空間結(jié)構(gòu)用增強型板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及土木工程與建筑防火領(lǐng)域，具體涉及用于空間結(jié)構(gòu)中節(jié)點結(jié)構(gòu)的一種空間結(jié)構(gòu)用增強型板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

鋁合金材料具有強重比高、易加工、耐銹蝕、外觀色澤好等優(yōu)點，但也有高溫下材料性能退化迅速、熱膨脹系數(shù)大等不足，制約了該材質(zhì)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)建筑中的更大范圍使用，表面耐銹蝕、色澤好的特點也與大面積噴涂防火涂料進行防火保護不相適應(yīng)，目前僅用于火災(zāi)荷載相對較小的建筑場所。

鋁鎂硅合金（簡稱鋁合金）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為空間結(jié)構(gòu)的一種，目前主要的使用于民用公共建筑（體育場、會展中心、劇場）及工業(yè)建筑（石化儲罐、燃煤堆場、污水處理廠）中，且呈蓬勃興建的趨勢。

板式節(jié)點作為其傳遞彎矩與剪力的關(guān)鍵部件，重要性不言而喻。目前我國工程中常用的餅狀節(jié)點盤直徑為250mm～550mm，工字型截面梁高度280mm～550mm。

現(xiàn)有技術(shù)中，鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)用板式節(jié)點結(jié)構(gòu)由美國temcor公司最初開發(fā)，即通過多個螺栓穿過預(yù)留在餅狀節(jié)點盤及多根工字型截面梁翼緣的圓孔并緊固，形成以節(jié)點盤為中心的枝杈狀節(jié)點結(jié)構(gòu)。由于多根工字型截面梁的上翼緣、下翼緣分別只通過上下節(jié)點盤間接連接，造成了板式節(jié)點腹板域間斷，因而彎矩與剪力的傳遞能力較薄弱，且一直以來節(jié)點形式較為單一，過多的螺栓使用也給施工帶來不便。

針對傳統(tǒng)板式節(jié)點結(jié)構(gòu)傳遞彎矩與剪力能力的不足，已有多項專利采取了不同的方法予以加強：

專利201310385700.2采用在上下節(jié)點盤之間增設(shè)H型鋁豎向肋板，在H型鋁豎向肋板兩側(cè)增設(shè)T型鋁環(huán)向肋板的方法予以加強，H型鋁豎向肋板與上下節(jié)點盤之間、T型鋁環(huán)向肋板與H型鋁豎向肋板之間均采用螺栓連接，有較為清晰的傳力路徑，但對于截面規(guī)格較高的節(jié)點結(jié)構(gòu)需要額外為滿足H型鋁豎向肋板腹板的平面外穩(wěn)定增設(shè)多層T型鋁環(huán)向肋板，過多的螺栓使用容易引起施工的不便，造成的節(jié)點腹板域空隙減小容易影響穿行管線；

專利201420196343.5采用增設(shè)上下中心連接環(huán)的方法予以加強，中心連接環(huán)包括：水平肋板、豎向肋板和中心鋁管，據(jù)悉能夠提高一倍的抗彎剛度，但中心連接環(huán)需要依靠上述子部件之間焊接制備或一體擠壓制備，焊接會導(dǎo)致鋁合金材料強度大幅降低，復(fù)雜形態(tài)的鋁合金部件擠壓成型難以保證產(chǎn)品質(zhì)量均勻，且仍較多的增加了螺栓的使用；

專利201510194067.8采用在上下節(jié)點盤相對表面間加設(shè)空心六棱柱并將其六個外側(cè)面分別與加設(shè)于工字型截面梁端部的端平板面貼緊、栓接的方法予以加強，增強了彎矩與剪力的傳遞能力，一定程度上減少了螺栓的使用數(shù)量，改善了鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工便捷性，但未給基于受力分析的板式節(jié)點精細化設(shè)計提供可能，同時板式節(jié)點腹板域封閉使利用工字型截面梁間空隙穿行管線失去可能，引起了建筑內(nèi)其它設(shè)施設(shè)計、施工的不便；

