一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，包括竹杆、外锥管和内锥管，在竹杆端部制成多个锥形齿片，该多个锥形齿片向内聚拢且其内缘压在其内嵌装的内锥管的外缘上，在多个锥形齿片外缘上套装所述外锥管，所述内锥管自外锥管上端伸出的上端部外缘啮合套装一锁母，该锁母拧紧后使内锥管和外锥管分别紧密压接在多个锥形齿片的内缘和外缘，在内锥管伸出外锥管上端的上端部内设置一螺栓，该螺栓伸出内锥管的末端用于连接螺栓球。本实用新型解决了现有技术的缺陷，提高了连接强度，更便于安装和拆卸，使网架的搭建更加便捷，维修更简便，适用于现代原竹结构房屋搭建及空间大跨度网架原竹结构建筑中使用。
【专利说明】
-种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构
技术领域
[0001] 本实用新型属于原竹建筑单元节点连接结构的改进技术领域，尤其是一种原竹建 筑构件螺栓球节点连接结构。
【背景技术】
[0002] 随着人们环保意识的提高，原竹建筑越来越受到人们的重视和青睐，其W竹杆作 为主要的结构构件，辅W钢、木、藤、水泥等建筑材料，通过一定的节点联结方式形成了竹建 筑的主体结构，尤其是在乡村住宅等建筑领域得到了广泛的应用。现有的竹节点较常采用 W下的方式：1.绳子捆绑与钉子固定;2.螺栓直接连接;3.竹杆穿斗结构;4.水泥砂浆灌注 及钢构件结构;5.水泥砂浆灌注结构;第1种方式中，绳子容易受到环境气候的影响而出现 断裂或腐烂的现象，导致荷载能力降低、突然断裂等问题;第巧中方式中，螺栓穿过竹杆，易 出现竹杆劈裂、连接处松动的现象，牢固性差，使用寿命短;第巧中方式中，竹杆制出禅卯口， 使整体耐冲击性、抗剪能力和抗劈裂能力降低，安全性较差;第4种方式中，竹杆内用水泥砂 浆固定钢构件，由于竹杆直径不统一，竹杆外径用喉髓固紧，防止竹杆与螺栓或钢构件移位 使竹杆劈裂，但是喉髓紧固解决不了竹杆在轴向拉压强度临界状态劈裂问题。竹杆内灌注 不易施工，填充的密实性及施工周期不易掌控，导致效率低，作业量大。
[0003] 人们为了改变上述缺陷，对节点结构进行了改进，如专利号为2014201483705的实 用新型专利公开了一种原竹连接节点，其W铸钢空屯、管连接件为主体，其伸出的水平连接 件12、竖直连接件套装在竹杆端部内，然后通过穿装的螺栓3固定。该结构中，螺栓穿过竹 杆，由于竹杆直径不统一使铸钢空屯、管与竹杆内径有大小不同间隙，仍然容易出现竹杆劈 裂的风险，水平连接件和竖直连接件的位置固定，只能在特定的竹结构中使用。
[0004] 又如专利号为2013104413850的发明专利公开了一种焊接钢插片的竹网壳空屯、球 连接节点及安装方法，其将钢插片2的一端焊接在空屯、球1上，另一端通过螺栓4固定在竹杆 件3上。该结构中，虽然采用了垫片IOW避免竹杆件与螺栓接触面上发生局部承压破坏，但 势必增加了安装时的工序，而且空屯、球与钢插片的焊接的固定方式使后期的维护变得困 难。
[0005] 再如专利号为2014201475906的实用新型专利公开了一种原竹较接接头，其在原 竹连接杆1的端部制出一圈银齿状竹条11，在向内收犹的多个银齿状竹条内嵌装一个锥形 块3，然后再多个银齿状竹条外套装一个锥形收紧套4，由锥形块内穿出的螺钉2端部位于锥 形收紧套小端面外部且晒合安装螺母5,螺母向外拉动螺栓并带动锥形块和锥形收紧套紧 密的压在银齿状竹条的内部和外部，由此形成一个稳固的节点结构。该结构存在W下问题：
[0006] 1.由附图5、6可知，锥形块的上端位于银齿状竹条内部，而银齿状竹条的上端没有 压在锥形块外缘上，同时由附图7可知，锥形收紧套下端未完全覆盖银齿状竹条下端，而银 齿状竹条上端受力点W及银齿状竹条下端受力点受到的外力没有很好的分散在锥形收紧 套和锥形块上，使该两处容易出现问题，而且锥形块未与银齿状竹条充分接触，进一步导致 银齿状竹条内缘受力不均，极易出现因局部受力过大而导致银齿竹条内缘处破坏的现象；
