本发明专利技术公开了一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、内垫片(4)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)。内环和外环均为圆柱，且内环沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，外环沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)。中心环为六角星形柱体，中心环沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)。中心环安装于圆形孔洞二中，内环安装于六角星形孔洞中。内垫片设置于外环中，本发明专利技术通过螺栓对连接杆件、封板、外环和内垫片进行连接，形成装配式杆件。本发明专利技术节点质量轻盈、可快速现场装配且力学性能优良。
【技术实现步骤摘要】
一种外环内六角形空间网格结构装配式节点
本专利技术涉及建筑业空间结构设计
，具体涉及一种外环内六角形空间网格结构装配式节点。
技术介绍
随着经济社会快速的发展，建筑设计理论不段提高，建筑形式灵活多样的单层空间网格结构被广泛运用在各类地标性钢结构建筑当中。其中装配式空间网格结构以其建造周期短、施工方便、施工污染少在空间网格结构中所占的比例也越来越大。随着结构设计和施工技艺的不断提升，人们越来越追求质量轻盈结构线条优美的建筑形式。而装配式节点作为装配式空间网格结构的重要组成部分自然也受到了人们的广泛关注，但是现有技术的球面螺栓球等装配式节点主要用于规则形曲面而且其重量较大，而以高精度加工而成的装配式节点体系往往又造价太高。因此，开发出一种质量小、装配性能好、造价适中同时又满足力学性能要求的装配式节点是非常必要的。基于此本专利技术公开了一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，该种节点质量轻盈，具有良好的装配性能，富有卓越的建筑美感，达到力学和美学的统一，深受建筑师和结构师喜爱，在单层空间网格结构领域有着良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有装配式节点存在的问题，提供一种节点质量轻盈、可快速现场装配且力学性能优良的单层空间三角形网络结构装配式节点。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)，所述内环(1)和外环(2)均为圆柱，且所述内环(1)沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，所述外环(2)沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)；所述中心环(3)为六角星形柱体，所述中心环(3)包括外凸六角(14)，所述外凸六角(14)均处于同一个圆形面一上，所述中心环(3)沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)，所述六角星形孔洞(18)包括内凸六角(15)，所述内凸六角(15)均处于同一个圆形面二上，所述外凸六角(14)的对称面和内凸六角(15)的对称面为同一个平面；所述中心环(3)安装于外环(2)的圆形孔洞二(17)中，所述圆形面一的直径等于圆形孔洞二(17)的直径，所述中心环(3)与外环(2)的中心轴在同一条直线上；所述内环(1)安装于中心环(3)的六角星形孔洞(18)中，所述中心环(3)的中心轴和内环(1)的中心轴在同一条直线上，且所述圆形孔洞一(16)的直径等于圆形面二的直径；所述外环(2)的外圆周壁上均匀开设有第二螺栓孔(9)，所述封板(6)上均匀开设有第三螺栓孔(11)，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)和第二螺栓孔(9)将封板(6)与外环(2)连接，且所述封板(6)和连接杆件(7)固定连接。进一步的，所述内环(1)、外环(2)、中心环(3)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；应变能公式可表述为其中C为应变能，P＝KU，P为结构所受外荷载向量矩阵，T为矩阵转置符号，U为单元位移向量矩阵，K为刚度矩阵；所述六角星形孔洞(18)、圆形孔洞二(17)、外凸六角(14)和内凸六角(15)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：E(xe)＝(xe)pE00＜(xe)min≤xe≤1其中，E为单元优化后弹性模量，E0为初始弹性模量，p为惩罚系数，(xe)min为材料为空时的单元密度；xe为单元材料密度，且xe在0～1之间连续取值，程序优化后单元材料密度xe为[0.6，1]时保留该单元处材料，单元材料密度xe为[0，0.6)时删除该单元处材料。进一步的，所述中心环(3)的外侧边缘包括曲边一(21)和弧边一(23)，所述六角星形孔洞(18)包括曲边二(22)和弧边二(24)，所述曲边一(21)符合所述曲边二(22)符合f(x)＝-1.57x2+6.78。进一步的，所述外环(2)的外圆周面切割成十二边形，所述十二边形包括长边(19)和短边(20)，所述长边(19)和短边(20)交错设置，所述长边(19)长度均相等，所述短边(20)长度均相等；所述长边的中垂线(12)与外凸六角(14)的中心轴在同一条直线上，所述短边的中垂线(13)与内凸六角(15)的中心轴在同一条直线上。进一步的，所述圆形孔洞二(17)的内圆周壁上安装有内垫片(4)，所述内垫片(4)开设有第一螺栓孔(10)，且所述第一螺栓孔(10)、第二螺栓孔(9)和第三螺栓孔(11)的尺寸均相同。进一步的，所述内垫片(4)一侧为矩形平面，另一侧为曲面，所述内垫片(4)的曲面紧贴圆形孔洞二(17)的内圆周壁，所述第一螺栓孔(10)连通第二螺栓孔(9)。进一步的，所述螺栓(5)伸入外环(2)内的一端上具有螺纹，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)、第二螺栓孔(9)和第一螺栓孔(10)后运用螺帽(8)套在螺纹上稳定连接。