网壳节点.pdf

本发明涉及一种大跨度空间结构钢与混凝土组合节点，旨在为大跨度空间结构提供一种质量轻、刚度大、强度高且变形小的钢与混凝土组合节点；具体技术方案为：网壳节点，包括空心的结构主体，结构主体的内腔设置有衬管，衬管与结构主体同心设置，且衬管的长度与结构主体的长度相同，结构主体的两端均焊接有端盖，端盖、衬管外壁与结构主体内壁之间形成密封空腔，衬管内灌注有混凝土，衬管的外壁与结构主体的内壁之间灌注有混凝土，结构主体的外壁上固定连接有多根连接管，该组合节点具有刚度大、强度高和变形小的特点，可以有效的传递网壳和网架节点所受到的轴力、剪力和弯矩，该组合节点可广泛应用于大跨度空间网架及网壳结构中。

1.  网壳节点，其特征在于，包括空心的结构主体（1），所述结构主体（1）的内腔设置有衬管（2），所述衬管（2）与结构主体（1）同心设置，且衬管（2）的长度与结构主体（1）的长度相同，所述结构主体（1）的两端均焊接有端盖（3），所述端盖（3）、衬管（2）外壁与结构主体（1）内壁之间形成密封空腔，所述衬管（2）内灌注有混凝土，所述衬管（2）的外壁与结构主体（1）的内壁之间灌注有混凝土，所述结构主体（1）的外壁上固定连接有多根连接管（4）。

2.  根据权利要求1所述的网壳节点，其特征在于，所述结构主体（1）的结构为六块侧板（5）围成的正六边形结构，所述结构主体（1）的每块侧板（5）上均连接有截面积渐变的空心过渡件（6），所述过渡件（6）的大口端（7）与结构主体（1）的外壁相连，大口端（7）截面与侧板（5）截面大小相同并通过焊接的方式相连，过渡件（6）的小口端（8）与连接管（4）的一端相连，小口端（8）截面与连接管（4）截面相同并通过焊接的方式相连。

3.  根据权利要求1所述的网壳节点，其特征在于，所述结构主体（1）的结构为六块侧板（5）围成的正六边形结构，所述结构主体（1）的每块侧板（5）上均连接有方形截面的空心连接管（4），所述连接管（4）截面与结构主体（1）侧板（5）的大小相同并通过焊接的方式相连。

4.  根据权利要求2或3所述的网壳节点，其特征在于，所述过渡件（6）内灌注有混凝土。

5.  根据权利要求4所述的网壳节点，其特征在于，所述衬管（2）内设置有内加强筋（9），所述内加强筋（9）由多块内加强板（10）相互组合而成，多块内加强板（10）围绕衬管（2）的中心轴呈辐射状均布，所述多块内加强板（10）的一端均与衬管（2）的内壁相连，所述多块内加强板（10）的另一端连接在一起。

6.  根据权利要求5所述的网壳节点，其特征在于，所述衬管（2）的外壁与结构主体（1）的内壁之间也设置有外加强筋（11），所述外加强筋（11）由多块外加强板（12）首尾相接而成，所述多块外加强板（12）的一端与衬管（2）的外壁相连，所述多块外加强板（12）的另一端与结构主体（1）的内壁相连。

