一种鼓型节点单层网壳结构及组装方法技术领域
本发明涉及一种网壳结构，尤其涉及一种鼓型节点单层网壳结构及组装方
法，属于钢结构领域。
背景技术
在现代的钢结构建筑中，鼓型节点的这种结构形式越来越多的得到应用，
它具有加工简单、造型独特的特点。但结构相对复杂，装配性能相对较差。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，支撑性能
出色，应用范围广的一种鼓型节点单层网壳结构及组装方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种鼓型节点单层网壳结构，包括二组以上的蜂窝组件，二组蜂窝组件相
拼装而成，所述的蜂窝组件包括7个鼓型节点和腹杆，其中6个鼓型节点围成
6边形，另一个鼓型节点设在6个鼓型节点的中间位，鼓型节点间通过腹杆相
连接定位。
作为优选，二组拼装而成的蜂窝组件的横截面呈弧状分布，所述的鼓型节
点包括圆管，所述的圆管的上部与下部分别设有内嵌状的封板，所述的腹杆为
H型钢，所述的鼓型节点与腹杆相焊接定位。
一种鼓型节点单层网壳结构的组装方法，按以下步骤进行：
(一)、结构形式：
鼓型节点单层网壳结构由鼓型节点和腹杆组成，其中每个鼓型节点的轴心
都对准球星，使整个网壳结构形成一个半球型的造型；
(二)、组装原理：
球壳由鼓型节点和腹杆组成，为减少现场安装的工作量，通过对鼓型节点
单层网壳结构进行分析后分解成若干组装单元，组装完成后再进行整体安装；
在拼装单元拼装时应保证单元弯曲方向朝下，降低胎架高度，便于操作，同时
控制好每个节点的位置，以鼓型节点作为控制点进行单元拼装；
分块组装时控制点应取在节点处，以每个鼓型节点的下端面为节点控制面；
在每个节点下端面上取四点，分别为Y1、Y2、X1、X2，将这四点投影至地面，
将四点连线，其交点即为该鼓型节点端面的中心点于地面的投影；
然后根据该中心投影点进行胎架的放置，胎架的支撑面应根据每个节点下
端面倾斜角度放置成相应的倾斜状，胎架做成十字形，刚好对应端面上四点的
连线，且一榀构件上每个胎架十字型支撑面的朝向必须统一；
(三)、节点制作：
球壳节点的类型分两种：一种有纵向加劲板，节点一端的封板断开；另一
种无加劲板，节点端部用两块圆形端板封住；
1、下料切割：
(1)、圆管：圆管采用无缝钢管，下料时预放1mm余量作为焊接收缩余量，
采用采用相贯面数控切割机进行精确下料；
(2)、封板：节点的封板形状为圆形，下料时直接采用数控火焰或等离子
切割机进行下料；
对马道附件节点处的封板，厚度为20mm的封板被劲板分成大小相同的两
块，下料时可先按整圆进行下料，待坡口切割完成后用半自动火焰切割机对封
板进行分割；
(3)、钢管下料后的允许偏差：
直径d，允许偏差为±d/500mm；钢管长度,允许偏差为±3.0mm；管口圆
度，允许偏差为d/500mm，且不应大于5.0mm；管面对管轴的垂直度，允许
偏差为d/500mm，且不应大于3.0mm；
2、坡口加工：
节点端部封板为圆形板，其坡口制作时需在设备及胎架上进行；
3、节点组装：
(1)、封板组装：将制作完成的环形封板和环形衬板进行组装，组装时应
控制好衬板突出部分的尺寸，保证衬板组装尺寸均匀；
合格后进行定位焊焊接，定位焊长度不应小于40mm，间距在300-600mm之
间，焊缝厚度不小于3mm，不大于正式焊缝厚度的2/3；
