專利名稱：一種適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點的制作方法
技術領域：
本發明屬于土木工程領域，涉及ー種適用于弦支穹頂空間結構調節桿件長度和節點位置的裝置、配件及其安裝調節方法。
背景技術：
弦支穹頂結構是大跨度、大空間結構中廣泛采用的ー種新型預應カ空間結構體系，由于其具有新穎的結構形式、優雅的結構造型、多祥的空間形體、良好的力學性能和強大的跨越能力，近些年來被廣泛地應用于體育館、展覽館、影劇院、會堂、候車廳等公共建筑，如天津保稅區商務中心大堂屋蓋、常州體育館、2008年北京奧運會羽毛球館、濟南奧林匹克體育中心體育館等，目前已成為21世紀最具現代感和發展潛力的緑色承重結構體
糸ん一。從結構組成上而言，弦支穹頂空間結構由上部鋼網格結構和下部索桿體系構成。 上部鋼網格結構為由眾多桿件或構件按照一定規律布置并通過節點連接而成的空間網格體系，一般為單層曲面型網殼；下部索桿體系由拉索體系和多環豎向撐桿組成，其中各環撐桿的上端需要與上部單層網殼對應的各環節點相連接，以對上部網殼結構提供有效的支撐作用，増加整體結構的剛度。由此可見，上部鋼網格結構的節點不僅需要起到連接匯交眾多網殼桿件和豎向撐桿的作用，還要能夠傳遞桿件在外荷載和下部拉索張力共同作用下所產生的內力，例如網殼桿件中的軸力、彎矩和豎向撐桿的支撐壓カ等。此外，管道設備、吊頂和屋面等外荷載亦常以集中力的形式作用在上部網格節點上。因此，上部鋼網格結構的節點是弦支穹頂空間結構中的重要組成部分，是保證各桿件有效協同工作和結構整體受カ性能的關鍵。目前，弦支穹頂上部鋼網格結構的節點一般采用現行國家標準《空間網格結構技術規程》JGJ 7-2010中推薦的ー些空間網格節點形式，如焊接空心球節點、螺栓球節點、 嵌入式轂節點、鑄鋼節點、銷軸式節點、組合結構節點、預應カ索節點和支座節點。其中，焊接空心球節點為由兩個半球焊接而成的空心球，可根據受カ大小分別采用不加肋空心球和加肋空心球，主要用于單層網殼結構中的剛接節點；螺栓球節點則由鋼球、高強度螺栓、套筒、緊固螺釘、錐頭或封板等零件組成，主要用于網殼結構中的鉸接節點。這兩種節點形式在弦支穹頂空間結構中得到了廣泛的應用。然而，現有弦支穹頂空間結構中常用的節點存在以下問題在結構的安裝施工過程中，一旦構件與節點連接完成后，則桿件的安裝長度和節點的位置即已完全確定，不能再進行任何的誤差調節。然而，由于弦支穹頂上部鋼網格結構的節點由多根桿件匯集而成，而在鋼網格結構實際安裝過程中，每根桿件的下料長度與實際安裝長度相比不可避免地存在初始缺陷，所有桿件的制造缺陷將會累積匯集到節點，加之施工人員存在的安裝誤差和安裝期間溫度反復變化引起的桿件變形，使得弦支穹頂結構在施工過程中不可避免地存在一定的累積安裝誤差。在這種情況下，現場或者通過臨時改變部分桿件下料長度以重新加工制作，或者利用人工或機械強迫部分桿件和節點就位，此時會導致結構具有一定的初始裝配內力和非預期位移，同時也難以保證結構的初始形態和設計要求相一致。尤其在下部拉索預應カ張拉完成后，會使結構的位移態和應力態誤差進ー步加大，對結構在后續使用階段的安全性能將會造成很不利的影響。本發明針對現有弦支穹頂節點的上述問題，提出了一種適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點。
發明內容
技術問題本發明提供了一種可與相連的網殼桿件在水平方向、豎直方向和桿件軸線方向進行空間三維多向調整，進而能夠調節節點空間幾何位置的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點。技術方案本發明的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，包括支架和安裝在支架上的調節件，支架包括底板、立柱、蓋板、墊板和螺帽，底板下側中心設置有用于連接豎向撐桿的裝置，底板上側中心與所述立柱連接，蓋板和墊板依次穿在立柱上，所述螺帽通過螺紋與立柱的上端連接，多個調節件以立柱為中心排列，并通過豎直限位螺栓安裝在底板和蓋板之間；
