專利名稱：一種鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大跨度鋼-木混合抽空四角 錐網(wǎng)架。
背景技術(shù)：
隨著大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，如機(jī)場(chǎng)航站樓、會(huì)展中 心、收費(fèi)站、大跨度煤棚等建筑，均出現(xiàn)了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力合理、剛度 強(qiáng)、重量輕，能夠充分發(fā)揮材料的拉壓性能，減小彎矩和剪力對(duì)材料的不利影響，且造型多 變，并可根據(jù)建筑使用要求調(diào)整網(wǎng)格尺寸，以滿足不同的使用要求。由于抽空四角錐網(wǎng)架造 型新穎，并且利于室內(nèi)采光照明，因此受到更廣泛的關(guān)注。但是，抽空部分網(wǎng)格后，結(jié)構(gòu)受力 尤其是下弦桿受力顯著增大，由于鋼材具有強(qiáng)度高和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，該結(jié)構(gòu)主要選 用鋼材作為原料，其它材料用于這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實(shí)例或研究尚未見(jiàn)報(bào)道。木材是一種資源豐富且已廣為應(yīng)用的可再生材料，木結(jié)構(gòu)房屋在我國(guó)更是有著悠 久的歷史。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)第2010號(hào)中就公開(kāi)了一種由本發(fā)明申請(qǐng)人提出的木結(jié)構(gòu)矩 形平板網(wǎng)架，雖然這種網(wǎng)架具有綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但是由于木材的強(qiáng)度較低，因此不適于單 獨(dú)作為抽空四角錐網(wǎng)架的原料。因此，如果能充分利用鋼材強(qiáng)度高、木材綠色環(huán)保的特點(diǎn)，將鋼材和木材組合成混 合結(jié)構(gòu)，無(wú)疑將會(huì)擴(kuò)大木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種抗震性能好、便于施工、安全 性高且綠色環(huán)保的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架包括多根上弦 桿、多根下弦桿、多根斜腹桿、多個(gè)木桿連接件、多個(gè)鋼桿連接件、多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)、固定鉸 支座和若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座；其中上弦桿和斜腹桿由木材制成，下弦桿由鋼材制成，每根上弦 桿和斜腹桿的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件，每根下弦桿的兩端分別安裝有一個(gè)鋼桿連 接件；帶有木桿連接件的多根上弦桿和多根斜腹桿與帶有鋼桿連接件的多根下弦桿利用多 個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接成傳統(tǒng)形狀的抽空四角錐網(wǎng)架主體；所述的木桿連接件包括鋼套箍、端 板、錐頭和箍筋；其中鋼套箍套裝在上弦桿及斜腹桿的端部外圓周面上；端板安裝在鋼套 箍的外端面上；錐頭為空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其上底面中部形成有一個(gè)圓孔，下底面呈開(kāi)口狀，并 且下底面邊緣連接在端板的外端邊緣上；箍筋纏繞在鋼套箍的外圓周面上，用于將鋼套箍 和上弦桿或斜腹桿箍緊；所述的鋼桿連接件包括與木桿連接件中同一部件具有相同結(jié)構(gòu)的 端板和錐頭，端板安裝在下弦桿的外端部上，錐頭的下底面邊緣連接在端板的外端邊緣上； 每個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)高強(qiáng)螺栓、多個(gè)封板、多個(gè)套筒、多個(gè)銷釘和一個(gè)鋼球；其中高強(qiáng) 螺栓上的螺桿貫穿設(shè)置在錐頭上的圓孔內(nèi)，并且螺栓頭位于錐頭的內(nèi)部，同時(shí)螺桿的中部 外圓周面上沿徑向形成有一個(gè)盲孔；封板安裝在錐頭的上底面外部，并且中心部位形成有一個(gè)螺桿孔；套筒套在高強(qiáng)螺栓上位于封板外側(cè)的螺桿上，并且套筒的圓周面上貫穿形成 有一個(gè)銷釘孔；銷釘?shù)那岸舜┻^(guò)套筒上的銷釘孔后插入在高強(qiáng)螺栓上的盲孔內(nèi)；鋼球上形 成有多個(gè)圓孔，用于插入多個(gè)高強(qiáng)螺栓上螺桿的前端；固定鉸支座的上端安裝在網(wǎng)架主體 下弦外周邊任一角處的螺栓球節(jié)點(diǎn)上，下端固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座 的上端分別安裝在網(wǎng)架主體下弦外周邊的其余螺栓球節(jié)點(diǎn)上，下端以可移動(dòng)的方式分別設(shè) 置在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部。