(2)、节点组装：
①、放置封板：将和马道连接的封板放置于水平的组装平台上，且装有衬
板的一侧朝上；
②、组装圆管：吊上圆管，对准封板后缓缓放下，然后适当调整封板与圆
管内壁的间隙，以四周间隙均匀为原则，合格进行定位焊；
③、组装劲板：劲板的组装以封板上的定位线为基准，同时保证劲板与圆
管内壁之间的间隙，两侧间隙均匀为原则，合格后进行定位焊，然后进行劲板
内部焊缝的焊接，焊接采用CO2气体保护焊，焊接时可将节点节点放倒进行操
作，完成后24h进行UT探伤，合格后方可进行半圆封板的组装；
④、半圆封板组装：将半圆封板吊上组装平台，组装前可在半圆封板表面
点焊两到三块定位挡板，定位挡板用于组装半圆封板时能将半圆封板支撑在圆
管端部，组装完成后割除并磨平；
⑤、封板焊接：封板的焊接采用CO2气体保护焊，焊后24h进行UT探伤，
合格后方可进行除锈涂装；
(四)、单元拼装：
1、划线：
在合格的鼓型节点距离端面一定位置的圆管上划出杆件腹板中心定位线，
划线时可先确定三个点，再用墨线弹出整个环向杆件定位线；
2、胎架制作：
(1)、支撑面制作：用数控切割机进行胎架支撑板的下料，清除割渣后组
装成十字形，焊接牢固后发至现场，胎架的支撑面可通用；
(2)、胎架用钢管制作：根据胎架模型导出支撑杆件的长度和杆件端部槽
口的数据，然后采用相贯面切割机进行钢管下料及开槽，在每根钢管上标注所
对应的节点位置，下料后发至现场等待胎架组装；
3、节点放样：
以某一点为坐标原点，然后采用全站仪将每个节点端面上的四个点的投影
点以1：1的尺寸放出，放样时每个相贯面焊接口预放1mm的焊接收缩余量；
每个节点的四个投影点放出后，其两点连线的交点即为该节点的中心点；
放样完成后需复合放样点尺寸，确认无误后由质检人员对大样进行检验，
检验合格后，根据放样搭设胎架；
4、胎架搭设：
(1)、杆件定位：
将切割好的支撑杆件以放样中心点放置，杆件上端的槽口朝向应与地面上
的十字连线一致，同时保证钢管的垂直度；
(2)胎架支撑板定位：
将每个节点上相应的十字支撑板吊至支撑杆件槽口位置，放置于槽口上后，
调整十字支撑板位置使其上的四个定位点处于地面放样点的正上方，且高度符
合坐标点的Z向数据，用全站仪来确定十字支撑板位置；
完成焊接牢固，最后进行一次支撑板上定位点的复查，保证定位点与地面
放样点的偏差不大于3mm；
5、节点定位
将鼓型节点吊上胎架，调整节点位置，使其下端面外边缘与胎架支撑面上
的四个定位点重合，完成后进行点焊固定，然后用铁片卡紧钢管与支撑面靠山
上的空隙，为节点增加一定约束度。当节点定位时若钢管存在椭圆度偏差时，
应适当调整其上下左右位置，将钢管的椭圆度偏差平均分配到四点上；
6、杆件组装：
在杆件的腹板上划出中心线，上胎架组装时，杆件腹板上的中心线对准节
点上的杆件定位线，然后适当调整杆件两端的相贯口与节点之间的契合度，使
组装间隙偏差在±1.0mm之间；完成后复查组装偏差，合格后进行定位焊，采
用气保焊；
杆件组装时可先进行环向杆件的组装，再进行腹杆的组装；
7、相贯面焊接：
(1)、焊接方法：采用CO2气体保护焊，焊接时在保证焊透的前提下，尽
量采用小电流小压进行焊接，减少焊接时的热输入量，降低焊接部位和周边相
邻部位的温度差。
(2)、杆件焊接顺序：
所有杆件组装完成并检查合格后，先进行所有环向杆件的焊接，焊时可采