調節件包括水平可調件和安裝在水平可調件上的豎直可調件，水平可調件為側面開有矩形通孔的柱體，豎直可調件通過水平限位螺栓安裝在水平可調件的矩形通孔中，豎直可調件上設置有用于連接網格桿件的安裝孔。本發明中，用于連接豎向撐桿的裝置為在底板下側面中心設置的半球凹槽和位于所述半球凹槽外側的環形擋板。本發明中，底板周向邊緣設置有均勻排列的多個第一螺孔，所述蓋板周向邊緣設置有與第一螺孔對應的多個第二螺孔，所述水平可調件上下底面中心上設置有第三螺孔， 上側的豎直限位螺栓穿過第一螺孔、第三螺孔，下側的豎直限位螺栓穿過第二螺孔、第三螺孔，將調節件安裝在支架上。本發明中，水平可調件矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第四螺孔，所述豎直可調件為橫置的柱體，所述安裝孔設置在豎直可調件側面，豎直可調件的兩個底面中心均設置有第五螺孔；豎直可調件置入水平可調件的矩形通孔中，所述水平限位螺栓穿過第四螺孔和第五螺孔，將豎直可調件安裝在水平可調件上。有益效果本發明與現有技術相比，具有以下優點
弦支穹頂結構是ー種誤差敏感性結構，施工誤差可以降低結構的承載能力和穩定性。 桿件下料誤差和節點安裝偏差可以使結構的穩定承載力降低幾倍，嚴重影響結構的安全使用。針對上述弦支穹頂結構節點中經常出現的桿件下料誤差和節點安裝偏差問題，本發明的可調節點在所有桿件和節點調整就位以后，可依據設計需求使節點采取鉸接或剛接方式固定和約束所有相連的桿件，從而使結構安裝期間可在一定范圍內靈活地進行桿件長度和節點方位調節，確保在無強迫位移和裝配內力的有利條件下消除結構的安裝誤差。本發明通過設置水平可調件、豎直可調件和端頭帶螺栓的連接桿件，使與節點相連的各根桿件可以在水平向、豎直向和桿件軸線方向實現空間多向可調，從而能夠在弦支穹頂安裝施工過程中，靈活調節桿件長度和節點位置，消除安裝施工過程中桿件長度誤差和節點位置偏差的不利影響，提高結構的安裝精度；
本發明設計的誤差可調節點可根據實際安裝誤差動態調整桿件長度，無需通過人工或機械強迫節點和桿件安裝就位，消除了安裝偏差下強迫就位的裝配應力，保證了施工期結構的良好力學性能；
本發明采用高強螺栓連接主零件、水平可調件和豎直可調件，可在施工安裝過程中根據需要隨時初擰或放松節點轉動約束，便于多根桿件缺陷和多個節點偏差的往復調整，具有良好的可操作性；
本發明通過水平、豎直的空間多向可調機制，可模擬弦支穹頂曲面輪廓不同曲率位置的節點-桿件空間幾何相對位置，從而能夠盡可能減少弦支穹頂結構的節點加工形式，較大程度地減輕了エ廠預制加工的工作量。本發明保證了實際工程結構與設計模型一致性，確保了結構受力分析的正確性， 此外，對于缺陷很敏感的弦支穹頂結構，降低施工誤差和結構缺陷可以有效地提高結構穩定承載力，確保結構的安全使用。
圖1為本發明的多向誤差可調節點的立體結構示意圖，圖中X、Y、Z分別表示水平向、豎直向和桿件軸線方向可調。圖2為支架1的立體結構示意圖。圖3為支架1空間拆分的立體結構示意圖。圖4為底板14和立柱15連接的平面結構示意圖。圖5為可調件2和豎直限位螺栓3的立體結構示意圖。圖6為可調件2和豎直限位螺栓3空間拆分的空間的立體結構示意圖。圖7為網格桿件4的立體結構示意圖。圖8為豎向撐桿5的立體結構示意圖。圖9為支架1的俯視圖。圖10為圖9的A-A剖面圖。圖11為水平可調件21的俯視圖。圖12為圖11中的B-B和C-C剖面圖。圖13為本發明的多向誤差可調節點的安裝調節流程。圖中有支架1，可調件2，豎直限位螺栓3，網格桿件4，豎向撐桿5，螺帽11，墊板 11，蓋板13，底板14，立柱15，第二螺孔131，第一螺孔141，半球凹槽142，環形檔板143，水平可調件21，豎直可調件22，水平限位螺栓23，第三螺孔211，第四螺孔212，安裝孔221，第五螺孔222。
