[发明专利]一种应用于装配式单层网格结构的双拓扑环节点

权利要求书

1.一种应用于装配式单层网格结构的双拓扑环节点，其特征在于，包括：上拓扑环（1）、下拓扑环（2）、杆件、连接件、高强螺栓（7）；其中，上拓扑环（1）、下拓扑环（2）位于节点中部，连接件焊接于杆件内端，上、下拓扑环和连接件均设有螺栓孔，通过高强螺栓（7）将杆件与拓扑环进行连接，所述杆件的数量决定中心拓扑环的外径以及削切边数量，削切宽度与杆件的宽度相同；上、下拓扑环中心开设圆形孔洞，圆形孔洞外周呈对称地设置镂空孔洞；

所述杆件是主要杆件（3），同时连接于上、下拓扑环，构建的是杆件受力均匀的单层空间网格结构；

或者，所述杆件是主要杆件（3）以及次要杆件（4），其中，主要杆件（3）同时连接于上下拓扑环，次要杆件（4）连接于仅上拓扑环（1）；

通过对上、下拓扑环的形状设计，满足杆件水平角的要求；通过控制杆件斜切角度，实现对杆件垂直角的调节；通过调节上拓扑环（1）和下拓扑环（2）上螺栓孔的相对位置，实现对杆件扭转角的调节；

所述的镂空孔洞是镂空孔洞四（18），镂空孔洞五（19）；镂空孔洞四（18）沿拓扑环外周均匀分布，共有6个；镂空孔洞五（19）沿拓扑环内周均匀分布，共有6个；上、下拓扑环的镂空孔洞四（18）的外周壁上开设有一个螺栓孔一（8）；所述镂空孔洞边界均由直线和圆弧线构成，镂空孔洞四（18）为等腰梯形形状，中轴线与等腰梯形的中垂线对齐，镂空孔洞五（19）等边三角形形状，中轴线与等边三角形的中垂线对齐，镂空孔洞四（18）和镂空孔洞五（19）是由外接多边形进行倒角和线条处理得到的；

所述的镂空孔洞是镂空孔洞一（12）、镂空孔洞二（13）和镂空孔洞三（14）；镂空孔洞一在拓扑环与次要杆件连接部位对称分布，共2个；每个镂空孔洞一（12）的两侧对称设有镂空孔洞二（13），相邻两镂空孔洞二（13）之间设有镂空孔洞三（14）；上拓扑环的镂空孔洞一（12）的外周壁上开设有一个螺栓孔一（8），上、下拓扑环的镂空孔洞二（13）的外周壁上均开设有一个螺栓孔一（8）；所有镂空孔洞边界均由直线和圆弧线构成，镂空孔洞一（12）为等边三角形形状，中轴线与等边三角形的中垂线对齐；镂空孔洞三（14）为等腰梯形形状，中轴线与等腰梯形的中垂线对齐，镂空孔洞一（12）和镂空孔洞三（14）是由外接多边形进行倒角和线条处理得到的；镂空孔洞二（13）位于镂空孔洞一（12）和镂空孔洞三（14）之间，其边界与相邻孔洞的边界平行。

2.根据权利要求1所述的一种应用于装配式单层网格结构的双拓扑环节点，其特征在于，所述杆件为方钢管，连接件为矩形钢板，其尺寸对应杆件的截面尺寸，同时考虑围焊的焊缝尺寸；所述高强螺栓（7）与连接件点焊连接，再将连接件与杆件围焊连接，最后将高强螺栓（7）与上、下拓扑环（1,2）连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于装配式单层网格结构的双拓扑环节点，其特征在于，上拓扑环和下拓扑环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，以体积分数比为约束函数，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；

拓扑优化模型可以表示为：

上、下拓扑环的结构形式主要通过所述“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：

其中，E为单元优化后弹性模量，E₀为初始弹性模量

基于SIMP的优化设计迭代公式如下：

其中优化设计准则为阻尼系数，

。