用左右对称施焊的办法，等该部分焊后具有一定刚度后再进行腹杆的焊接，腹
杆焊接时同样采取对称施焊措施；
杆件在胎架上焊接的焊缝只有三处：腹板焊缝、上翼缘焊缝及下翼缘焊缝；
每一个节点与杆件焊接时，先焊杆件两端上的腹板焊缝，再焊下翼缘焊缝，最
后进行上翼缘焊缝的焊接；焊缝全部完成进行缓冷进行UT探伤，合格后进行
复模检查；
8、变形矫正：
(1)、构件焊接完成并UT合格后释放所有节点的约束，除Z向高度最大处
的节点，约束包括临时支撑、胎架固定，胎架复模检查偏差情况包括整榀构件
的弯弧程度、每个节点与胎架上定位点偏差，偏差不大于3mm；
(2)、构件变形后的矫正方法：火焰加热矫正，变形较大时可适当加外力
辅助；加热矫正分为点状加热、线状加热、三角形加热，加热位置应在构件需
收缩的一边；当加热矫正过程中有外力辅助时，在构件温度下降到200-400℃
时，须将外力全部解除，使其自然收缩；
(3)、加热顺序：先矫正变形大的局部，然后矫正变形小的部位；
(4)、弯弧矫正：若其中一部分的弯弧程度偏小，则应采用在杆件下翼缘
板和腹板上进行线状加热矫正，加热前应先划出矫正位置线，翼缘板上的矫正
线为长条形，宽度为1-2倍板厚，腹板上的矫正线为三角形，变形越大则三角
形高度应越大，加热温度为750～850℃；
若弯弧程度偏大，则应在上翼缘板表面和腹板上进行线状加热矫正；加热
矫正后应让构件自然冷却，Q345材质的严禁浇水冷却；
(5)、构件尺寸复合合格后将其吊放防止成品构件堆放场地上，构件下方
做好堆放胎架，胎架上放置枕木。
本发明提供一种鼓型节点单层网壳结构及组装方法，结构合理，施工精度
高，施工成本低，增加钢结构安全性，施工工效高。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的侧视结构示意图；
图3是本发明中鼓型节点的投影结构示意图；
图4是本发明中胎架支撑面的结构示意图；
图5是本发明中鼓型节点1的结构示意图；
图6是本发明中鼓型节点2的结构示意图；
图7是本发明中鼓型节点放样的结构示意图；
图8是本发明中支撑杆与胎架的装配结构示意图；
图9是本发明中支撑杆与胎架的倾斜装配结构示意图；
图10是本发明的轴测结构示意图；
图11是本发明中环向杆件的焊接结构示意图；
图12是本发明中腹杆焊接顺序的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图
10、图11和图12所示，一种鼓型节点单层网壳结构，包括二组以上的蜂窝组
件，二组蜂窝组件相拼装而成，所述的蜂窝组件包括7个鼓型节点1和腹杆8，
其中6个鼓型节点1围成6边形，另一个鼓型节点1设在6个鼓型节点1的中
间位，鼓型节点1间通过腹杆2相连接定位。
二组拼装而成的蜂窝组件的横截面呈弧状分布，所述的鼓型节点包括圆管
3，所述的圆管3的上部与下部分别设有内嵌状的封板4，所述的腹杆2为H
型钢，所述的鼓型节点1与腹杆2相焊接定位。
一种鼓型节点单层网壳结构的组装方法，按以下步骤进行：
(一)、结构形式：
鼓型节点单层网壳结构由鼓型节点和腹杆组成，其中每个鼓型节点的轴心
都对准球星，使整个网壳结构形成一个半球型的造型；
(二)、组装原理：
球壳由鼓型节点和腹杆组成，为减少现场安装的工作量，通过对鼓型节点
单层网壳结构进行分析后分解成若干组装单元，组装完成后再进行整体安装；