[0007] 2.由于锥形块3上设有T形孔30,螺钉2的六角螺丝帽嵌入T形孔中，而锥形块3被一 圈银齿状条11所围绕，锥型收紧套4套在银齿条11外周并通过螺母5紧固，此时螺钉不能转 动，导致多个原竹连接杆组装不便；
[0008] 3.上述结构的多个原竹连接杆的螺钉只能通过中间件连接成=维空间结构，每个 螺钉穿入一由钢板制成的中间件所制孔内，再由锁紧螺母将螺钉固定，该连接方式只能适 用于原竹连接杆之间角度变换不大的结构中，即其无法使用现有的螺栓球；
[0009] 4.多个原竹连接杆与中间件连接后，在轴向抗拉力和抗压力的作用下，中间件中 的钢板会出现变形，导致较大的位移变化，使组装后的整体结构松动变形；
[0010] 5.锥形块为实体，其重量较大，增加了节点处的整体重量，导致装配后的竹结构重 量过大。
[0011] 综上所述，现有技术中的结构存在各种各样的问题，在实际使用中无法满足多项 要求，极大的限制了原竹建筑构件的大范围使用，不符合国家关于环保、节能、低碳等方面 的规定。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供结构合理、便于拆装、受力均匀 且使用寿命长的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构。
[0013] 本实用新型采取的技术方案是：
[0014] -种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于：包括竹杆、外锥管和内锥 管，在竹杆端部制成多个锥形齿片，该多个锥形齿片向内聚犹且其内缘压在其内嵌装的内 锥管的外缘上，在多个锥形齿片外缘上套装所述外锥管，所述内锥管自外锥管上端伸出的 上端部外缘晒合套装一锁母，该锁母梓紧后使内锥管和外锥管分别紧密压接在多个锥形齿 片的内缘和外缘，在内锥管伸出外锥管上端的上端部内设置一螺栓，该螺栓伸出内锥管的 末端用于连接螺栓球。
[0015] 而且，内锥管的锥形外侧面最上端与锥形齿片内缘最上端齐平、内锥管的锥形外 侧面最上端位于锥形齿片内缘最上端上方或者内锥管的锥形外侧面最上端位于锥形齿片 内缘最上端下方；
[0016] 外锥管锥形内侧面最下端与锥形齿片最下端齐平、锥形齿片最下端位于外锥管锥 形内侧面最下端下方或者锥形齿片最下端位于外锥管锥形内侧面最下端上方。
[0017] 而且，所述外锥管外缘的最上端位于锥形齿片最上端的上方，且外锥管的上端面 设置一垫圈，该垫圈内的开孔内伸出的内锥管上端部外缘晒合套装所述锁母。
[0018] 而且，所述内锥管上端部自内向外穿装所述螺栓，该螺栓的螺帽限位于内锥管上 端部内部，该螺栓伸出内锥管上端部的外缘上限位套装一螺母筒，该螺母筒能带动螺栓一 同在内锥管上端部转动。
[0019] 而且，所述螺母筒上制出的螺纹孔内晒合穿装一顶丝，该顶丝伸入螺母筒内的末 端位于螺栓外缘沿螺栓轴向方向上制出的限位槽内，顶丝和限位槽在螺栓径向方向上的限 位配合使螺母筒带动螺栓径向转动，顶丝和限位槽在螺栓轴向方向上的导向配合使螺栓径 向转动的同时进行轴向移动。
[0020] 而且，所述限位槽靠近内锥管上端部的端部连通制出一限位孔，该限位孔深度大 于所述限位槽，限位孔用于顶丝梓入后使螺母筒和螺栓相互锁紧。
[0021] 本实用新型的优点和积极效果是：