專利201610511897.3、專利201610519759.X均通過在節(jié)點結(jié)構(gòu)不同部位采用栓焊混合的方法予以加強，前者在工字型截面梁翼緣與節(jié)點盤栓接的基礎(chǔ)上，對兩者貼靠處的縫隙進行施焊，后者在工字型截面梁腹板與中心空心圓柱頂緊的基礎(chǔ)上，對于兩者的頂靠處進行施焊，兩者在增加節(jié)點結(jié)構(gòu)剛度的同時，也增加了施工工序的復(fù)雜程度，且焊接后的鋁合金材料強度會大幅降低；專利201610511976.4、專利201610511899.2均采用對工字型截面梁的翼緣倒角端改造的方法予以加強，前者對節(jié)點域附近的工字型截面梁翼緣倒角端進行加厚處理，增加了翼緣與單個螺栓的剪切面積，后者對節(jié)點域附近的工字型截面梁翼緣倒角端進行加寬處理，增加了翼緣與節(jié)點盤之間連接螺栓的數(shù)量，兩者本質(zhì)上均是利用增加總受剪切面積的方法提高節(jié)點結(jié)構(gòu)傳遞剪力的能力。上述四項專利中心均設(shè)置了接觸上下節(jié)點盤相對表面的柱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致節(jié)點腹板域封閉，使利用工字型截面梁間空隙穿行管線失去可能。

總結(jié)以上現(xiàn)有技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)：1、提出的增強板式節(jié)點傳遞彎矩與剪力能力的方法均不同程度的涉及螺栓使用數(shù)量的增加、焊接連接方式的使用、較復(fù)雜的擠壓制備件和節(jié)點腹板域的封閉，容易引起施工不便和造價上升的問題；2、忽略了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中不同位置的節(jié)點受力的差異性，均表達了同等程度的加強的理念，未對基于受力分析的板式節(jié)點承載力精細化加強提出子部件構(gòu)造；3、板式節(jié)點結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工中同樣沒有為控制火災(zāi)、保護結(jié)構(gòu)構(gòu)件而在節(jié)點內(nèi)預(yù)留位置及安裝設(shè)施，缺乏結(jié)構(gòu)受力、建筑防火一體化設(shè)計理念，未能拓展鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的服役建筑場所。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的狀況及存在的不足，本發(fā)明提供了一種空間結(jié)構(gòu)用增強型板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中：主要依賴螺栓連接、焊接連接，增強鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)用板式節(jié)點結(jié)構(gòu)彎矩與剪力傳遞能力與穿行管線不能兼顧的不足，缺乏建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制建筑火災(zāi)、保護結(jié)構(gòu)構(gòu)件一體化設(shè)計理念的現(xiàn)狀，未給基于板式節(jié)點結(jié)構(gòu)受力狀況的精細化加強設(shè)計，進而實現(xiàn)降低工程造價、更加優(yōu)化施工提供可能。

本發(fā)明能夠?qū)Π凑战ㄖO(shè)計要求對確定了規(guī)格的鋁合金板式節(jié)點結(jié)構(gòu)（節(jié)點盤、工字型截面梁規(guī)格確定），根據(jù)要求設(shè)計彎矩與剪力傳遞能力的不同程度增強，也為穿行管線及其它設(shè)施預(yù)留了腹板域空間，同時實現(xiàn)了在節(jié)點結(jié)構(gòu)中為控制火災(zāi)、保護結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)留設(shè)備位置及安裝噴頭。

