CN111424823A - 一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构 - Google Patents

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陈志华
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Abstract

一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，包括相互连接的网格节点，所述网格节点由H型杆件和圆盘盖板构成；所述H型杆件的端部环绕设置在成对的圆盘盖板内，H型杆件的翼缘板两端均通过固定件与圆盘盖板固定连接，H型杆件的腹板等间距的开设有孔洞；所述圆盘盖板上至少设置有三个H型杆件。本发明旨在提供一种可充分利用铝合金材料的强度，进一步减轻空间网格结构重量的单层铝合空间网格结构。

Description

一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构
技术领域
本发明涉及建筑结构领域，尤其涉及一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构。
背景技术
铝合金由于具有自重轻，抗腐蚀性能强，强度较高等特点，被认为是一种理想的建筑材料，并被广泛的应用于大跨度建筑结构中。但建筑用铝合金不适合焊接，焊接热影响区除材料的各种力学性能指标急剧下降外，其表面氧化膜也会被损坏，此外靠近焊接区域的材料会由于高温发生热软化，因此目前铝合金结构多采用机械方式进行连接。
对于铝合金空间网格结构，常采用的结构体系主要包括：1)泰姆科体系；2)佛伦蒂尔体系；3)螺栓球体系。其中泰姆科体系采用H型铝杆件及板式节点进行连接，H型杆件上下翼缘通过螺栓与圆盘盖板连接，传力可靠且便于施工；佛伦蒂尔体系采用两端压扁的圆管及毂式节点进行连接，但其节点刚度较弱，同时该节点本身存在局限性，导致上下两层杆件间距较小，虽然为小双层空间网格结构，但受力性能接近于单层网壳，铝合金材料的强度难以充分发挥；螺栓球体系采用圆管及螺栓球节点进行连接，但受到加工限制，螺栓球节点及相应杆件尺寸较小，目前螺栓球铝合金空间网格结构多用于跨度30米以下的工程中；此外，有专家学者对铸铝节点进行了研究，但节点延性较差，在推广中存在一定难度。
目前，泰姆科体系在工程中应用最多，但H型杆件上下翼由于螺栓孔的存在，其截面受到了较大程度的削弱，破坏往往发生在节点域内的H型杆件的翼缘处，而杆件的腹板受力较小，铝合金材料的强度得不到充分利用。为进一步改善结构受力，减少材料用量，提高经济效益，还需针对上述问题对现有的圆盘盖板节点进行改进和优化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种可充分利用铝合金材料的强度，进一步减轻空间网格结构重量的单层铝合金空间网格结构。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，包括相互连接的网格节点，所述网格节点由H型杆件和圆盘盖板构成；所述H型杆件的端部环绕设置在成对的圆盘盖板内，H型杆件的翼缘板两端均通过固定件与圆盘盖板固定连接，H型杆件的腹板等间距的开设有孔洞；所述圆盘盖板上至少设置有三个H型杆件。
进一步的，所述H型杆件的轴线均穿过圆盘盖板的圆心。
进一步的，所述H型杆件由铝合金材料构成。
进一步的，所述圆盘盖板的螺栓孔沿圆盘盖板的径向分布，圆盘盖板由平板或弧面板构成。
进一步的，所述孔洞为圆形、椭圆形、矩形或多边形的其中一种。
进一步的，所述固定件为虎克螺栓、普通螺栓或高强螺栓的其中一种。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明在H型杆件受力较小的腹板处开设孔洞，可减少空间网格结构的材料用量，能够在保证杆件的抗弯刚度的同时有效降低结构自重，从而获得较大的结构跨度。同时，腹板上增加的孔洞可用于管、线的分类及穿梭，减少了管、线对于空间的占用，节省建筑空间，使结构整洁美观，增加了材料的利用率，获得较好的经济效益。对腹板进行开洞削弱，可使网格节点的受力更加合理，避免圆盘盖板与翼缘板的连接处先于构件发生破坏。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中网格节点的结构示意图；
