破坏模式，第二个模式是杆件在最小的宽度破断。原因是在荷载作用下节点的应力主要集中在毂体槽间和杆件插头的最小宽度处。因此，本发明基于对毂式节点破坏模式的分析，为解决在荷载作用下节点的应力集中问题，建立了空间网格结构的新榫卯型毂式节点。在空间网格结构的新榫卯型毂式节点中，有牙纹的杆件插头和毂体凹槽替换了原先毂式节点杆件的普通圆形插头和圆形的凹槽。普通毂式节点的杆件最大应力仅存在于插头的一段截面，而新型的有牙纹的杆件插头会把应力分布到整个插头的三段截面，这样会提高杆件插头的承载力，并提高节点的稳定性。同理，普通的毂式节点毂体上的最大应力仅存在于凹槽之间的一段截面上，而新型毂体有牙纹的凹槽会把应力分布到整个凹槽面，这样也会提高杆件插头的承载力，并提高节点的稳定性。综上所述，用本发明中的空间网格结构的新榫卯型毂式节点设计办法会提高节点的承载力，达到节点更好的局部稳定性，而且自然的提高整个用毂式节点的空间网格结构的稳定性和安全性。

本发明公开了一种榫卯型毂式节点，包括：

毂体，其侧壁上设有若干毂体凹槽，毂体上设有贯穿毂体上下表面的中心孔；

杆件，其一端设有插头，所述插头连接于毂体的毂体凹槽内；以及

固定部件，可穿过中心孔将毂体和杆件固定，防止杆件在竖直方向上滑出毂体。

其中，所述的插头上设有若干用于防止插头在水平方向上脱离毂体凹槽的插头牙纹，所述毂体凹槽上设有用于匹配插头牙纹的毂体牙纹。

其中，所述插头牙纹靠近杆件一端的牙纹宽度大于远离杆件一端的牙纹宽度。

其中，若干所述插头牙纹的外端均落在同一扇形的半径上。

其中，若干所述毂体凹槽均匀分布在毂体的侧壁上；

其中，所述毂体凹槽的个数为4个、6个或9个。

其中，所述毂体凹槽的宽度大于插头的宽度。

其中，所述杆件包括h型或圆管型；

其中，所述杆件靠近插头的一端呈楔型。

其中，所述固定部件包括：

至少两个垫片，其分别设置在毂体顶部和底部，用于防止插头在垂直方向上脱离毂体凹槽；

螺栓，其穿过中心孔将毂体和杆件固定。

其中，所述固定部件还包括用于加固连接的垫圈；

其中，所述垫片包括圆形。

本发明还公开了一种空间网格结构，内含有如上所述的榫卯型毂式节点。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

空间网格结构的新榫卯型毂式节点的组装主要包括带六个毂体凹槽4的毂体1，如图7、8所示；h型或圆管型杆件2，如图1、4所示或如图2、5、9所示；h型杆件2的有牙纹的插头3，如图11、12所示；毂体凹槽4，如图1、2、7、8所示；大垫片5，如图1、2、4、6所示；螺栓6，如图1、2、4、5所示；螺母7，如图1、2、4、5所示；小垫圈8，如图1、2、4、5所示；螺栓毂体1的中心孔9，如图6-8所示；杆件喉10，如图2、5、9所示；毂体凹槽的牙纹13，如图7、8所示；插头3的插头牙纹12，如图11、12所示。

为了进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下：

空间网格结构的榫卯型毂式节点采用了承插连续的概念，如图1-5所示。空间网格结构榫卯型毂式节点靠杆件2的插头3与节点的毂体凹槽4的机械联锁传力，所以设计能提高节点承载力的杆件2的插头3与节点的毂体凹槽4是节点设计中的关键。本发明为了提高节点的承载力，依据三个原理而提出了有牙纹的杆件插头3和毂体凹槽4的设计。一、保持插头3的最小宽度不变，如图11中的l宽度，然后为了分布插头3面的应力在插头3的两侧设计对称的牙纹，如图11所示，基于该原理，插头3与毂体凹槽4的牙纹越多应力分布的越平衡。二、照设计螺栓的螺旋原理，插头3与毂体1的牙纹越靠近毂体1外径，牙纹的受力越大。所以，设计牙纹的时向外牙纹的宽度要比向中心牙纹的宽度大，如图11和图7所示。三、越靠近毂体1外径，毂体凹槽4间的距离越大，所以设计牙纹时向毂体1外径牙纹的深度要比向毂体1中心牙纹的深度大，如图11中的l1、l2和l3。依据研究和分析的结果，本发明提出的空间网格结构的新榫卯型毂式节点的承载力和稳定性要比普通毂式节点的更好。

空间网格结构的榫卯型毂式节点通过铸件(插头)与圆管或h型杆件环焊后，节点的毂体1与杆件2可以连在一起。节点每个杆件2的插头3可以一个一个的插入节点的毂体凹槽4，这种插头3和毂体凹槽4的结合形式会防止梁的水平位移(如图1和图2所示)。为了防止杆件2拔出，插头3插入毂体凹槽4后，螺栓6穿过放置在插头3和毂体凹槽4的结合形式两端的上下大垫片5中心和小垫圈8中心，再用螺栓6、螺母将两端连接(如图1、2、4和图5所示)，以约束杆件2的垂直位移。为了确保设计的容错性，毂体凹槽4要比杆件2的插头3大一点，其他安装要求和规格可以参考单层网壳嵌入式毂节点的规范。

空间网格结构的新榫卯型毂式节点的设计要考虑的控制参数包括：毂体外径、毂体和插头的高度、插头与毂体的牙纹数量、插头与毂体的牙纹宽度、插头与毂体的牙纹深度、插头的最大和最小宽度、插头与毂体的牙纹的形式。其他空间网格结构的新榫卯型毂式节点的设计和加工参数都可以参考单层网壳嵌入式毂节点的规范。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。