一組卡盤Ⅰ與圓柱增強環(huán)Ⅱ或棱柱增強環(huán)Ⅱ的聯(lián)合使用，可使節(jié)點結(jié)構(gòu)不因下節(jié)點盤設(shè)置設(shè)備孔而引起彎矩與剪力傳遞能力的降低；一組卡盤Ⅱ與圓柱增強環(huán)Ⅰ或棱柱增強環(huán)Ⅰ的聯(lián)合使用，可使節(jié)點結(jié)構(gòu)傳遞彎矩與剪力的能力提高30%左右。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是：一種空間結(jié)構(gòu)用增強型板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括上節(jié)點盤、下節(jié)點盤、工字型截面梁、螺栓、噴頭、管道、固定卡，其特征在于：還包括卡盤Ⅰ、卡盤Ⅱ、圓柱增強環(huán)Ⅰ、圓柱增強環(huán)Ⅱ、棱柱增強環(huán)Ⅰ、棱柱增強環(huán)Ⅱ；

所述卡盤Ⅰ為圓形板狀，沿卡盤圓周等距設(shè)有六條公卡槽Ⅰ，在卡盤中心處設(shè)有設(shè)備孔Ⅰ；

所述卡盤Ⅱ為圓形板狀，沿卡盤圓周等距設(shè)有六條公卡槽Ⅱ；

所述圓柱增強環(huán)Ⅰ外側(cè)面等距設(shè)有六對長凸起筋Ⅰ，每對長凸起筋Ⅰ之間為凹槽Ⅰ；

所述圓柱增強環(huán)Ⅱ外側(cè)面等距設(shè)有六對短凸起筋Ⅰ，每對短凸起筋Ⅰ下端為止口Ⅰ，每對短凸起筋Ⅰ之間為凹槽Ⅱ；

所述棱柱增強環(huán)Ⅰ外側(cè)六個面中間分別設(shè)有一對長凸起筋Ⅱ，每對長凸起筋Ⅱ之間為凹槽Ⅲ；

所述棱柱增強環(huán)Ⅱ外側(cè)六個面中間分別設(shè)有一對短凸起筋Ⅱ，每對短凸起筋Ⅱ下端為止口Ⅱ，每對短凸起筋Ⅱ之間為凹槽Ⅳ；

所述工字型截面梁自由端腹板邊上，等距設(shè)有數(shù)條母卡槽；

所述下節(jié)點盤中心處設(shè)有設(shè)備孔Ⅱ；

六根工字型截面梁分別通過數(shù)個螺栓固定在上節(jié)點盤和下節(jié)點盤之間，六根工字型截面梁自下向上處于同一平面處的每六條母卡槽分別構(gòu)成第一層母卡槽至第N層母卡槽，

在第一層母卡槽中設(shè)有卡盤Ⅰ，在卡盤Ⅰ和下節(jié)點盤之間設(shè)有圓柱增強環(huán)Ⅱ或棱柱增強環(huán)Ⅱ；

所述管道固定在一根工字型截面梁的腹板上，管道出水口設(shè)置在圓柱增強環(huán)Ⅱ或棱柱增強環(huán)Ⅱ內(nèi)，

所述噴頭噴水端設(shè)置在下節(jié)點盤的設(shè)備孔Ⅱ內(nèi)，噴頭進水端與管道出水口連接；

或，在第二層母卡槽至第N層母卡槽之間的各層的母卡槽中至少設(shè)有一個卡盤Ⅱ；

若卡盤Ⅱ與卡盤Ⅱ相鄰，則可填置一個圓柱增強環(huán)Ⅰ或棱柱增強環(huán)Ⅰ；

若卡盤Ⅱ與上節(jié)點盤相鄰，則可填置一個圓柱增強環(huán)Ⅱ或棱柱增強環(huán)Ⅱ。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)具有組成部件預(yù)制簡單、連接關(guān)系簡單的特點，特別是卡盤和增強環(huán)，僅需一次簡單擠壓成型，可保證產(chǎn)品質(zhì)量均勻。