图3为本发明中单个H型杆件与圆盘盖板的结构示意图；
图4为本发明中H型杆件的结构示意图；
图5为本发明中孔洞为方形时的网格节点结构示意图；
图6为本发明中孔洞为六边形时的网格节点结构示意图。
附图标记说明：
1-H型杆件，2-圆盘盖板，3-固定件，11-翼缘板，12-腹板，13-孔洞。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，包括相互连接的网格节点，所述网格节点由H型杆件1和圆盘盖板2构成；所述H型杆件1的端部环绕设置在成对的圆盘盖板2内，H型杆件1的翼缘板11两端均通过固定件3与圆盘盖板2固定连接，H型杆件1的腹板12等间距的开设有孔洞13；所述圆盘盖板2上至少设置有三个H型杆件1，本实施例中H型杆件1为六个，所述圆盘盖板2的螺栓孔沿圆盘盖板2的径向分布，圆盘盖板2由平板或弧面板构成；所述H型杆件1的轴线均穿过圆盘盖板2的圆心，所述H型杆件1由铝合金材料构成；所述孔洞13为圆形、椭圆形、矩形或多边形的其中一种；所述固定件3为虎克螺栓、普通螺栓或高强螺栓的其中一种，本实施例中采用铝合金或不锈钢制成的普通螺栓，为防止固定件3不与铝合金发生电化学腐蚀，也可采用经热浸镀锌、电镀锌或镀铝等可靠表面处理后的钢材来制成普通螺栓。
本发明由腹板12等间距的开设有孔洞13的H型杆件1通过圆盘盖板2使用普通螺栓进行连接。其中H型杆件1采用热挤压形成的铝合金构成，H型杆件1包括两个翼缘板11和腹板12；上、下两个圆盘盖板2与若干个腹板12具有孔洞的H型杆件1的上、下翼缘板11分别采用普通螺栓进行连接，从而构成单个网格节点，再由若干个网格节点互相连接构成单层铝合金空间网格结构。此处需说明的是普通螺栓的使用规格、数量及排布方式应根据网格节点受力大小与实际尺寸进行确定，圆盘盖板2的半径和厚度同样需根据节点受力大小确定，这是本领域技术人员应该可以理解的设计常识，不在此赘述。
H型杆件1上的孔洞13大小及间距需根据杆件受力大小确定，从而保证腹板12不发生局部屈曲。另外，在网格节点的连接处或承受较大集中荷载部位可不进行开孔或将开孔间距增大，同样是为了保证腹板12不发生局部屈曲。圆盘盖板2半径需满足各H型杆件1互不干涉，采用固定件3与多根H型杆件1相连，各H型杆件1的轴线应通过所述圆盘盖板2圆心，圆盘盖板2的起拱量取决于相应H型杆件1与网格节点切平面的夹角。
本发明中的单层铝合金空间网格结构可以为柱面网壳、球面网壳、马鞍形网壳或其他形式的单层网壳；网格形式可采用联方型、肋环型、短程线型、凯威特型及其他网格形式。如图5和图6所示，腹板12上开设的孔洞13还可为方形或六边形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，包括相互连接的网格节点，其特征在于：所述网格节点由H型杆件和圆盘盖板构成；所述H型杆件的端部环绕设置在成对的圆盘盖板内，H型杆件的翼缘板两端均通过固定件与圆盘盖板固定连接，H型杆件的腹板等间距的开设有孔洞；所述圆盘盖板上至少设置有三个H型杆件。
2.根据权利要求1所述的一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，其特征在于：所述H型杆件的轴线均穿过圆盘盖板的圆心。
3.根据权利要求2所述的一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，其特征在于：所述H型杆件由铝合金材料构成。
4.根据权利要求1所述的一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，其特征在于：所述圆盘盖板的螺栓孔沿圆盘盖板的径向分布，圆盘盖板由平板或弧面板构成。
5.根据权利要求1所述的一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，其特征在于：所述孔洞为圆形、椭圆形、矩形或多边形的其中一种。
6.根据权利要求1所述的一种腹板开洞的单层铝合金空间网格结构，其特征在于：所述固定件为虎克螺栓、普通螺栓或高强螺栓的其中一种。
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