具體實施例方式本發明的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，包括支架1和安裝在支架1上的調節件2，支架1包括底板14、立柱15、蓋板13、墊板12和螺帽11，底板14周向邊緣設置有均勻排列的多個第一螺孔141，蓋板13周向邊緣設置有與第一螺孔141對應的多個第二螺孔131，底板14下側中心設置有用于連接豎向撐桿5的裝置，底板14上側中心與立柱15連接，蓋板13和墊板12依次穿在立柱15上，螺帽11通過螺紋與立柱15的上端連接，多個調節件2以立柱15為中心排列，并通過豎直限位螺栓3安裝在底板14和蓋板13 之間。支架1是誤差可調節點的主體部分，用于連接多個可調件2和豎向撐桿5。可調件 2與支架1之間通過豎直限位螺栓3連接，端部帶有半圓球的豎向撐桿5可以與支架1中的半球凹槽142對接。支架1的底板14和立柱15連成整體，用于支撐整個節點，保持節點的豎向穩定，底板14底端挖去半圓球為豎向撐桿5提供空間鉸接約束端，約束端外圍設有環形擋板143，環形擋板143可采用六角螺帽，起到防止豎向撐桿5的端部飛出和輔助擰緊螺帽11的作用；蓋板13，與支架1中的底板14 一起形成可調件2的固定平臺，地板14與蓋板13上均在對應位置打孔，便于可調件2的安裝和固定；螺帽11，用于輔助壓緊蓋板13， 使蓋板13與底板14成為穩固的整體；墊板12，位于螺帽11與蓋板13之間，用于傳遞螺帽 11的預壓力。調節件2包括水平可調件21和安裝在水平可調件21上的豎直可調件22，水平可調件21為側面開有矩形通孔的柱體，在其上下底面中心上設置有第三螺孔211，矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第四螺孔212，豎直可調件22上設置有用于連接網格桿件4 的安裝孔221，安裝孔221設置在豎直可調件22側面，豎直可調件22的兩個底面中心均設置有第五螺孔222 ；豎直可調件22置入水平可調件21的矩形通孔中，水平限位螺栓23穿過第四螺孔212和第五螺孔222，將豎直可調件22安裝在水平可調件21上。調節件2上側的豎直限位螺栓3穿過第一螺孔141、第三螺孔211，下側的豎直限位螺栓3穿過第二螺孔131、第三螺孔211，將調節件2安裝在支架1上。調節件2用干與多根網格桿件4相連，是實現誤差可調的主要裝置。當水平可調件21上下兩端的豎直限位螺栓3未擰緊吋，水平可調件21可以繞豎直限位螺栓3的中心軸轉動，從而實現了水平方向角度可調。水平方向角度調整到位以后可以擰緊豎直限位螺栓3和螺帽11，通過水平可調件21和蓋板13，底板14之間的摩擦力阻止其水平方向轉動。 同理，當豎直可調件22左右兩端的水平限位螺栓23未擰緊吋，豎直可調件22可以繞水平限位螺栓23的中心軸轉動，從而實現豎直方向角度可調。豎直方向角度調整到位以后可以擰緊左右兩端的水平限位螺栓23，或者在豎直可調件22的上下端留有縫隙打入鐵片以阻止其豎直方向轉動。豎直限位螺栓3是高強螺栓，用于連接支架1和水平可調件21。同理，在第二部分調節件2中的水平限位螺栓23是高強螺栓，用于連接水平可調件21和豎直可調件22。在桿件和節點調整就位后，可通過對直限位螺栓3和水平限位螺栓23施加較大的預緊カ予以固定。與本發明的多向誤差可調節點連接的相連桿件包括網格桿件4和豎向撐桿5。網格桿件4是在普通鋼管端部與螺栓焊接形成的端頭帶有螺紋的桿件，與豎直可調件22相連，可以在豎直可調件22的安裝螺孔221內旋進或旋出一段距離，從而實現桿件軸線方向長度可調。豎向撐桿5是把網格桿件的端部加工成半圓球形而形成的，與支架1中的半球凹槽142對接，從而實現豎向撐桿5與本發明節點鉸接。本發明裝置的制作エ序為
1.制作支架1 制作底板14和立柱15，在立柱15上部加工一段螺紋，在底板14底部加工一半圓球孔并設置環形檔板143 ；制作支架1中的螺帽11，墊板11，蓋板13 ；最后分別在底板14和蓋板13上設置多個第一螺孔和第二螺孔。2.制作水平調節件21 制作實心圓柱體，在豎直調節件22位置挖空，形成矩形通孔，在側面位置切邊；在上下圓柱面中心上設置第三螺孔211，矩形通孔兩側的側壁上設置第四螺孔212;
3.制作豎直調節件22 制作實行圓柱體，在其側面設置有安裝螺孔221，兩個圓柱面中心設置第五螺孔222。本發明的安裝調節エ序