通過計算可以確定卡盤、加強環(huán)的使用數(shù)量，不同截面規(guī)格的工字型截面梁上的卡槽開設(shè)數(shù)量，合理精細的針對特定位置節(jié)點實現(xiàn)彎矩與剪力能力提高的設(shè)計目標，各組成部件之間的卡接、頂接、栓接有效的實現(xiàn)了彎矩與剪力傳遞和承載能力提升。

通過預(yù)留的上下卡盤之間的空隙、卡盤與節(jié)點盤之間的空隙可以穿行管線并合理規(guī)劃穿行位置，節(jié)約建筑空間。

通過節(jié)點結(jié)構(gòu)中控制火災(zāi)、保護結(jié)構(gòu)構(gòu)件位置的預(yù)留及相應(yīng)設(shè)施的安裝，實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制建筑火災(zāi)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件保護的一體化設(shè)計，拓展了鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的服役建筑場所。

通過卡盤上卡槽的設(shè)計可以快速實現(xiàn)施工定位。

通過工字型截面梁端面的切削和卡槽角度的加工，滿足空間結(jié)構(gòu)中桿件不同姿態(tài)的需求。

節(jié)點結(jié)構(gòu)整體不需要焊接，螺栓使用數(shù)量減少，具備施工速度快，工程效率高、造價低的優(yōu)勢，且在滿足防腐要求的前提下，不限制各組成部件的金屬材質(zhì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的主視圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖4為本發(fā)明圓柱增強環(huán)Ⅰ的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明圓柱增強環(huán)Ⅱ的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明棱柱增強環(huán)Ⅰ的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明棱柱增強環(huán)Ⅱ的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8本發(fā)明實施例1的示意圖；

圖9本發(fā)明實施例2的示意圖；

圖10本發(fā)明實施例3的示意圖。

具體實施方式

一種空間結(jié)構(gòu)用增強型板式控火節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括上節(jié)點盤1、下節(jié)點盤2、工字型截面梁3、螺栓4、噴頭11、管道12、固定卡13，還包括卡盤Ⅰ5、卡盤Ⅱ6、圓柱增強環(huán)Ⅰ7、圓柱增強環(huán)Ⅱ8、棱柱增強環(huán)Ⅰ9、棱柱增強環(huán)Ⅱ10。

上節(jié)點盤1、下節(jié)點盤2、卡盤Ⅰ5、卡盤Ⅱ6均可為圓形或多邊形。

上節(jié)點盤1、下節(jié)點盤2、工字型截面梁3、卡盤Ⅰ5、卡盤Ⅱ6、圓柱增強環(huán)Ⅰ7、圓柱增強環(huán)Ⅱ8、棱柱增強環(huán)Ⅰ9、棱柱增強環(huán)Ⅱ10采用鋁合金材料或不銹鋼材料。

實施例1，如圖8所示，將管道12通過數(shù)個固定卡13固定在一根工字型截面梁3的腹板3-2上，將卡盤Ⅰ5的六條公卡槽Ⅰ5-1對應(yīng)六根工字型截面梁3腹板3-2上第一層3-41母卡槽3-4插入，六條公卡槽Ⅰ5-1分別與第一層3-41六條母卡槽3-4以十字交叉方式卡接固定，管道12的出水口穿過卡盤Ⅰ5的設(shè)備孔Ⅰ5-2與噴頭11進水端連接，將一個圓柱增強環(huán)Ⅱ8或棱柱增強環(huán)Ⅱ10套裝在噴頭11外，六根工字型截面梁3第一層3-41母卡槽3-4以下的腹板3-2邊分別插入圓柱增強環(huán)Ⅱ8的六個凹槽Ⅱ8-2中，圓柱增強環(huán)Ⅱ8平端口與卡盤Ⅰ5下表面頂緊，圓柱增強環(huán)Ⅱ8六對短凸起筋Ⅰ8-1的止口Ⅰ8-3分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊，或六根工字型截面梁3第一層3-41母卡槽3-4以下的腹板3-2邊分別插入棱柱增強環(huán)Ⅱ10的六個凹槽Ⅳ10-2中，棱柱增強環(huán)Ⅱ10平端口與卡盤Ⅰ5下表面頂緊，棱柱增強環(huán)Ⅱ10六對短凸起筋Ⅱ10-1的止口Ⅱ10-3分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊。