[0022] 本实用新型中，内锥管的锥形外侧面压在锥形齿片内缘，外锥管的锥形内侧面压 在锥形齿片外缘，内锥管和外锥管与锥形齿片充分接触，保证了外力能够均匀的分散到整 个结构中，避免了现有技术中局部受力过大导致的锥形齿片内部或外部的损坏，内锥管的 上端伸出锥形齿片后再穿出外锥管上端，然后其外缘上套装锁母，该锁母在梓紧时向外拉 动内锥管且同时向内挤压外锥管，由于内锥管和外锥管的角度为11~18度之间，内锥管和 外锥管之间夹紧的锥形齿片后形成自锁，同时内锥管和外锥管重量较轻，装配后使网架的 整体重量变轻，内锥管上端部内安装螺栓，该螺栓的用于连接螺栓球，使整体结构更合理， 综上所述，本发明解决了现有技术的缺陷，提高了连接强度，更便于安装和拆卸，使网架的 搭建更加便捷，维修更简便，适用于现代原竹结构房屋搭建及空间大跨度网架原竹结构建 筑中使用。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的使用状态示意图；
[0024] 图視图1的A-A向剖面图；
[0025] 图3是竹杆端部加工出锥形齿片的结构示意图；
[0026] 图4是锥形齿片收犹后的结构示意图；
[0027] 图5是螺栓刚开始梓入螺栓球的结构示意图；
[0028] 图6是螺栓已经梓入螺栓球的结构示意图；
[0029] 图7是螺栓完全梓入螺栓球的结构示意图；
[0030] 图8本实用新型装配成网架后的局部结构示意图；
[0031] 图9是本实用新型的拉力试验曲线；
[0032] 图10是本实用新型的压力试验曲线；
[0033] 图11是试验与软件模拟之间的对比柱状图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合实施例，对本实用新型进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性 的，不能W下述实施例来限定本实用新型的保护范围。
[0035] -种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，如图1~11所示，本实用新型的创新在 于:包括竹杆1、外锥管2和内锥管17,在竹杆端部制成多个锥形齿片20,该多个锥形齿片向 内聚犹且其内缘压在其内嵌装的内锥管的外缘上，在多个锥形齿片外缘上套装所述外锥 管，所述内锥管自外锥管上端伸出的上端部9外缘晒合套装一锁母4,该锁母梓紧后使内锥 管和外锥管分别紧密压接在多个锥形齿片的内缘和外缘，在内锥管伸出外锥管上端的上端 部内设置一螺栓10,该螺栓的最外侧的端部用于连接螺栓球7的螺孔8。
[0036] 本实施例中，锥形齿片为8~12个，竹杆直径为60~135mm，对照表格见表1和表2:
[0037]
[0
[0
[0040] 表2:竹杆直径和螺栓球节点直径的对照
[0041] 内锥管的外缘下方为锥形外侧面，上方为圆柱外侧面，内锥管的锥形外侧面最上 端21与锥形齿片内缘最上端齐平、内锥管的锥形外侧面最上端位于锥形齿片内缘最上端上 方或者内锥管的锥形外侧面最上端位于锥形齿片内缘最上端下方;外锥管锥形内侧面最下 端19与锥形齿片最下端齐平、锥形齿片最下端位于外锥管锥形内侧面最下端下方或者锥形 齿片最下端位于外锥管锥形内侧面最下端上方。图2中可知，内锥管的锥形外侧面最上端与 锥形齿片内缘最上端齐平，内锥管锥形外侧面最下端18位于锥形齿片内缘最下端的上方； 外锥管锥形内侧面最下端与锥形齿片最下端齐平，外锥管锥形内侧面最上端位于锥形齿片 外缘最上端上方，二者之间形成一空腔13,该空腔的用处是：当用工具转动内锥管上的锁 母，使内锥管和外锥管挤压锥形齿片并使其厚度变薄，使内锥管产生位移，所W流出一定的 空腔。
[0042] 所述外锥管锥形侧面的最上端位于锥形齿片最上端的外侧且外锥管的上端面设 置一垫圈3，该垫圈内的开孔22内伸出的内锥管上端部9外缘晒合套装所述锁母。