1.根據節點尺寸可以確定節點連接桿件可調范圍。2.根據可調范圍，粗略確定桿件尺寸。3.根據設計圖紙確定節點位置。4.根據節點位置固定底板14。5.桿件擰進豎直調節件22，再把豎直調節件22通過初擰水平限位螺栓連接到水平調節件21上，水平調節件21通過初擰豎直限位螺栓連接到承臺14上。6.根據實際幾何關系，調節豎直調節件21和水平調節件22以及旋轉桿件，直至調整到空間網格結構的設計狀態。7.加上蓋板13、墊板12和螺帽11。8.如果需要節點是鉸接的，初擰剩余高強螺栓即可；如果需要節點是剛接的，終擰所用高強螺栓即可；施工完畢。
權利要求
1.一種適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，其特征在干，該節點包括支架 (1)和安裝在所述支架(1)上的調節件(2)，所述支架(1)包括底板(14)、立柱(15)、蓋板 (13)、墊板(12)和螺帽(11)，所述底板(14)下側中心設置有用于連接豎向撐桿(5)的裝置， 底板(14)上側中心與所述立柱(15)連接，所述蓋板(13)和墊板(12)依次穿在立柱(15) 上，所述螺帽(11)通過螺紋與立柱(15)的上端連接，多個所述調節件(2)以立柱(15)為中心排列，并通過豎直限位螺栓(3)安裝在底板(14)和蓋板(13)之間；所述調節件(2)包括水平可調件(21)和安裝在所述水平可調件(21)上的豎直可調件 (22)，所述水平可調件(21)為側面開有矩形通孔的柱體，所述豎直可調件(22)通過水平限位螺栓(23)安裝在水平可調件(21)的矩形通孔中，豎直可調件(22)上設置有用于連接網格桿件(4)的安裝孔(221)。
2.根據權利要求1所述的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，其特征在干，所述的用于連接豎向撐桿(5)的裝置為在底板(14)下側面中心設置的半球凹槽(142) 和位于所述半球凹槽(142)外側的環形擋板(143)。
3.根據權利要求1所述的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，其特征在干，所述底板(14)周向邊緣設置有均勻排列的多個第一螺孔(141)，所述蓋板(13)周向邊緣設置有與第一螺孔(141)對應的多個第二螺孔(131)，所述水平可調件(21)上下底面中心上設置有第三螺孔(211)，上側的豎直限位螺栓(3)穿過第一螺孔(141)、第三螺孔 (211)，下側的豎直限位螺栓(3)穿過第二螺孔(131)、第三螺孔(211)，將調節件(2)安裝在支架(1)上。
4.根據權利要求1所述的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，其特征在干，所述水平可調件(21)矩形通孔兩側的側壁上設置有相對應的第四螺孔(212)，所述豎直可調件(22)為橫置的柱體，所述安裝孔(221)設置在豎直可調件(22)側面，豎直可調件 (22)的兩個底面中心均設置有第五螺孔(222)；豎直可調件(22)置入水平可調件(21)的矩形通孔中，所述水平限位螺栓(23)穿過第四螺孔(212)和第五螺孔(222)，將豎直可調件 (22)安裝在水平可調件(21)上。
全文摘要
本發明公開了一種適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點，包括支架、調節件和豎直限位螺栓等裝置和配件。調節件通過豎直限位螺栓固定在支架上從而形成節點整體，誤差調節通過調節件實現。本發明是可與相連的網殼桿件在水平方向、豎直方向和桿件軸線方向進行空間三維多向調整，進而能夠調節桿件長度和節點空間幾何位置的適用于弦支穹頂空間結構的多向誤差可調節點。多向誤差可調節點降低了施工誤差和結構缺陷，可以有效地提高結構穩定承載力，確保結構的安全使用。
文檔編號E04B1/58GK102535646SQ20121001635
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者馮玉龍, 吳京, 周臻, 孟少平, 王永泉 申請人:東南大學