將下節(jié)點盤2上的數(shù)個螺孔Ⅰ2-1分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1上的數(shù)個螺孔Ⅱ3-3對中，通過數(shù)個螺栓4將下節(jié)點盤2與六根工字型截面梁3的下翼緣3-1連接，下節(jié)點盤2的上表面與圓柱增強環(huán)Ⅱ8或棱柱增強環(huán)Ⅱ10的闕端口頂緊，噴頭11的噴水端嵌在下節(jié)點盤2的設(shè)備孔Ⅱ2-2內(nèi)，將上節(jié)點盤1上的數(shù)個螺孔Ⅱ1-1分別與六根工字型截面梁3上翼緣3-1上的數(shù)個螺孔Ⅱ3-3對中，通過數(shù)個螺栓4將上節(jié)點盤1與六根工字型截面梁3的上翼緣3-1連接。

還可固定管線盒14，管線盒14穿過第一層3-41母卡槽3-4與第N層3-4N環(huán)狀母卡槽3-4之間的空隙，分別固定在相對應(yīng)的兩根工字型截面梁3的腹板3-2上。

實施例2，如圖9所示，將管道12通過數(shù)個固定卡13固定在一根工字型截面梁3的腹板3-2上，將卡盤Ⅰ5的六條公卡槽Ⅰ5-1對應(yīng)六根工字型截面梁3腹板3-2上第一層3-41母卡槽3-4插入，六條公卡槽Ⅰ5-1分別與六條母卡槽3-4以十字交叉方式卡接固定，管道12的出水口穿過卡盤Ⅰ5的設(shè)備孔Ⅰ5-2與噴頭11進水端連接。

將卡盤Ⅱ6的六條公卡槽Ⅱ6-1對應(yīng)六根工字型截面梁3腹板3-2上第4層3-44母卡槽3-4插入，六條公卡槽Ⅱ6-1分別與第4層3-44母卡槽3-4以十字交叉方式卡接固定。

將一個圓柱增強環(huán)Ⅱ8或棱柱增強環(huán)Ⅱ10套裝在噴頭11外，六根工字型截面梁3第一層3-41母卡槽3-4以下的腹板3-2邊分別插入圓柱增強環(huán)Ⅱ8的六個凹槽Ⅱ8-2中，圓柱增強環(huán)Ⅱ8平端口與卡盤Ⅰ5下表面頂緊，圓柱增強環(huán)Ⅱ8六對短凸起筋Ⅰ8-1的止口Ⅰ8-3分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊，或六根工字型截面梁3第一層3-41母卡槽3-4以下的腹板3-2邊分別插入棱柱增強環(huán)Ⅱ10的六個凹槽Ⅳ10-2中，棱柱增強環(huán)Ⅱ10平端口與卡盤Ⅰ5下表面頂緊，棱柱增強環(huán)Ⅱ10六對短凸起筋Ⅱ10-1的止口Ⅱ10-3分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊。

將另一個圓柱增強環(huán)Ⅱ8平端口與卡盤Ⅱ6上表面頂緊，六根工字型截面梁3第4層3-44母卡槽3-4以上的腹板3-2邊分別插入圓柱增強環(huán)Ⅱ8的六個凹槽Ⅱ8-2中，圓柱增強環(huán)Ⅱ8六對短凸起筋Ⅰ8-1的止口Ⅰ8-3分別與六根工字型截面梁3上翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊，或?qū)⒘硪粋€棱柱增強環(huán)Ⅱ10平端口與卡盤Ⅱ6上表面頂緊，六根工字型截面梁3第4層3-44母卡槽3-4以上的腹板（3-2）邊分別插入棱柱增強環(huán)Ⅱ10的六個凹槽Ⅳ10-2中，棱柱增強環(huán)Ⅱ10六對短凸起筋Ⅱ10-1的止口Ⅱ10-3分別與六根工字型截面梁3上翼緣3-1的內(nèi)表面頂緊。