[0043] 所述内锥管锥形侧面内具有锥形内孔16,内锥管圆柱侧面内具有圆柱内孔15,螺 栓自锥形内孔和圆柱内孔进入后，自内锥管上端部穿出，该螺栓的螺帽14限位于内锥管上 端内部，该螺栓伸出内锥管上端部的外缘上限位套装一六角螺母筒6,螺栓的螺杆外缘与内 锥管上端部的孔内缘保留一定间隙，使六角螺母筒能带动螺栓一同在内锥管上端部转动和 上下移动。
[0044] 优选的方案是:所述螺母筒上制出的螺纹孔12内晒合穿装一顶丝5,该顶丝伸入螺 母筒内的末端位于螺栓外缘沿螺栓轴向方向上对位制出的限位槽23内，顶丝和限位槽在螺 栓径向方向上的限位配合使螺母筒带动螺栓径向转动，顶丝和限位槽在螺栓轴向方向上的 导向配合使螺栓径向转动的同时进行轴向移动。所述限位槽靠近内锥管上端部的端部连通 制出一限位孔11，该限位孔深度大于所述限位槽，限位孔用于顶丝梓入后使螺母筒和螺栓 相互锁紧。
[0045] 螺栓受到拉力时，通过螺母带动内锥管，并最终作用在竹杆上，螺栓受到压力时， 六角螺母筒通过锁母挤压外锥管，并最终作用在竹杆上。
[0046] 本实用新型的使用过程是：
[0047] 1.在竹杆端部制出具有间隔24的锥形齿片，然后通过热处理时锥形齿片向内收 犹；
[0048] 2.调整内锥管的位置，使锥形齿片压在其外缘上，且内锥管的锥形侧面最上端21 与锥形齿片内缘最上端齐平；
[0049] 3.套装外锥管，使外锥管锥形侧面最下端与锥形齿片最下端齐平，此时在内锥管 上端部外缘套上垫圈，该垫圈压在外锥管上端面上，然后再内锥管上端部晒合套装锁母，将 内锥管向外拉动并向内挤压外锥管；
[0050] 4.在内锥管上端预先装好的螺栓外缘上套装六角螺母筒，然后在螺纹孔处梓入顶 丝，使其末端进入限位槽(图5、6所示）；
[0051] 5.用工具梓动六角螺母筒，使螺栓最外侧端部如图5所示的晒合在螺栓球7的螺孔 8内，顶丝使六角螺母筒带动螺栓同步转动，在螺栓径向转动的同时，顶丝起到导向的作用， 使螺栓做轴向移动，即逐渐梓入螺栓球内（图6所示）；
[0052] 6.当螺栓梓紧在螺孔后，将顶丝如图7所示的梓入限位孔内，将六角螺母筒和螺栓 相互锁紧；
[0053] 对本实施例的结构进行拉力和压力的试验，其结果见图9和图10,具体是：
[0化4] 拉力试验:溫度22度，选用竹子为5年生毛竹，竹子直径107mm，竹子长度1040mm，试 验机器为3H M-「M C 50T(俄罗斯拉力试验机）。
[0化日]压力试验:溫度23度，选用竹子为5年生毛竹，竹子直径105mm，竹子长度700mm，试 验机器为INSTRON 5989。
[0056] 由图9可知，作用拉力为27.6吨(经换算为270.5kN)，在该拉力作用下，竹子整体和 内外锥管并未出现破坏现象，节点整体延伸长度为57毫米，远远小于现有技术的延伸长度， 而竹杆两端的内锥管，锥形齿片和外锥管连接稳定。
[0057] 由图10可知，在173.化N的压力作用下，节点整体压缩长度小于3毫米，远远小于现 有技术的压缩长度，而且竹杆两端部的内锥管、锥形齿片和外锥管连接稳定。
[0058] 使用ANSYS软件进行模拟，同时实地测量，二者的比较见图11，具体是：
[0059] 图11中，标号1的柱状图：节点压力极限应力，标号2的柱状图：节点拉力极限应力， 标号3的柱状图：节点压力破坏应力，标号4的柱状图：节点拉力破坏应力。
[0060] 每个标号的柱状图中，位于上方的为实地测量数值，位于下方的为软件模拟的数 值，可知实地测量的数值要大于软件模拟的数值，可见本实施例实际使用时的各项性能参 数非常的优秀。
[0061] 由上述数据可知，本实施例的连接结构稳固、安全，各项性能参数优秀。多个竹杆 如图1所示的安装在螺栓球上，逐步安装竹杆，最后可组装成如图8所示的=维空间网架单 元结构，再通过各个单元的连接可W搭建成大跨度空间网架竹结构。经过软件分析，竹空间 网架结构在12X12米的跨度时，单元内竹杆为2米情况下，软件分析结构中竹杆最大受力为 65.化N。而本新型节点远远大于软件分析的结果，所W本实施例在简单房屋结构框架中使 用或者在大跨度的建筑结构框架中使用时均表现优秀，填补了国内外的空白。