所述的上弦桿和斜腹桿的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹 槽，而鋼套箍的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi) 的凸緣。所述的鋼球上圓孔的數(shù)量為3-8個(gè)。本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架具有如下優(yōu)點(diǎn)1)抗震性能好經(jīng)有 限元分析軟件ANSYS計(jì)算表明，本結(jié)構(gòu)具有可靠的抗震性能。2)便于施工由于減少了鋼 材用量，因此可明顯減少施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備數(shù)量，同時(shí)，由于木桿件重量輕，其拼接可由 工人手工完成，因此可以提高施工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少施工人員的數(shù)量。幻安全性高 經(jīng)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，地震作用下鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架豎向位移小于同截面面積的鋼結(jié)構(gòu) 網(wǎng)架，表明地震作用下鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架安全性高。4)綠色環(huán)保由于我國(guó)木材 資源豐富，選材便利且綠色環(huán)保，價(jià)格低且屬于可再生資源，因此使用鋼-木混合抽空四角 錐網(wǎng)架時(shí)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)都非常突出。

圖1為本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平面圖。圖2為本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3為由圖1中上弦桿連成的結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖4為由圖1中斜腹桿連成的結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖5為由圖1中下弦桿連成的結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖6為本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架中連接在上弦桿或斜腹桿端 部的木桿連接件結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架中螺栓球節(jié)點(diǎn)部位結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架進(jìn) 行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1-圖4所示，本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架包括多根上弦桿 1、多根下弦桿2、多根斜腹桿3、多個(gè)木桿連接件4、多個(gè)鋼桿連接件、多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)5、固 定鉸支座6和若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座7 ；其中上弦桿1和斜腹桿3由木材制成，下弦桿2由鋼材 制成，每根上弦桿1和斜腹桿3的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件4，每根下弦桿2的兩端 分別安裝有一個(gè)鋼桿連接件；帶有木桿連接件4的多根上弦桿1和多根斜腹桿3與帶有鋼 桿連接件的多根下弦桿2利用多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)5連接成傳統(tǒng)形狀的抽空四角錐網(wǎng)架主體；所述的木桿連接件4包括鋼套箍8、端板9、錐頭10和箍筋11 ；其中鋼套箍8套裝在上弦桿 1及斜腹桿3的端部外圓周面上；端板9安裝在鋼套箍8的外端面上；錐頭10為空心圓臺(tái) 結(jié)構(gòu)，其上底面中部形成有一個(gè)圓孔12，下底面呈開(kāi)口狀，并且下底面邊緣連接在端板9的 外端邊緣上；箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上，用于將鋼套箍8和上弦桿1或斜腹桿 3箍緊；所述的鋼桿連接件包括與木桿連接件4中同一部件具有相同結(jié)構(gòu)的端板9和錐頭 10，端板9安裝在下弦桿2的外端部上，錐頭10的下底面邊緣連接在端板9的外端邊緣上； 每個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)5包括多個(gè)高強(qiáng)螺栓13、多個(gè)封板14、多個(gè)套筒15、多個(gè)銷釘16和一個(gè)鋼 球17 ；其中高強(qiáng)螺栓13上的螺桿貫穿設(shè)置在錐頭10上的圓孔12內(nèi)，并且螺栓頭位于錐頭 