[发明专利]一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法，属于网壳结构领域。

背景技术

网壳结构是以杆件为基础，沿着某个曲面有规律地布置而组成的空间结构体系，以“薄膜”作用为主要受力特征。网壳结构自重轻、结构刚度好，结构多变，美观性强，且能跨越较大空间，因此具有广阔的发展空间。网壳结构广泛采用钢材和铝合金作为结构主体材料，尚未见竹材应用于网壳结构的实例，也就没有竹网壳连接节点的实例。

在我国，竹材是一种资源丰富、生长周期短的可再生、可降解的生物质材料。竹材一般只是用来制作工艺品或作为装饰装修材料，但目前的加工技术已经可以将竹材加工成力学性能优良的结构用材，如果将其制成结构杆件，应用于网壳结构，将拓宽竹结构的应用领域并推进绿色环保建筑的发展。

但竹材不同于钢材、铝材能够直接经行焊接连接，也不同于混凝土可自行融合凝固连接，如果借鉴传统木结构的榫卯连接，会削弱竹材连接端截面，降低节点强度，易发生脆性破坏。因此采用何种易于实现的连接方式快速地将竹杆件可靠地连接起来，成为竹网壳结构能否实现的关键问题。

发明内容

本发明提出的是一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点及安装方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述问题，具有结构简单，易定位安装，传力清晰，整体性好，易维修，绿色环保等优点。

本发明的技术解决方案：一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其结构包括M个钢插片、M根竹杆件、M或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓；每一个钢插片的一端上预留圆弧型缺口，钢插片的另一端上预留A螺栓孔；钢插片预留的圆弧型缺口的一端与空心球焊接固定；每一根竹杆件的端部上预留凹槽和B螺栓孔，钢插片预留螺栓孔的一端插入竹杆件预留的凹槽内，钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔对齐，A螺栓孔、B螺栓孔用二个螺栓固定；在竹杆件和空心球间的钢插片上焊接加劲钢片。

本发明的优点：

1）结构简单：连接节点的中心只是一个空心球，将钢插片预留圆弧型缺口的一端焊接在空心球上，钢插片预留A螺栓孔的一端插入竹杆件端部预留的凹槽内，接着将钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔对齐，A螺栓孔、B螺栓孔用螺栓固定；最后在竹杆件和空心球间的钢插片上焊接加劲钢片，即可形成一个竹网壳空心球连接节点。

2）易定位安装：连接节点的中心是一个空心球，而钢插片一端预留的圆弧型缺口的半径与所连接的空心球半径一致，因此无论钢插片焊接在空心球上的角度是多少，都能保证与空心球的紧密连接，定位方便；钢插片预留A螺栓孔的一端插入竹杆件端部预留的凹槽内，对齐钢插片预留的A螺栓孔与竹杆件上预留的B螺栓孔，用螺栓固定即可完成竹杆件的连接与安装。

3）传力清晰：竹杆件所受的内力通过螺栓传递给钢插片，钢插片通过焊缝将力传递给空心球，传力路径明确。

4）整体性好：焊接在空心球上的钢插片相当于一个悬臂结构，为了避免竹杆件在节点处由于截面过大而交错，钢插片需突出竹杆件一段距离，这样使得单个钢插片的悬挑长度增大，平面外抗弯刚度变小，在钢插片突出竹杆件部分焊接加劲钢片，将各个方向的钢插片依次连接起来，既减小了单个钢片的悬挑长度，增加单个钢片平面外的抗弯刚度，又使得连接在同一空心球上的钢插片共同受力，从而提高节点的整体稳定性。

5）易维修：当竹网壳在安装或使用过程中，竹杆件因出现裂缝、过度弯曲等情况影响整个网壳结构的安全与稳定而急需更换时，只需卸下竹杆件两端用于与钢插片连接所用的螺栓，取下损坏的竹杆件，换上新的竹杆件，再拧紧之前卸下的螺栓，即可完成维修工作。

6）绿色环保：我国竹材资源丰富，选材便利；竹材生长周期短，且属于绿色环保的可再生资源，因此用竹材作为结构主体材料的竹结构单层球面网壳的环保优势突出。

附图说明

图1 是焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点的俯视透视示意图。

图2是图1中A-A向剖视示意图。

图3是单个钢插片示意图。

图4是单个竹杆件示意图。

图中的1是空心球，2是钢插片，3是竹杆件，4是螺栓，5是加劲钢片，6圆弧型缺口，7是A螺栓孔，8是B螺栓孔，9凹槽，10垫片。

具体实施方式

对照附图，一种焊接钢插片的竹网壳空心球连接节点，其结构包括M个钢插片、M根竹杆件、M或M-1个加劲钢片、一个空心球、2M个螺栓；M=6；

其中每一个钢插片2的一端上预留圆弧型缺口6，钢插片2的另一端上预留A螺栓孔7；钢插片2预留的圆弧型缺口6的一端与空心球1焊接固定；