專利名稱：一種木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大跨度木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼。
背景技術(shù)：
近年來，為滿足建筑使用功能要求，大跨度空間結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用于工程實(shí)踐，如航站樓、會(huì)展中心、收費(fèi)站、大跨度煤棚等公共和工業(yè)建筑。在眾多結(jié)構(gòu)形式中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼有桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單和薄殼結(jié)構(gòu)受力合理的特點(diǎn)，具有跨越能力大，剛度好，材料省，桿件單一，制作安裝方便等特點(diǎn)。我國的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在20世紀(jì)50年代初就有所應(yīng)用，目前已建成大量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)且多為各地區(qū)標(biāo)志性建筑，如北京國家大劇院、天 津體育館、上海萬人體育館、嘉興電廠干煤棚等。作為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的一種特殊形式，人字型單層柱面網(wǎng)殼外輪廓由一根直線沿兩根曲率相同的曲線平行移動(dòng)而成，其具有縱向桿、橫向桿和斜向桿。橫向桿等分曲線，縱向桿過橫向桿的等分點(diǎn)且平行于柱面弧線，縱向桿和橫向桿形成方格，在每個(gè)方格內(nèi)加斜向桿，斜向桿布置成人字形，即形成人字型單層柱面網(wǎng)殼，其造型簡潔，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，外觀優(yōu)美，在工業(yè)建筑中應(yīng)用非常廣泛。但目前，該結(jié)構(gòu)主要使用鋼材，尚未見木材應(yīng)用于人字型單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的實(shí)例或研究報(bào)道。在我國，木材是一種資源豐富、生長周期短的可再生材料，經(jīng)簡單加工后就能成為力學(xué)性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)桿件，如將其應(yīng)用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，將拓寬木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域并推進(jìn)綠色環(huán)保建筑的發(fā)展。力學(xué)性能方面，木材具有較好的抗拉、抗壓和抗彎折強(qiáng)度，是一種天然建材，在古代就已獲得應(yīng)用。但是，木材自然生長過程中形成的生理彎曲及橫紋和豎紋的受力性能差異從一定程度上影響了其力學(xué)性能，限制了其使用范圍。隨著科技進(jìn)步，現(xiàn)有加工設(shè)備雖能保證加工后木桿件的外形準(zhǔn)確度，但受木結(jié)構(gòu)連接方式的制約，其應(yīng)用范圍一直未得到拓寬。木結(jié)構(gòu)連接方面，常見節(jié)點(diǎn)連接方式為綁扎、榫卯、槽口，節(jié)點(diǎn)連接可靠性相對(duì)較低，如今常見于建筑景觀和重要性較低的低層民用建筑。建筑工程應(yīng)用方面，目前大多數(shù)做法是將其粉碎后與其它材料混合制成新型建筑板材，由于摻加了膠合劑，對(duì)室內(nèi)環(huán)境或多或少都會(huì)帶來一定程度的污染，而直接使用天然木材作為大跨度空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的案例并不多見。因此，在低碳環(huán)保綠色建筑理念得到廣泛認(rèn)同的今天，研究并拓寬木結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域的意義就顯得非常重大。而如何提高木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的可靠性，充分發(fā)揮木材力學(xué)性能，采用合理計(jì)算手段進(jìn)行木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也成為制約木結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域拓寬的關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種抗震性能好、便于施工、安全性高且綠色環(huán)保的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼包括多根縱向桿、多根橫向桿、多根斜向桿、多個(gè)木桿連接件、多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座和若干個(gè)固定鉸支座；其中縱向桿、橫向桿和斜向桿為木桿，每根縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件；帶有木桿連接件的多根縱向桿、多根橫向桿和多根斜向桿利用多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)連接成傳統(tǒng)形狀的人字型單層柱面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件包括鋼套箍、端板、錐頭和箍筋；其中鋼套箍套裝在縱向桿、橫向桿和斜向桿的端部外圓周面上；端板安裝在鋼套箍的外端圓周上；錐頭為空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點(diǎn)上；箍筋纏繞在鋼套箍的外圓周面上，用于將鋼套箍和縱向桿、橫向桿或斜向桿箍緊；焊接球節(jié)點(diǎn)均為鋼制空心球體，每個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)上連接有多個(gè)木桿連接件；若干個(gè)固定鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部另一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)上，下端以可移動(dòng)的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。所述的縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有
多道凹槽，而鋼套箍的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼具有如下優(yōu)點(diǎn)1)抗震性能好經(jīng)有限元分析軟件計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，單根木桿件受力狀況和整體結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力響應(yīng)均滿足設(shè)計(jì)和使用要求，且抗震性能得到改善。2)便于施工由于木材密度小，桿件拼接由單個(gè)工人即可完成，可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作面上的人員密度，利于提高施工質(zhì)量和加快施工速度。3)安全性高經(jīng)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，地震作用下木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼豎向變形小于同截面面積的鋼結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼，表明地震作用下木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼對(duì)屋面材料破壞小，安全性提高。4)綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好我國木材資源豐富，選材便利，木材價(jià)格低且屬于綠色環(huán)保的可再生資源，因而使用木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢都非常突出。

