[发明专利]一种箱型截面单层网壳的装配式连接系统及其装配方法、设计方法

说明书

本发明涉及一种连接系统，尤其涉及一种箱型截面单层网壳的装配式连接系统及其装配方法、设计方法，属于钢结构领域。包括端板Ⅰ和端板Ⅱ，端板Ⅰ与端板Ⅱ通过若干套筒螺栓连接固定；端板Ⅰ与端板Ⅱ之间形成安装操作孔；端板Ⅰ、套筒螺栓、安装操作孔和端板Ⅱ组合形成连接系统。此结构安装简便，通用性高。

技术领域

本发明涉及一种连接系统，尤其涉及一种箱型截面单层网壳的装配式连接系统及其装配方法、设计方法，属于钢结构领域。

背景技术

箱型截面杆是以冷弯、热轧和焊接等工艺制成的各类薄壁方管、矩形管或组焊箱型截面杆件的总称，具有极为优异的截面特性。从力学性能看，比圆环截面有更好的单向抗弯刚度，比工字型、槽形和Z型等开口型截面有更好的轴向抗扭刚度和弱轴抗弯刚度；从外观效果看，比圆环截面有更小的单向视线遮挡，比开口型截面更整洁；从耐候性能看，具有圆环截面同样的密闭性，便于表面防腐处理和清理灰垢。在高层钢框架结构、大跨度空间结构、仓储货架结构及桥梁结构等中都有广泛应用，其材质多为低碳钢、低合金钢或铝合金等。

箱型截面杆虽性能优异，但节点或连接技术发展相对滞后，主要依赖焊接，严重制约其推广应用和装配化发展。现有装配化连接技术多随节点开发而伴生，常以牺牲部分箱型截面杆优点换取安装方便，且通用性不足。例如，在大跨度空间结构中，德国的POLO-1（专利文献1）和中国的范锋CP型（专利文献2）不仅降低了轴向抗扭刚度和弱轴抗弯刚度优势，外观效果和耐候性也有一定损失；德国的Mero BK（专利文献3）、SEELE（专利文献4）和中国的范锋C型（专利文献5）节点则通过杆件翼缘开孔实现装配化，一定程度上削弱了杆件承载能力和密封性；德国的Mero ZK（专利文献1）、Mero-1（专利文献4）和荷兰的OCTA-1（专利文献3）节点则依赖于交汇核心空腔实现装配；中国的舒赣平节点（专利文献6）则因连接复杂，外观效果和耐候性均略显不足，难以发展通用化。另外，从经济性方面讲，德国的SEELE型（专利文献4）、荷兰的OCTA-1（专利文献3）型、中国的范锋C型（专利文献5）和舒赣平型（专利文献6）等节点均因工艺复杂、制造精度要求高或组件多等原因导致成本较高，亦不利于通用化推广。最后，杆件之间的连接不仅用于汇交的节点，也常用于构件中部、拐弯和转角处，且因各杆件功能特性不同，杆端连接传递内力的刚度也要求不同，随节点开发而伴生的连接技术在力学性能上难有广泛的适用性。

综上所述，现有装配式连接技术均不同程度破坏或削弱了箱型截面杆件的先天性能优势，且通用性不足，部分技术经济性不佳。本专利技术方案针对该现状，发展了一种适用于箱型截面单层网壳的新型装配式连接系统，该新型连接系统不仅保持了箱型截面杆件的外观效果和耐候性能优势，还能提供较高的强轴抗弯、弱轴抗弯和轴向抗扭承载能力。通过合理设计高强螺栓直径和数量、端板厚度等参数，本专利连接系统还可实现较宽范围的连接刚度调节。更重要的是，本专利连接系统组件少，加工工艺简单，误差容忍性强，制造成本低，可广泛推广。

专利文献1: 尹德钰, 刘善纬. 钢网壳结构节点型式的综述 [J]. 钢结构,1994, 24(2): 115- 128。

专利文献2: 范峰, 马会环, 沈世钊, 等. 装配式空间结构CP型节点 [P]. 中国. 实用新型专利. CN 203559492 U, 2014, 04。

专利文献3: Stephan S., Sánchez-Alvarez J. and Knebel K.. ReticulatedStructures on Free- Form Surfaces [J]. Stahlbau, 2004, 73(8): 562-572。

专利文献4: Kyung Ju Hwang. Advanced Investigations of Grid SpatialStructures Considering Various Connection Systems [D]. Stuttgart: UniversityStuttgart, 2010。