本专利技术的有益效果为：本专利技术空间网格结构装配式节点形式独特，既增加了空间结构的建筑美感又不失其优越的力学性能，达到了建筑与结构的完美统一；本专利技术装配式节点，其焊接作业全部在工厂完成，各部件生产可实现工厂化加工，机械化程度高；现场安装简单，由于现场没有焊接作业，有效减少了施工难度，降低施工工期，同时保证了施工质量而且最大程度的减少了施工过程对环境的影响。由于每个杆件由上下左右共四个高强螺栓与节点相连接，从而增加了装配式节点在平面内外的抗弯能力，提高了力学性能。附图说明图1是本专利技术装配式节点组装示意图；图2是本专利技术装配式节点分解示意图；图3是本专利技术装配式节点组装俯视示意图；图4是本专利技术装配式节点的内垫片示意图；图5是本专利技术装配式节点的封板示意图；图6是本专利技术装配式节点的中心环结构示意图。附图标记说明1-内环、2-外环、3-中心环、4-内垫片、5-螺栓、6-封板、7-连接杆件、8-螺帽、9-第二螺栓孔、10-第一螺栓孔、11-第三螺栓孔、12-长边的中垂线、13-短边的中垂线、14-外凸六角、15-内凸六角、16-圆形孔洞一、17-圆形孔洞二、18-六角星形孔洞、19-长边、20-短边、21-曲边一、22-曲边二、23-弧边一，24-弧边二。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1至图3所示，一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，包括内环1、外环2、中心环3、螺栓5、封板6和连接杆件7。封板6为矩形钢板，且封板6上均匀开设有四个第三螺栓孔11，连接杆件7为矩形钢管，封板6与连接杆件7焊接。内环1和外环2均为圆柱，且内环1沿中心轴开设有圆形孔洞一16，外环2沿中心轴开设有圆形孔洞二17。中心环3为六角星形柱体，且中心环3各边均有一定的弧度。中心环3包括六个外凸六角14，六个外凸六角14均处于同一个圆形面一上。中心环3沿中心轴开设有六角星形孔洞18，六角星形孔洞18包括六个内凸六角15，六个内凸六角15均处于同一个圆形面二上，外凸六角14的对称面和内凸六角15的对称面为同一个平面。中心环3安装于外环2的圆形孔洞二17中，圆形面一的直径等于圆形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)，所述内环(1)和外环(2)均为圆柱，且所述内环(1)沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，所述外环(2)沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)；所述中心环(3)为六角星形柱体，所述中心环(3)包括外凸六角(14)，所述外凸六角(14)均处于同一个圆形面一上，所述中心环(3)沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)，所述六角星形孔洞(18)包括内凸六角(15)，所述内凸六角(15)均处于同一个圆形面二上，所述外凸六角(14)的对称面和内凸六角(15)的对称面为同一个平面；所述中心环(3)安装于外环(2)的圆形孔洞二(17)中，所述圆形面一的直径等于圆形孔洞二(17)的直径，所述中心环(3)与外环(2)的中心轴在同一条直线上；所述内环(1)安装于中心环(3)的六角星形孔洞(18)中，所述中心环(3)的中心轴和内环(1)的中心轴在同一条直线上，且所述圆形孔洞一(16)的直径等于圆形面二的直径；所述外环(2)的外圆周壁上均匀开设有第二螺栓孔(9)，所述封板(6)上均匀开设有第三螺栓孔(11)，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)和第二螺栓孔(9)将封板(6)与外环(2)连接，且所述封板(6)和连接杆件(7)固定连接。...
【技术特征摘要】
1.一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)，所述内环(1)和外环(2)均为圆柱，且所述内环(1)沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，所述外环(2)沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)；所述中心环(3)为六角星形柱体，所述中心环(3)包括外凸六角(14)，所述外凸六角(14)均处于同一个圆形面一上，所述中心环(3)沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)，所述六角星形孔洞(18)包括内凸六角(15)，所述内凸六角(15)均处于同一个圆形面二上，所述外凸六角(14)的对称面和内凸六角(15)的对称面为同一个平面；所述中心环(3)安装于外环(2)的圆形孔洞二(17)中，所述圆形面一的直径等于圆形孔洞二(17)的直径，所述中心环(3)与外环(2)的中心轴在同一条直线上；所述内环(1)安装于中心环(3)的六角星形孔洞(18)中，所述中心环(3)的中心轴和内环(1)的中心轴在同一条直线上，且所述圆形孔洞一(16)的直径等于圆形面二的直径；所述外环(2)的外圆周壁上均匀开设有第二螺栓孔(9)，所述封板(6)上均匀开设有第三螺栓孔(11)，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)和第二螺栓孔(9)将封板(6)与外环(2)连接，且所述封板(6)和连接杆件(7)固定连接。2.如权利要求1所述的一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：所述内环(1)、外环(2)、中心环(3)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；应变能公式可表述为其中C为应变能，P＝KU，P为结构所受外荷载向量矩阵，T为矩阵转置符号，U为单元位移向量矩阵，K为刚度矩阵；所述六角星形孔洞(18)、圆形孔洞二(17)、外凸六角(14)和内凸六角(15)主要通过所述“单元密度”与节点的材料弹性模量之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯若强，刘峰成，朱洁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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