[0062] 本实用新型中，内锥管的锥形外侧面压在锥形齿片内缘，外锥管的锥形内侧面压 在锥形齿片外缘，内锥管和外锥管与锥形齿片充分接触，保证了外力能够均匀的分散到整 个结构中，避免了现有技术中局部受力过大导致的锥形齿片内部或外部的损坏，内锥管的 上端伸出锥形齿片后再穿出外锥管上端，然后其外缘上套装锁母，该锁母在梓紧时向外拉 动内锥管且同时向内挤压外锥管，由于内锥管和外锥管的角度为11~18度之间，内锥管和 外锥管之间夹紧的锥形齿片后形成自锁，同时内锥管和外锥管重量较轻，装配后使网架的 整体重量变轻，内锥管上端部内安装螺栓，该螺栓的用于连接螺栓球，使整体结构更合理， 综上所述，本发明解决了现有技术的缺陷，提高了连接强度，更便于安装和拆卸，使网架的 搭建更加便捷，维修更简便，适用于现代原竹结构房屋搭建及空间大跨度网架原竹结构建 筑中使用。
【主权项】
1. 一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于:包括竹杆、外锥管和内锥管， 竹杆的端部制出多个锥形齿片，多个锥形齿片向内聚拢且其内缘压在其内嵌装的内锥管的 外缘上，在多个锥形齿片外缘上套装所述外锥管，所述内锥管自外锥管上端伸出的上端部 外缘啮合套装一锁母，该锁母拧紧后使内锥管和外锥管分别紧密压接在多个锥形齿片的内 缘和外缘，在内锥管伸出外锥管上端的上端部内设置一螺栓，该螺栓伸出内锥管的末端用 于连接螺栓球。2. 根据权利要求1所述的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于：内锥管 的锥形外侧面最上端与锥形齿片内缘最上端齐平、内锥管的锥形外侧面最上端位于锥形齿 片内缘最上端上方或者内锥管的锥形外侧面最上端位于锥形齿片内缘最上端下方； 外锥管锥形内侧面最下端与锥形齿片最下端齐平、锥形齿片最下端位于外锥管锥形内 侧面最下端下方或者锥形齿片最下端位于外锥管锥形内侧面最下端上方。3. 根据权利要求2所述的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于:所述外 锥管外缘的最上端位于锥形齿片最上端的上方且外锥管的上端面设置一垫圈，该垫圈内的 开孔内伸出的内锥管上端部外缘啮合套装所述锁母。4. 根据权利要求3所述的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于:所述内 锥管上端部自内向外穿装所述螺栓，该螺栓的螺帽限位于内锥管上端部内部，该螺栓伸出 内锥管上端部的外缘上限位套装一螺母筒，该螺母筒能带动螺栓一同在内锥管上端部转 动。5. 根据权利要求4所述的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于:所述螺 母筒上制出的螺纹孔内啮合穿装一顶丝，该顶丝伸入螺母筒内的末端位于螺栓外缘沿螺栓 轴向方向上对位制出的限位槽内，顶丝和限位槽在螺栓径向方向上的限位配合使螺母筒带 动螺栓径向转动，顶丝和限位槽在螺栓轴向方向上的导向配合使螺栓径向转动的同时进行 轴向运动。6. 根据权利要求5所述的一种原竹建筑构件螺栓球节点连接结构，其特征在于:所述限 位槽靠近内锥管上端部的端部连通制出一限位孔，该限位孔深度大于所述限位槽，限位孔 用于顶丝拧入后使螺母筒和螺栓相互锁紧。
【文档编号】E04B1/58GK205637173SQ201620477608
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】姚伟, 施密特·亚历山大·鲍利沙维奇
【申请人】姚伟, 施密特·亚历山大·鲍利沙维奇