將下節(jié)點盤2上的數(shù)個螺孔Ⅰ2-1分別與六根工字型截面梁3下翼緣3-1上的數(shù)個螺孔Ⅱ3-3對中，通過數(shù)個螺栓4將下節(jié)點盤2與六根工字型截面梁3的下翼緣3-1連接，下節(jié)點盤2的上表面與圓柱增強環(huán)Ⅱ8或棱柱增強環(huán)Ⅱ10的闕端口頂緊，噴頭11的噴水端嵌在下節(jié)點盤2的設(shè)備孔Ⅱ2-2內(nèi)。

將上節(jié)點盤1上的數(shù)個螺孔Ⅱ1-1分別與六根工字型截面梁3上翼緣3-1上的數(shù)個螺孔Ⅱ3-3對中，通過數(shù)個螺栓4將上節(jié)點盤1與六根工字型截面梁3的上翼緣3-1連接，上節(jié)點盤1的下表面與圓柱增強環(huán)Ⅱ8或棱柱增強環(huán)Ⅱ10的闕端口頂緊。

還可固定管線盒14，管線盒14穿過卡盤Ⅰ5和卡盤Ⅱ6之間的空隙，分別固定在相對應(yīng)的兩根工字型截面梁3的腹板3-2上。

實施例3，如圖10所示，實施例3與實施例2的安裝結(jié)構(gòu)基本相同，只是在卡盤Ⅰ5與卡盤Ⅱ6之間的六根工字型截面梁3各層母卡槽3-4中卡接固定至少一個卡盤Ⅱ6，若卡盤Ⅱ6與卡盤Ⅱ6相鄰，則可填置一個圓柱增強環(huán)Ⅰ7或棱柱增強環(huán)Ⅰ9。

本實施例為，在六根工字型截面梁3第二層3-42母卡槽3-4和第三層3-43母卡槽3-4各插裝一個卡盤Ⅱ6，在第二層3-42母卡槽3-4和第三層3-43母卡槽3-4之間填置一個圓柱增強環(huán)Ⅰ7或棱柱增強環(huán)Ⅰ9，六根工字型截面梁3第二層3-42母卡槽3-4與第三層3-43母卡槽3-4之間的腹板3-2邊分別插入圓柱增強環(huán)Ⅰ7的六個凹槽Ⅰ7-2中，圓柱增強環(huán)Ⅰ7的上下平端口分別與二個卡盤Ⅱ6的對應(yīng)表面頂緊，或六根工字型截面梁3第二層3-42母卡槽3-4與第三層3-43母卡槽3-4之間的腹板3-2邊分別插入棱柱增強環(huán)Ⅰ9的六個凹槽Ⅲ9-2中，棱柱增強環(huán)Ⅰ9的上下平端口分別與二個卡盤Ⅱ6的對應(yīng)表面頂緊。

還可固定管線盒14，管線盒14穿過卡盤Ⅰ5和卡盤Ⅱ6之間的空隙，分別固定在相對應(yīng)的兩根工字型截面梁3的腹板3-2上。

管線盒14還可在節(jié)點域的空隙內(nèi)轉(zhuǎn)彎，即使用可彎曲的管線盒12，固定在任意兩根工字型截面梁3的腹板3-2上。

管線盒12內(nèi)可以敷設(shè)線路（如：電線、通訊線、設(shè)備控制線）和液體管線（如：澆灌植物用水管、雨水收集管），等。