圖I為本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)平面圖。圖2為本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)立體圖。圖3為圖I中A-A向剖視圖。圖4為本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼中連接在縱向桿、橫向桿或斜向桿端部的木桿連接件結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼中焊接球節(jié)點(diǎn)部位結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I 一圖5所示，本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼包括多根縱向桿I、多根橫向桿2、多根斜向桿3、多個(gè)木桿連接件4、多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)5、若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座6和若干個(gè)固定鉸支座7 ;其中縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3為木桿,每根縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件4 ;帶有木桿連接件4的多根縱向桿I、多根橫向桿2和多根斜向桿3利用多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)5連接成傳統(tǒng)形狀的人字型單層柱面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件4包括鋼套箍8、端板9、錐頭10和箍筋11 ;其中鋼套箍8套裝在縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3的端部外圓周面上；端板9安裝在鋼套箍8的外端圓周上；錐頭10為空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板9的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點(diǎn)5上；箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上，用于將鋼套箍8和縱向桿I、橫向桿2或斜向桿3箍緊；焊接球節(jié)點(diǎn)5均為鋼制空心球體，每個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)5上連接有多個(gè)木桿連接件4 ;若干個(gè)固定鉸支座7的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)5上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座6的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部另一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)5上，下端以可移動(dòng)的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。所述的縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍8的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼組裝過程如下首先將鋼套箍8安裝在縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3的外端圓周面上，并使縱向桿I、橫向桿2和斜向桿3上的凹槽與鋼套箍8上的凸緣對(duì)齊并卡緊，用箍筋11纏繞在鋼套箍8的外圓周面上，將鋼套箍8和縱向桿I、橫向桿2或斜向桿3箍緊，之后將端板9焊接在鋼套箍8的外端圓周上，然后將錐頭10下底面邊緣焊接在端板9的外端圓周上，將錐頭10上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點(diǎn)5上。多個(gè)不同空間角度的木桿連接件4連接于一個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)5上，依次連成人字型單層柱面網(wǎng)殼主體。再將若干個(gè)固定鉸支座7和滑動(dòng)鉸支座6的上端分別相隔距離安裝在網(wǎng)殼主體兩側(cè)底部的焊接球節(jié)點(diǎn)5上，然后將上述固定鉸支座7和滑動(dòng)鉸支座6的下端分別設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部，由此形成木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼。為了檢驗(yàn)本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼的抗震性能，本申請(qǐng)人用有限元軟件ANSYS比較了相同外觀尺寸和桿件截面面積的本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)和已有技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼在水平地震EL-Centro (1940)波作用下8s內(nèi)的豎向位移最大值，結(jié)果見表I。由表I可見，木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼在地震作用下的位移變化幅值小于鋼結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼，表明木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼受震害影響相對(duì)較小、對(duì)屋面材料破壞相對(duì)較輕。證明了本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼抗震性能良好，結(jié)構(gòu)安全可靠。表I
權(quán)利要求1.一種木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼，其特征在于所述的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼包括多根縱向桿(I)、多根橫向桿(2)、多根斜向桿(3)、多個(gè)木桿連接件(4)、多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)(5)、若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座(6)和若干個(gè)固定鉸支座(7);其中縱向桿(I)、橫向桿(2)和斜向桿(3)為木桿，每根縱向桿(I)、橫向桿(2)和斜向桿(3)的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件(4);帶有木桿連接件(4)的多根縱向桿(I)、多根橫向桿(2)和多根斜向桿(3)利用多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)(5)連接成傳統(tǒng)形狀的人字型單層柱面網(wǎng)殼主體；所述的木桿連接件(4)包括鋼套箍⑶、端板(9)、錐頭(10)和箍筋(11);其中鋼套箍⑶套裝在縱向桿⑴、橫向桿(2)和斜向桿(3)的端部外圓周面上；端板(9)安裝在鋼套箍(8)的外端圓周上；錐頭(10)為空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其上、下底面均呈開口狀，下底面邊緣連接在端板(9)的外側(cè)，上底面邊緣焊接在焊接球節(jié)點(diǎn)(5)上；箍筋(11)纏繞在鋼套箍(8)的外圓周面上，用于將鋼套箍⑶和縱向桿(I)、橫向桿⑵或斜向桿⑶箍緊；焊接球節(jié)點(diǎn)(5)均為鋼制空心球體，每個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)(5)上連接有多個(gè)木桿連接件(4);若干個(gè)固定鉸支座(7)的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)(5)上，下端固定在結(jié)構(gòu)柱頂部；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座￠)的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼主體底部另一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)(5)上，下端以可移動(dòng)的方式設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼，其特征在于所述的縱向桿(I)、橫向桿⑵和斜向桿⑶的兩端外圓周面上沿其圓周方向相隔距離形成有多道凹槽，而鋼套箍(8)的內(nèi)圓周面上沿其圓周方向突出形成有多圈能夠分別嵌入在上述多道凹槽內(nèi)的凸緣。
專利摘要一種木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼。其包括多根縱向桿、多根橫向桿、多根斜向桿、多個(gè)木桿連接件、多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座和若干個(gè)固定鉸支座；其中縱向桿、橫向桿和斜向桿為木桿，每根縱向桿、橫向桿和斜向桿的兩端分別安裝有一個(gè)木桿連接件；帶有木桿連接件的多根縱向桿、多根橫向桿和多根斜向桿利用多個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)連接成傳統(tǒng)形狀的人字型單層柱面網(wǎng)殼主體；若干個(gè)固定鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼底部一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)；若干個(gè)滑動(dòng)鉸支座的上端相隔距離安裝在單層柱面網(wǎng)殼底部另一側(cè)的焊接球節(jié)點(diǎn)。本實(shí)用新型提供的木結(jié)構(gòu)人字型單層柱面網(wǎng)殼具有自重輕、結(jié)構(gòu)安全性好、施工方便、綠色環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04B1/342GK202530568SQ201220117498
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者劉國光, 武志瑋 申請(qǐng)人:中國民航大學(xué)