[发明专利]一种用于大跨度的格构式网格结构杆件单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大跨度的格构式网格结构杆件单元。

背景技术

大跨度网格结构自上世纪八十年代从德国引进以来，已经广泛应用于大跨度建筑工程中，如机场航站楼、体育场馆、博物馆等工程，目前广泛采用的网格结构是网架(网壳)结构，其节点型式是杆-球-杆连接方式，即每一根杆与球相连，每一根杆件在空间上均不在同一位置，一个球与数根杆连接，组成空间相互连接相互关联的拉压杆件球结构，该结构空间整体性好，非常适合跨越空间跨度有一定要求的结构。但该网格结构的跨度也有一定限制，对于螺栓球网架(网壳)而言，因为现有螺栓球网架的杆件，采用的是每一根杆件通过一个螺栓与螺栓球相连，对于每根杆件而言，一根杆件的拉力全部由一根螺栓传递给螺栓球，随着网架(网壳)跨度增大，螺栓将承受的力也增加。由于螺栓是高强度材料，制造工艺决定了螺栓直径一般小于64mm，如果螺栓直径大于64mm，制造工艺很难保证螺栓的质量，从而制约力螺栓球网架的跨度。如果螺栓球上每根杆件设计大于一个螺栓,螺栓球的直径将大幅度增加，而螺栓球是实心球，螺栓球重量是直径的立方关系，螺栓球网架重量大幅增加，成本上升。

焊接球网架(网壳)克服了螺栓球网架的缺点，跨度可以设计得比螺栓球网架(网壳)要大，但随着跨度的增加，结构的材料量成指数增加，结构不经济。对于平板网架结构，一般跨度在60米以下，对于壳体网架结构，跨度也限于120米以下，大于这个跨度，由于结构用金属材料量与跨度之间的关系成指数关系，造成金属材料量随跨度的增加成指数被增长，结构造价大幅度提升，结构成本高。

公开日为2009年12月9日，公开号为CN201358513的实用新型专利公开了一种超大跨度的圆柱面组合杆系巨型网格结构，该实用新型的主体结构是一种由格构式构件组成的大网格结构,其网格尺寸为10～30m，该实用新型将传统焊接球和螺栓球网架(网壳)的杆件用焊接格构杆件代替，能有效地克服压杆失稳的问题,可大幅度提高结构的整体刚度与稳定性、避免压杆失稳，这样可以跨域更大的跨度，节省了用钢量，降低了工程造价，适用于200m以上的超大跨度空间网壳屋盖结构。该实用新型将格构杆件的锥头由各个分支杆件分别于焊接球连接，由于各分支杆件分别有一定厚度，如果各分支杆件之间不相贯连接，即各分支杆件未经任何切割保持原各分支杆件的截面面积不变，即各分支杆件分别与焊接球相连接，200米以上跨度时，焊接球的尺寸达到1200mm以上，大多数焊接球直径达到1500mm，个别的球直径达到2000mm以上。目前为止，焊接球900mm以上的规格缺少承载力实验数据，而且这样大的焊接球也难以制作，如此大焊接球也大大增加了焊接球的重量，导致整个结构非常不经济。本实用新型将各分支杆件相贯连接后与焊接球相连，即将各分支杆件截面切削一部分后与焊接球相连，则各分支截面强度得不到保证，导致整个结构安全度降低，经大量计算模拟，该实用新型仅能用在跨度大于200米的结构柱面等壳体结构中，比焊接球或螺栓球网架(网壳)节省材料，很难应用到最常用的的平板网格结构中，原因是平板结构计算出的焊接球直径更大。

综上，现有的大跨度的格构式网格结构成本高以及整个结构的安全性低。

发明内容

本发明为解决现有的大跨度的格构式网格结构存在成本高以及整个结构的安全性低的问题，进而提供一种用于大跨度的格构式网格结构杆件单元。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的用于大跨度的格构式网格结构杆件单元包括两个金属焊接球体、六或八根分支杆和网格杆件，所述网格结构杆件单元还包括两个转换杆，每个金属焊接球体与一根转换杆的一端焊接为一体，网格杆件的每一端均与三或四根分支杆的一端焊接，三或四根分支杆的另一端沿转换杆的圆周方向均布焊接在对应的转换杆上，每一端的三或四根分支杆呈伞状分部。

本发明具有以下有益效果：

本发明的用于大跨度的格构式网格结构杆件单元通过转换杆与分支杆连接，即通过转换杆连接金属焊接球体和多个分支杆，球节点采用焊接球节点，与现有的大跨度的格构式网格结构相比，本发明的格构式网格杆件不是直接通过分支杆与焊接球体相连接，而是经过转换杆与焊接球焊接后，通过转换件与分支杆相连，有效减小了金属焊接球体的直径，从而大大减少了金属材料用量，金属材料用量减少了30％以上；

本发明各分支杆与转换杆焊接不经过截面切削，从而提高了整个结构的安全性；

本发明适用于跨度大于60米的平板网格结构、柱面网格、球面网格、马鞍形网格和其他典型曲面网格，以及非典型曲面网格结构，即比普通焊接球或螺栓球网架(网壳)节省材料。