在拼装单元拼装时应保证单元弯曲方向朝下，降低胎架高度，便于操作，同时
控制好每个节点的位置，以鼓型节点作为控制点进行单元拼装；
分块组装时控制点应取在节点处，以每个鼓型节点的下端面为节点控制面；
在每个节点下端面上取四点，分别为Y1、Y2、X1、X2，将这四点投影至地面，
将四点连线，其交点即为该鼓型节点端面的中心点于地面的投影；
然后根据该中心投影点进行胎架的放置，胎架的支撑面应根据每个节点下
端面倾斜角度放置成相应的倾斜状，胎架做成十字形，刚好对应端面上四点的
连线，且一榀构件上每个胎架十字型支撑面的朝向必须统一；
(三)、节点制作：
球壳节点的类型分两种：一种有纵向加劲板，节点一端的封板断开；另一
种无加劲板，节点端部用两块圆形端板封住；
1、下料切割：
(1)、圆管：圆管采用无缝钢管，下料时预放1mm余量作为焊接收缩余量，
采用采用相贯面数控切割机进行精确下料；
(2)、封板：节点的封板形状为圆形，下料时直接采用数控火焰或等离子
切割机进行下料；
对马道附件节点处的封板，厚度为20mm的封板被劲板分成大小相同的两
块，下料时可先按整圆进行下料，待坡口切割完成后用半自动火焰切割机对封
板进行分割；
(4)、钢管下料后的允许偏差：
直径d，允许偏差为±d/500mm；钢管长度,允许偏差为±3.0mm；管口圆
度，允许偏差为d/500mm，且不应大于5.0mm；管面对管轴的垂直度，允许
偏差为d/500mm，且不应大于3.0mm；
2、坡口加工：
节点端部封板为圆形板，其坡口制作时需在设备及胎架上进行；
3、节点组装：
(1)、封板组装：将制作完成的环形封板和环形衬板进行组装，组装时应
控制好衬板突出部分的尺寸，保证衬板组装尺寸均匀；
合格后进行定位焊焊接，定位焊长度不应小于40mm，间距在300-600mm之
间，焊缝厚度不小于3mm，不大于正式焊缝厚度的2/3；
(2)、节点组装：
①、放置封板：将和马道连接的封板放置于水平的组装平台上，且装有衬
板的一侧朝上；
②、组装圆管：吊上圆管，对准封板后缓缓放下，然后适当调整封板与圆
管内壁的间隙，以四周间隙均匀为原则，合格进行定位焊；
③、组装劲板：劲板的组装以封板上的定位线为基准，同时保证劲板与圆
管内壁之间的间隙，两侧间隙均匀为原则，合格后进行定位焊，然后进行劲板
内部焊缝的焊接，焊接采用CO2气体保护焊，焊接时可将节点节点放倒进行操
作，完成后24h进行UT探伤，合格后方可进行半圆封板的组装；
④、半圆封板组装：将半圆封板吊上组装平台，组装前可在半圆封板表面
点焊两到三块定位挡板，定位挡板用于组装半圆封板时能将半圆封板支撑在圆
管端部，组装完成后割除并磨平；
⑤、封板焊接：封板的焊接采用CO2气体保护焊，焊后24h进行UT探伤，
合格后方可进行除锈涂装；
(四)、单元拼装：
1、划线：
在合格的鼓型节点距离端面一定位置的圆管上划出杆件腹板中心定位线，
划线时可先确定三个点，再用墨线弹出整个环向杆件定位线；
2、胎架制作：
(1)、支撑面制作：用数控切割机进行胎架支撑板的下料，清除割渣后组
装成十字形，焊接牢固后发至现场，胎架的支撑面可通用；
(2)、胎架用钢管制作：根据胎架模型导出支撑杆件的长度和杆件端部槽
口的数据，然后采用相贯面切割机进行钢管下料及开槽，在每根钢管上标注所
对应的节点位置，下料后发至现场等待胎架组装；
3、节点放样：
以某一点为坐标原点，然后采用全站仪将每个节点端面上的四个点的投影