7.  根据权利要求6所述的一种大跨度空间结构钢与混凝土组合节点，其特征在于，所述连接管（4）为腹杆，或为弦杆，或为腹杆与弦杆的组合。

网壳节点
技术领域
本发明涉及一种大跨度空间结构钢与混凝土组合节点，属于建筑结构工程技术领域。
背景技术
大跨度空间结构系以杆件为基础，按一定规律组成网格结构，由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体和截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形，四边形，六边形，圆形或其他任何形体。这种结构具有空间受力大、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点，可用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱网架结构距车间等建筑的屋盖，目前在国内外得到广阔应用和发展。其中节点是大跨度空间结构的最为重要的传力构件，节点的受力较为复杂，受到多个方向的拉力、压力、剪力和弯矩的共同作用。大跨度空间结构的节点形式有焊接球形节点、螺栓球节点和相贯节点等几种形式。焊接球形节点可以承受拉力、压力、剪力和弯矩的共同作用，当节点处承担较大的弯矩作用时，焊接球是否能达到完全理想的刚接还有待进一步研究。螺栓球连接节点刚度较弱，相当于铰接，只能承受轴向的拉压力，无法承受弯矩的作用。相贯节点造成主管的壁厚和直径较大，其节点也不能达到完全理想的刚接。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，旨在为大跨度空间结构提供一种质量轻、刚度大、强度高且变形小的钢与混凝土组合节点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大跨度空间结构钢与混凝土组合节点，包括空心的结构主体，在结构主体内浇筑混凝土，待混凝土完全凝固后，混凝土与主体结构形成一体的刚性结构，强度大，刚性好，结构主体的外壁上固定连接有多根连接管，如腹杆、弦杆或腹杆与弦杆的结合，多根连接管与其他的节点连接，通过多个节点之间的连接，形成网架或网壳。
在授权公告号为“CN 102733493 B”、发明名称为“钢管混凝土桁架防脱粘节点及其施工方法”的专利文件中，公开了一种通过主管向支管内灌注混凝土的结构和施工方式，保证主管与支管之间的连接强度和密实性，解决了传统钢管混凝土桁架只在主管内部填充混凝土而造成的节点区混凝土与钢管内壁容易发生脱粘的问题，提高了节点的承载能力，但是这种结构的质量重，主管和支管内均填充有混凝土，桁架质量大，不适用于大跨度空间结构。本发明只在节点内填充混凝土，不仅提高节点的结构强度和刚度，而且减小了空间结构的重量（由于混凝土的容重为25KN/m³，钢的容重为78KN/m³，相对于实心钢节点，本发明的强度和刚度相差无几，但重量却小很多）。另外，本发明的加工周期短，成本低，能够满足大型钢结构的强度需求。
在授权公告号为“CN 102002981 B”、发明名称为“钢半球内筑混凝土节点及其施工方法”的专利文件中，公开了一种钢半球内筑混凝土节点及其施工方法，其技术方案为：节点构件由扣置的壳状钢半球、圆形封底底板、连接下部建筑结构的钢骨柱和连接上部建筑结构的牛腿四部分连接而成，牛腿的一端连接在壳状钢半球的壳体外围，另一端与上部建筑结构连接，壳状钢半球的底面焊接有圆形封底底板，圆形封底底板中心开有灌注孔，所述壳状钢半球的壳体内部通过灌注孔浇注有混凝土，圆形封底底板与钢骨柱的顶面焊接，所述钢骨柱的钢骨包括顶面的圆形支撑顶板和下面与之焊接的十字肋板钢骨，圆形支撑顶板的中心开的浇注孔。仅解决了混凝土柱向钢结构支撑过渡的固定支座问题，与本发明的增加节点强度和刚度也不相同，上述的专利文件中也没有任何关于如何增强钢结构节点强度和刚度的技术方案，本申请通过在空心结构体内灌注混凝土，很好地解决了空心钢节点刚度和强度差的问题。
其中，为了降低制造成本，考虑到取材的方便性和通用性，结构主体选用市场上通用的空心钢管，空心钢管的侧板均与截面积渐变的空心过渡件固定连接，过渡件的大口端与空心管的开端口截面相同并固定对接，过渡件的小口端与连接管端口截面相同并固定对接，过渡件与空心管之间无缝连接，保证节点与过渡件之间的连接强度。
其中，结构主体的内腔设置有衬管，所述衬管与结构主体同心设置，且衬管的长度与结构主体的长度相同，所述结构主体的两端均焊接有端盖，所述端盖、衬管外壁与结构主体内壁之间形成密封空腔，所述衬管内灌注有混凝土，所述衬管的外壁与结构主体的内壁之间灌注有混凝土，所述结构主体的外壁上固定连接有多根连接管，保证节点整体的结构强度，避免因过渡件的强度不够而引起节点整体变形，提高钢结构整体的稳定性和安全性。
其中，结构主体的结构为六块侧板围成的正六边形结构，结构主体的每块侧板上均连接有截面积渐变的空心过渡件，所述过渡件的大口端与结构主体的外壁相连，大口端截面与侧板截面大小相同并通过焊接的方式相连，过渡件的小口端与连接管的一端相连，小口端截面与连接管截面相同并通过焊接的方式相连，过渡件的承载力更大，通过节点连成后的整体结构强度高。
