[发明专利]一种外环内六角形空间网格结构装配式节点

说明书

本发明公开了一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、内垫片(4)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)。内环和外环均为圆柱，且内环沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，外环沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)。中心环为六角星形柱体，中心环沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)。中心环安装于圆形孔洞二中，内环安装于六角星形孔洞中。内垫片设置于外环中，本发明通过螺栓对连接杆件、封板、外环和内垫片进行连接，形成装配式杆件。本发明节点质量轻盈、可快速现场装配且力学性能优良。

技术领域

本发明涉及建筑业空间结构设计技术领域，具体涉及一种外环内六角形空间网格结构装配式节点。

背景技术

随着经济社会快速的发展，建筑设计理论不段提高，建筑形式灵活多样的单层空间网格结构被广泛运用在各类地标性钢结构建筑当中。其中装配式空间网格结构以其建造周期短、施工方便、施工污染少在空间网格结构中所占的比例也越来越大。随着结构设计和施工技艺的不断提升，人们越来越追求质量轻盈结构线条优美的建筑形式。而装配式节点作为装配式空间网格结构的重要组成部分自然也受到了人们的广泛关注，但是现有技术的球面螺栓球等装配式节点主要用于规则形曲面而且其重量较大，而以高精度加工而成的装配式节点体系往往又造价太高。因此，开发出一种质量小、装配性能好、造价适中同时又满足力学性能要求的装配式节点是非常必要的。

基于此本发明公开了一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，该种节点质量轻盈，具有良好的装配性能，富有卓越的建筑美感，达到力学和美学的统一，深受建筑师和结构师喜爱，在单层空间网格结构领域有着良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有装配式节点存在的问题，提供一种节点质量轻盈、可快速现场装配且力学性能优良的单层空间三角形网络结构装配式节点。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)，所述内环(1)和外环(2)均为圆柱，且所述内环(1)沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，所述外环(2)沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)；

所述中心环(3)为六角星形柱体，所述中心环(3)包括外凸六角(14)，所述外凸六角(14)均处于同一个圆形面一上，所述中心环(3)沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)，所述六角星形孔洞(18)包括内凸六角(15)，所述内凸六角(15)均处于同一个圆形面二上，所述外凸六角(14)的对称面和内凸六角(15)的对称面为同一个平面；所述中心环(3)安装于外环(2)的圆形孔洞二(17)中，所述圆形面一的直径等于圆形孔洞二(17)的直径，所述中心环(3)与外环(2)的中心轴在同一条直线上；所述内环(1)安装于中心环(3)的六角星形孔洞(18)中，所述中心环(3)的中心轴和内环(1)的中心轴在同一条直线上，且所述圆形孔洞一(16)的直径等于圆形面二的直径；

所述外环(2)的外圆周壁上均匀开设有第二螺栓孔(9)，所述封板(6)上均匀开设有第三螺栓孔(11)，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)和第二螺栓孔(9)将封板(6)与外环(2)连接，且所述封板(6)和连接杆件(7)固定连接。

进一步的，所述内环(1)、外环(2)、中心环(3)的整体结构是基于商用软件HYPERWORKS平台，利用拓扑优化原理，以节点应变能最小为目标函数，以连续体结构变密度法为优化算法，采用SIMP材料差值模型，以单元“单元密度”作为设计变量经过迭代优化而来；

应变能公式可表述为其中C为应变能，P＝KU，P为结构所受外荷载向量矩阵，T为矩阵转置符号，U为单元位移向量矩阵，K为刚度矩阵；

所述六角星形孔洞(18)、圆形孔洞二(17)、外凸六角(14)和内凸六角(15)主要通过所述“单元密度”与节点的材料弹性模量之间的函数关系优化得出，且所述函数关系为：