[发明专利]空间框架连接节点装置

说明书

本申请是2007年3月8日提交的名称为“空间框架连接节点装置”的中国专利申请200780039151.6（PCT/US2007/005761）的分案申请。

技术领域

本发明涉及结构化空间框架，更为具体的是，涉及非壳体空间框架且涉及连接节点装置与用于这样框架的其他结构元件。

背景技术

空间框架是诸如管的结构构架构件的网，所述结构构架构件在多构件连接点（通常称为“节点”）处以下面的方式互连：即整个结构的行为就像一个结构元件。通过对比，在梁与柱的典型构架中，如在建筑中，结构元件通常独立于彼此而起作用并具有完全单独的力作用路径。

现有技术中可见到空间框架的两种粗分类。它们是单层栅格与双（多）层栅格（DLG）。单层栅格是具有期望横截面与尺寸的节点结构与结构构件的网（设置成三角形、长方形或其他几何方案）。单层栅格通过将栅格元件设置到曲面内而获得它的结构强度。因而，单层栅格最常用于限定圆顶、拱顶以及具有单一或复合曲率的其他结构。

正如名称所暗示的，双层栅格是节点位于两个单独表面内的空间框架，所述两个单独表面通常是平的且彼此相互平行间隔；具有弯曲的平行间隔的表面的拱顶DLG也是公知的。在双层栅格（DLG）中，节点通过称为弦的直的结构元件彼此互连在每个平面内；在每一个表面内的所述弦被配置成通常为方形的重复几何图案，但是也可通过在每个表面内的弦阵列而限定三角形与长方形。由在DLG的主平面内的弦所限定的方形（或其他几何形状）一般在整个结构中都有相同的尺寸。通过在此被称作柱以便同处于DLG主表面内的弦元件相区别的其他直的结构元件而使DLG的两个表面互连。例如，在DLG顶表面内的节点被设置成，使它们所限定的方形区域的质心位于DLG的底表面内的节点之上，且柱从这些顶表面节点中的每一个连接到其底表面节点。结果，在DLG的主表面之间延伸的DLG中的柱倾斜于主表面。

空间架构常规地被用作静态结构，即被安装在固定支承件或地基上并且被其支撑的结构。在全景平面图（即从垂直于DLG主表面的线上有利位置处观察）中是方形或长方形的DLG结构可被支承在结构的端或例如结构的中部。然而，公知的是将空间架构用作在体育场与露天运动场上的可移动盖顶，在这样的情况下，空间框架支承件被支承在沿水平轨道可移动的辊或滚轮单元上；在这样情况下所使用的空间架构根本上是静态结构，这是因为这样的空间架构的运动不会显著改变由于重力导致的框架载荷。

在单层栅格中构架构件到节点的连接通常是通过将相关构架构件在节点处彼此相互螺栓连接、铆接或焊接或者将相关构架构件在节点处螺栓连接、铆接或焊接到其他节点元件而限定的刚性连接。在栅格节点处构架构件这样的刚性连接使所述连接能将在架构构件上的力矩载荷传递到节点并传递到节点处的其他构件；力矩载荷是以导致构架构件相对于节点试图旋转或枢转的方式而作用到构架构件上的载荷。另一方面，在现代双层栅格中，构架构件到节点的连接很少是力矩连接；它们是真正被销连接的连接或是被模制成销连接的连接。在双层栅格中，通过作用在构架构件内沿它们的长度（即构架构件的轴线方向）的拉力或压力来抵抗在整体栅格上倾向于使得构架构件产生相对于节点的旋转运动的载荷。在DLG中使用销连接的原因在于装配这样的栅格的费用与困难性，其中所述栅格具有在或到节点处的构架构件的力矩连接。

在节点处DLG构架构件的真正销连接是用于限定与制作的简单连接。这样的连接典型地通过如下方式被制成：即，使得螺栓或销穿过在构架构件内和在节点连接器装置内的对准孔，其中该构架构件同其他构架构件被销连接到所述节点连接器装置。在柱轴线与在节点处的弦轴线（或在节点处的主弦轴线）不相交的情况下，称节点具有偏心率。在DLG节点处的偏心率导致节点具有力矩载荷或其他施加到其上的不期望的载荷。在DLG的节点处存在力矩载荷会要求栅格的至少一些部件重于没有力矩载荷存在的情况下的部件。可通过在连接到节点的构架构件的不完全对准而导致在DLG节点处的载荷偏心率，并且可由在节点处销连接内的间隙而产生构架构件未对准。在DLG中销连接处的间隙也可导致栅格构架构件在节点之间具有偏离于设计长度的有效长度，因此与设计载荷大小相比会影响在构架构件内的实际载荷的大小。解决在实际构架构件载荷与设计构架构件载荷之间差异的存在性（或者潜在性）的方案是将构架构件制作得更重。