其中，作为另一种连接方式，结构主体的结构为六块侧板围成的正六边形结构，结构主体的每块侧板上均连接有方形截面的空心连接管，连接管截面与结构主体侧板的大小相同并通过焊接的方式相连。
其中，过渡件内与灌注有混凝土，密封后，过渡件内的混凝土不易出现破碎或开裂现象，过渡件的端口稳定性更好，过渡件与连接管连接后，连接处强度大，不易变形。
其中，衬管内设置有内加强筋，所述内加强筋由多块内加强板相互组合而成，多块内加强板围绕衬管的中心轴呈辐射状均布，所述多块内加强板的一端与衬管的内壁相连，所述多块内加强板的另一端连接在一起，内加强筋能够增加衬管的结构强度，保证节点在受力后不易变形，抗震性能好。
其中，衬管的外壁与结构主体的内壁之间也设置有外加强筋，所述外加强劲由多块外加强板首尾相接而成，所述多块外加强板的一端与衬管的外壁相连，所述多块外加强板的另一端与结构主体的内壁相连，外加强筋能够增加衬管的结构强度，保证节点在受力后不易变形，抗震性能好。
其中，连接管为腹杆，或为弦杆，或为腹杆与弦杆的组合。
本发明通过在结构主体内灌注混凝土，混凝土硬化后，根据设计图纸，将连接管与结构主体固定连接形成大跨度空间结构的节点，与传统的钢节点相比有如下优点：
1）选用钢材市场上现有的型钢在工厂内加工，制作简单，价格便宜；
2）可减小节点的尺寸，使得网壳或网架的外观更加优美；
3）节点具有钢管混凝土刚度大、强度高和变形小的特点，能够有效地传递网架和网壳节点受到的轴力、剪力和弯矩；
4）能够减轻网壳和网架结构的自重，提高网架、网壳的抗震性能，可广泛应用于大跨度网架及网壳结构中。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为实施例一的结构示意图。
图2为实施例二的结构示意图。
图3为实施例三的结构示意图。
图4为实施例四的结构示意图。
图5为图1或图3中结构主体的分解图。
图6为图2或图4中结构主体的分解图。
图中：1为结构主体，2为衬管，3为端盖，4为连接管，5为侧板，6为过渡件，7为大口端，8为小口端，9为内加强筋，10为内加强板，11为外加强筋，12为外加强板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明，附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
如图1和图5所示，网壳节点，包括空心的结构主体1，结构主体1的内腔设置有衬管2，衬管2与结构主体1同心设置，且衬管2的长度与结构主体1的长度相同，结构主体1的两端均焊接有端盖3，端盖3、衬管2外壁与结构主体1内壁之间形成密封空腔，衬管2内灌注有混凝土，衬管2的外壁与结构主体1的内壁之间灌注有混凝土，结构主体1的外壁上固定连接有多根连接管4。
结构主体1的结构为六块侧板5围成的正六边形结构，结构主体1的每块侧板5上均连接有截面积渐变的空心过渡件6，过渡件6的大口端7与结构主体1的外壁相连，大口端7截面与侧板5截面大小相同并通过焊接的方式相连，过渡件6的小口端8与连接管4的一端相连，小口端8截面与连接管4截面相同并通过焊接的方式相连，过渡件6内与灌注有混凝土，直至灌满为止，待混凝土完全凝固后，内注混凝土的节点强度和刚度都大大改善，充分利用钢与混凝土两者的优势，可有效地传递网壳和网架节点所受到的轴力、剪力和弯矩，质量小，节点尺寸小，网架外观更加优美。根据实际需要，所述连接管4可为腹杆，或为弦杆，或为腹杆与弦杆的组合。
实施例二
如图2和图6所示，本实施例与实施例一的区别在于：衬管2内设置有内加强筋9，内加强筋9由多块内加强板10相互组合而成，多块内加强板10围绕衬管2的中心轴呈辐射状均布，多块内加强板10的一端与衬管2的内壁相连，多块内加强板10的另一端连接在一起，衬管2的外壁与结构主体1的内壁之间也设置有外加强筋11，外加强筋11由多块外加强板12首尾相接而成，多块外加强板12的一端与衬管2的外壁相连，多块外加强板12的另一端与结构主体1的内壁相连。内加强筋9和外加强筋11能够增加衬管2的结构强度，保证节点在受力后不易变形，抗震性能好。
实施例三
如图3和图5所示，本发明与实施例一的区别在于：结构主体1的侧板5上未连接过渡件6，结构主体1的每块侧板5上均连接有方形截面的空心连接管4，所述连接管4截面与结构主体1侧板5的大小相同并通过焊接的方式相连，结构简单，现场拆装方便，质量轻。
实施例四
如图4和图6所示，本发明与实施例三的区别在于，衬管2内设置有内加强筋9，内加强筋9由多块内加强板10相互组合而成，多块内加强板10围绕衬管2的中心轴呈辐射状均布，多块内加强板10的一端与衬管2的内壁相连，多块内加强板10的另一端连接在一起，衬管2的外壁与结构主体1的内壁之间也设置有外加强筋11，外加强筋11由多块外加强板12首尾相接而成，多块外加强板12的一端与衬管2的外壁相连，多块外加强板12的另一端与结构主体1的内壁相连。内加强筋9和外加强筋11能够增加衬管2的结构强度，保证节点在受力后不易变形，抗震性能好。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。