焊接空心球节点

4.2.2　焊接空心球节点

在我国，焊接空心球节点可适用于单层或多层空间格构结构的节点体系，该体系是将钢管与预制好的空心球直接焊接而成，适用于连接钢管杆件，如图4.2.4。焊接空心球节点的优点是其刚度较螺栓球节点要大得多，所以它也比螺栓球节点具有更广泛的适用范围，但是焊接空心球节点的现场焊接工作量较大，同时，球的直径比管径要大得多，因此这成为建筑上的一个缺点。目前，焊接空心球节点主要在我国使用，国外的工程实例已经不多见。

焊接空心球为由两个半球焊接而成，可根据受力大小分为不加肋和加肋两种，如图4.2.5和图4.2.6所示。加肋空心球的肋板可用平台或凸台，采用凸台时，其高度不得大于1mm。

图4.2.4　焊接空心球节点示意图

图4.2.5　不加肋的空心球示意图

图4.2.6　加肋的空心球示意图

为了可靠地传递杆件内力，以及使空心球能有效地布置所连接的圆钢管杆件，焊接空心球应满足以下构造要求：

单层网架空心球的壁厚与外径之比宜取1／35～1／20，双层网架空心球的壁厚与外径之比宜取1／45～1／25；空心球外径与主钢管外径之比宜取2.4～3.0；主钢管的壁厚宜取空心球壁厚的1／2～1／1.5。空心球壁厚不宜小于4mm。

无肋空心球和有肋空心球的成型对接焊接，应分别满足图4.2.5和图4.2.6的要求。加肋空心球的肋板可用平台或凸台，采用凸台时，其高度不得大于1mm。

图4.2.7　钢管加套管的连接示意图

钢管杆件与空心球连接时，钢管应开坡口，在钢管与空心球之间应留有一定缝隙予以焊透，以实现焊缝与钢管等强，否则应按角焊缝计算。为保证焊缝质量，钢管端头可加套管与空心球焊接，见图4.2.7。套管壁厚不小于3mm，长度不小于40mm。角焊缝的焊脚尺寸h_f应符合下列要求：当钢管壁厚t_c≤4mm时，h_f＝1.5t_c；当t_c＞4mm时，h_f≤1.2t_c。

在确定空心球外径时，球面上相连接杆件之间的缝隙a不宜小于10mm，见图4.2.8。为了保证缝隙a，空心球直径也可初步按下式估算：

图4.2.8　空心球节点示意图

D＝（d₁＋2a＋d₂）／θ　　　　（4.2.1）

式中，θ为汇集于球节点任意两钢管杆件间的夹角（rad）；

d₁，d₂为组成θ角的钢管外径（mm）。

当空心球直径过大，且连接杆件又较多时，为了减少焊接球节点直径，允许部分腹杆与腹杆或腹杆与弦杆相汇交，必须满足以下构造要求：交叉杆件的轴线必须通过球中心线；汇交两杆中，截面积大的杆件必须全截面焊在球上（当两杆截面积相等时，取受拉杆），另一杆坡口焊在相汇腹杆上，但必须保证有3／4截面焊在球上并以加肋板加强。受力大的杆件，可按图4.2.9设置加劲肋板，或按图4.2.10增设支托板。

图4.2.9　交叉杆件连接示意图

当空心球外径大于等于300mm，且杆件内力较大时，可在内力较大杆件的轴线平面内设加劲环肋，以提高其承载力；当空心球外径大于等于400mm，且内力较大杆件为压力时，宜在压力较大杆件的轴线平面内设加劲环肋；当空心球外径大于等于500mm，必须在压力较大杆件的轴线平面内设加劲环肋。环肋的厚度不应小于球壁的厚度，且加劲环肋与空心球的焊接必须保证质量，以使它们能共同参与工作。

图4.2.10　增设支托板示意图