10的內(nèi)部，同時(shí)螺桿的中部外圓周面上沿徑向形成有一個(gè)盲孔；封板14安裝在錐頭10的 上底面外部，并且中心部位形成有一個(gè)螺桿孔；套筒15套在高強(qiáng)螺栓13上位于封板14外 側(cè)的螺桿上，并且套筒15的圓周面上貫穿形成有一個(gè)銷釘孔；銷釘16的前端穿過(guò)套筒15 上的銷釘孔后插入在高強(qiáng)螺栓13上的盲孔內(nèi)；鋼球17上形成有多個(gè)圓孔，用于插入多個(gè)高 強(qiáng)螺栓13上螺桿的前端；固定鉸支座6的上端安裝在網(wǎng)架主體下弦外周邊任一角處的螺栓 球節(jié)點(diǎn)5上，下端固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座7的上端分別安裝在網(wǎng)架 主體下弦外周邊的其余螺栓球節(jié)點(diǎn)5上，下端以可移動(dòng)的方式分別設(shè)置在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂 部。所述的上弦桿1和斜腹桿3的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道 凹槽，而鋼套箍8的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹 槽內(nèi)的凸緣。所述的鋼球17上圓孔的數(shù)量為3-8個(gè)。本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架組裝過(guò)程如下在上弦桿1和斜腹 桿3上安裝木桿連接件4的方法是首先將高強(qiáng)螺栓13上的螺桿從錐頭10的內(nèi)部貫穿過(guò)圓 孔12，然后將鋼套箍8安裝在上弦桿1和斜腹桿3的外端圓周面上，并使上弦桿1和斜腹桿 3上的凹槽與鋼套箍8上的凸緣對(duì)齊并卡緊，之后將箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上， 用于將鋼套箍8和上弦桿1或斜腹桿3箍緊，然后將端板9焊接在鋼套箍8的外端面上，最 后將裝有高強(qiáng)螺栓13的錐頭10下底面邊緣焊接在端板9的外端圓周上。在下弦桿2上安 裝鋼桿連接件的方法是將端板9直接焊接在下弦桿2的外端面上，然后將裝有高強(qiáng)螺栓13 的錐頭10下底面邊緣焊接在端板9的外端圓周上。之后將封板14上的螺桿孔貫穿高強(qiáng)螺 栓13上的螺桿而放置在錐頭10的上底面外部，然后在螺桿上套上套筒15，最后將螺桿的前 端插入在鋼球17上的一個(gè)圓孔內(nèi)，并用銷釘16貫穿套筒15上銷釘孔及高強(qiáng)螺栓13上盲 孔的方法而將上弦桿1、下弦桿2和斜腹桿3通過(guò)鋼球17連接在一起，多個(gè)不同空間角度的 木桿連接件4和/或鋼桿連接件連接于一個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)5上，依次連成抽空四角錐網(wǎng)架主 體。再將固定鉸支座6的上端安裝在網(wǎng)架主體下弦外周邊任一角處的螺栓球節(jié)點(diǎn)5上，下 端固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部，同時(shí)將若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座7的上端分別安裝在網(wǎng)架主體下弦 外周邊的其余螺栓球節(jié)點(diǎn)5上，下端以可移動(dòng)的方式分別設(shè)置在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部，由此 形成鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架。為了分析本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架的抗震性能，本申請(qǐng)人利 用有限元軟件ANSYS比較了相同外觀尺寸和截面面積的木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)抽空四角錐網(wǎng)架 的前4階自振頻率，以及其在水平地震EL-Centro (1940)波作用下8s內(nèi)的豎向位移值，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。由表1可見(jiàn)，兩種結(jié)構(gòu)前三階自振頻率值較接近，說(shuō)明鋼-木混合抽空四 角錐網(wǎng)架和鋼結(jié)構(gòu)抽空四角錐網(wǎng)架特性接近。由表2可見(jiàn)，鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架在 地震作用下的位移變化幅值小于鋼結(jié)構(gòu)抽空四角錐網(wǎng)架，意味著地震作用下鋼-木混合抽 空四角錐網(wǎng)架對(duì)屋面材料破壞較小。通過(guò)上述計(jì)算及分析可見(jiàn)，本實(shí)用新型提供的鋼-木 混合抽空四角錐網(wǎng)架抗震性能好，安全可靠。表 權(quán)利要求1.