点以1：1的尺寸放出，放样时每个相贯面焊接口预放1mm的焊接收缩余量；
每个节点的四个投影点放出后，其两点连线的交点即为该节点的中心点；
放样完成后需复合放样点尺寸，确认无误后由质检人员对大样进行检验，
检验合格后，根据放样搭设胎架；
4、胎架搭设：
(1)、杆件定位：
将切割好的支撑杆件以放样中心点放置，杆件上端的槽口朝向应与地面上
的十字连线一致，同时保证钢管的垂直度；
(2)胎架支撑板定位：
将每个节点上相应的十字支撑板吊至支撑杆件槽口位置，放置于槽口上后，
调整十字支撑板位置使其上的四个定位点处于地面放样点的正上方，且高度符
合坐标点的Z向数据，用全站仪来确定十字支撑板位置；
完成焊接牢固，最后进行一次支撑板上定位点的复查，保证定位点与地面
放样点的偏差不大于3mm；
5、节点定位
将鼓型节点吊上胎架，调整节点位置，使其下端面外边缘与胎架支撑面上
的四个定位点重合，完成后进行点焊固定，然后用铁片卡紧钢管与支撑面靠山
上的空隙，为节点增加一定约束度。当节点定位时若钢管存在椭圆度偏差时，
应适当调整其上下左右位置，将钢管的椭圆度偏差平均分配到四点上；
6、杆件组装：
在杆件的腹板上划出中心线，上胎架组装时，杆件腹板上的中心线对准节
点上的杆件定位线，然后适当调整杆件两端的相贯口与节点之间的契合度，使
组装间隙偏差在±1.0mm之间；完成后复查组装偏差，合格后进行定位焊，采
用气保焊；
杆件组装时可先进行环向杆件的组装，再进行腹杆的组装；
7、相贯面焊接：
(1)、焊接方法：采用CO2气体保护焊，焊接时在保证焊透的前提下，尽
量采用小电流小压进行焊接，减少焊接时的热输入量，降低焊接部位和周边相
邻部位的温度差。
(2)、杆件焊接顺序：
所有杆件组装完成并检查合格后，先进行所有环向杆件的焊接，焊时可采
用左右对称施焊的办法，等该部分焊后具有一定刚度后再进行腹杆的焊接，腹
杆焊接时同样采取对称施焊措施；
杆件在胎架上焊接的焊缝只有三处：腹板焊缝、上翼缘焊缝及下翼缘焊缝；
每一个节点与杆件焊接时，先焊杆件两端上的腹板焊缝，再焊下翼缘焊缝，最
后进行上翼缘焊缝的焊接；焊缝全部完成进行缓冷进行UT探伤，合格后进行
复模检查；
8、变形矫正：
(1)、构件焊接完成并UT合格后释放所有节点的约束，除Z向高度最大处
的节点，约束包括临时支撑、胎架固定，胎架复模检查偏差情况包括整榀构件
的弯弧程度、每个节点与胎架上定位点偏差，偏差不大于3mm；
(2)、构件变形后的矫正方法：火焰加热矫正，变形较大时可适当加外力
辅助；加热矫正分为点状加热、线状加热、三角形加热，加热位置应在构件需
收缩的一边；当加热矫正过程中有外力辅助时，在构件温度下降到200-400℃
时，须将外力全部解除，使其自然收缩；
(3)、加热顺序：先矫正变形大的局部，然后矫正变形小的部位；
(4)、弯弧矫正：若其中一部分的弯弧程度偏小，则应采用在杆件下翼缘
板和腹板上进行线状加热矫正，加热前应先划出矫正位置线，翼缘板上的矫正
线为长条形，宽度为1-2倍板厚，腹板上的矫正线为三角形，变形越大则三角
形高度应越大，加热温度为750～850℃；
若弯弧程度偏大，则应在上翼缘板表面和腹板上进行线状加热矫正；加热
矫正后应让构件自然冷却，Q345材质的严禁浇水冷却；
(5)、构件尺寸复合合格后将其吊放防止成品构件堆放场地上，构件下方
做好堆放胎架，胎架上放置枕木。