一種鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架，其特征在于所述的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架 包括多根上弦桿(1)、多根下弦桿(2)、多根斜腹桿(3)、多個(gè)木桿連接件(4)、多個(gè)鋼桿連接 件、多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)(5)、固定鉸支座(6)和若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座(7)；其中上弦桿(1)和斜腹 桿⑶由木材制成，下弦桿⑵由鋼材制成，每根上弦桿⑴和斜腹桿⑶的兩端分別安裝 有一個(gè)木桿連接件(4)，每根下弦桿(2)的兩端分別安裝有一個(gè)鋼桿連接件；帶有木桿連接 件(4)的多根上弦桿(1)和多根斜腹桿(3)與帶有鋼桿連接件的多根下弦桿(2)利用多個(gè) 螺栓球節(jié)點(diǎn)(5)連接成傳統(tǒng)形狀的抽空四角錐網(wǎng)架主體；所述的木桿連接件⑷包括鋼套 箍(8)、端板(9)、錐頭(10)和箍筋(11)；其中鋼套箍(8)套裝在上弦桿(1)及斜腹桿(3) 的端部外圓周面上；端板(9)安裝在鋼套箍(8)的外端面上；錐頭(10)為空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其 上底面中部形成有一個(gè)圓孔(12)，下底面呈開(kāi)口狀，并且下底面邊緣連接在端板(9)的外 端邊緣上；箍筋(11)纏繞在鋼套箍(8)的外圓周面上，用于將鋼套箍(8)和上弦桿(1)或 斜腹桿(3)箍緊；所述的鋼桿連接件包括與木桿連接件(4)中同一部件具有相同結(jié)構(gòu)的端 板(9)和錐頭(10)，端板(9)安裝在下弦桿(2)的外端部上，錐頭(10)的下底面邊緣連接 在端板(9)的外端邊緣上；每個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)(5)包括多個(gè)高強(qiáng)螺栓(13)、多個(gè)封板(14)、多 個(gè)套筒(15)、多個(gè)銷釘(16)和一個(gè)鋼球(17)；其中高強(qiáng)螺栓(13)上的螺桿貫穿設(shè)置在錐 頭(10)上的圓孔(12)內(nèi)，并且螺栓頭位于錐頭(10)的內(nèi)部，同時(shí)螺桿的中部外圓周面上 沿徑向形成有一個(gè)盲孔；封板(14)安裝在錐頭(10)的上底面外部，并且中心部位形成有一 個(gè)螺桿孔；套筒(15)套在高強(qiáng)螺栓(13)上位于封板(14)外側(cè)的螺桿上，并且套筒(15)的 圓周面上貫穿形成有一個(gè)銷釘孔；銷釘(16)的前端穿過(guò)套筒(15)上的銷釘孔后插入在高 強(qiáng)螺栓(13)上的盲孔內(nèi)；鋼球(17)上形成有多個(gè)圓孔，用于插入多個(gè)高強(qiáng)螺栓(13)上螺 桿的前端；固定鉸支座(6)的上端安裝在抽空四角錐網(wǎng)架主體下弦外周邊任一角處的螺栓 球節(jié)點(diǎn)(5)上，下端固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座(7)的上端分別安裝在抽 空四角錐網(wǎng)架主體下弦外周邊的其余螺栓球節(jié)點(diǎn)(5)上，下端以可移動(dòng)的方式分別設(shè)置在 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架，其特征在于所述的上弦桿(1) 和斜腹桿(3)的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍(8)的 內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架，其特征在于所述的鋼球(17) 上圓孔的數(shù)量為3-8個(gè)。
專利摘要一種鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架。其包括多根上弦桿、多根下弦桿、多根斜腹桿、多個(gè)木桿連接件、多個(gè)鋼桿連接件、多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)、固定鉸支座和若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座；上弦桿和斜腹桿兩端分別安裝有木桿連接件，下弦桿兩端分別安裝有鋼桿連接件；帶有連接件的多根上弦桿、下弦桿和斜腹桿利用多個(gè)螺栓球節(jié)點(diǎn)連接成傳統(tǒng)形狀的抽空四角錐網(wǎng)架主體；固定鉸支座的上端安裝在網(wǎng)架主體下弦外周邊任一角處的螺栓球節(jié)點(diǎn)上，下端固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座的上端分別安裝在網(wǎng)架主體下弦外周邊的其余螺栓球節(jié)點(diǎn)上。本實(shí)用新型提供的鋼-木混合抽空四角錐網(wǎng)架充分發(fā)揮了鋼材強(qiáng)度高、木材綠色環(huán)保的特點(diǎn)，具有抗震性能好、便于施工、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04C3/292GK201924450SQ20102067215
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉國(guó)光, 武志瑋 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)