(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210371368.3 (22)申请日 2022.04.08 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 黄蔚欣　胡竞元　吴承霖　 (74)专利代理 机构 北京三聚阳光知识产权代理 有限公司 1 1250 专利代理师 向森 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳 结构及加工方法 (57)摘要 本发明涉及空间曲面结构制作技术领域， 具 体涉及一种节点处杆件连续的金属型材空间曲 面网壳结构及加工方法。 节点处杆件 连续的金属 型材空间曲面网壳结构通过加工成型的空间弯 曲造型的金属型材连续杆件组装而成， 结构中的 节点处杆件贯穿设置， 节点构造简单， 而且金属 型材无需在安装现场进行弯曲， 直接将加工好的 多个金属型材拼装连接成预设的空间曲面网壳 结构的形状， 能够大大简化现场安装工序和安装 难度， 可以实现各种不同曲面形态的制造。 同时 由于金属型材加工成型， 相比于使用弹性杆件的 编织网壳， 结构整体的支撑强度较高， 且杆件中 无弯曲预应力或弯曲预应力较小， 方便现场拼 装， 同时能够保证网壳结构耐久性 好。 权利要求书2页 说明书8页 附图9页 CN 115238333 A 2022.10.25 CN 115238333 A 1.一种节点处杆件连续的金属型 材空间曲面网壳结构， 其特 征在于， 包括： 网络骨架， 包括多个金属型材(1)， 所述金属型材(1)加工成型有三维空间内的多方向 弯曲形状； 连接装置， 设于至少两根所述金属型材(1)的交叉处， 以将所述金属型材(1)的交叉处 固定连接， 所述连接装置包括板片节点(7)、 螺 栓节点(8)和薄壁构件节点(9)。 2.根据权利要求1所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述板片节 点(7)包括连接板片(2)和多个板片锁紧螺栓(3)， 所述连接板片(2)两端分别与 不同的所述金属型材(1)贴合设置， 所述板片锁 紧螺栓(3)贯穿所述连接板片(2)与所述金 属型材(1)， 以使所述连接 板片(2)与所述金属型 材(1)固定连接 。 3.根据权利要求2所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述连接 板片(2)为可贴合杆件 截面形态的杆状、 管状、 板状或折弯状连接件。 4.根据权利要求1所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述螺栓节点(8)处的所述金属型材(1)连续设置， 所述螺栓节点(8)包括多个紧固螺栓 (4)， 安装在层叠 设置的至少两层所述金属型材(1)之间， 所述紧固螺栓(4)沿层叠方向依次 贯穿所述金属型 材(1)， 以将所述金属型 材(1)之间固定连接 。 5.根据权利要求1所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述薄壁构件节点(9)处的所述金属型材(1)连续设置， 所述薄壁构件节点(9)包括薄壁构 件本体(5)和薄壁锁 紧螺栓(6)， 所述薄壁构件本体(5)由多个薄壁板首尾连接围合成棱柱 型筒状结构， 所述薄壁构件本体(5)上的每个侧边上安装有至少一个所述金属型材(1)， 所 述薄壁锁 紧螺栓(6)贯穿所述金属型材(1)和所述薄壁构件本体(5)的侧壁， 以使所述金属 型材(1)与所述薄壁构件本体(5)的侧壁固定连接 。 6.根据权利要求1至5任一项所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其 特征在于， 所述金属型 材(1)内设有安装空间， 所述 安装空间内安装有功能组件。 7.根据权利要求6所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述安装空间的至少一 面设置有开口。 8.根据权利要求7所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在于， 所述功能组件 包括发光件、 导电线缆、 水 管、 透光片材(12)。 9.根据权利要求7或8所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 其特征在 于， 所述金属型材(1)截面为方形、 槽形、 工字形、 L形、 T形、 曲线形或环形， 并可包括用于安 装功能组件的构造 。 10.一种节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构的加工方法， 其特征在于， 用于 加工权利要求 1至9中任一项 所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构， 包括以 下步骤： 利用空间曲面模型生成型 材相互交织的网格结构模型； 将所述型材相互交织的网格结构模型中的空间曲线杆件模型划分为多段分段圆弧线， 所述分段圆弧形具有平面内的多方向弯曲形状， 计算每段所述分段圆弧线的加工数据， 所 述加工数据包括弧线长度、 正弯参数和 侧弯参数； 根据所述加工数据将直线型的初始金属型材一次加工成型为预设的分段圆弧线形状 的预设金属型 材；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238333 A 2将预先成型的多根金属型材按照所述型材相互交织的网格结构模型连接， 完成空间曲 面网壳结构加工 。 11.根据权利要求10所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构的加工方 法， 其特征在于， 所述加工数据包括： 弧线长度， 为按给定参数将曲线划分的分段圆弧线长度； 正弯参数， 为所述分段圆弧线在从切平面内的曲率半径； 侧弯参数， 为所述分段圆弧线在 密切平面内的曲率半径。 12.根据权利要求11所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构的加工方 法， 其特征在于， 所述加工数据还包括下压修正值， 所述下压修正值为将所述分段圆弧弯曲 成预定曲率半径时所需的变形半径与所述预定曲率半径之间的差值。 13.根据权利要求10至12任一项所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构 的加工方法， 其特征在于， 将型材相互交织的网格结构模型划分为分段圆弧线步骤前还包 括： 对所述型材相互交织的网格结构模型进行受力模拟， 根据模拟结果对所述型材相互交 织的网格结构模型的内部参数进 行优化调整， 并确定所述型材相互交织的网格结构上与外 部支撑结构连接的支撑节点； 所述内部参数包括网格的形态、 网格密度和杆件尺寸。 14.根据权利要求13所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构的加工方 法， 其特征在于， 所述受力模拟步骤包括： 对所述型材相互交织的网格结构模型施加荷载， 对所述型 材相互交织的网格结构模型的变形和受力情况进行分析； 所述荷载为恒 荷载、 活荷载中的一种或多种； 所述受力情况为模型的应力分布、 支座的反作用力、 模型局部有无屈服或失稳情况和 模型中各个节点处所受的应力。 15.根据权利要求10至12任一项所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构 的加工方法， 其特征在于， 所述将预先成型 的多根金属型材按照所述型材相互交织的网格 结构模型 连接步骤后， 还 包括： 在金属型 材的型腔中安装功能组件。 16.根据权利要求10至12任一项所述的节点处杆件连续的金属型材空间曲面网壳结构 的加工方法， 其特征在于， 对弯曲成型后的截面型材进行后处理， 所述后处理包括回火、 时 效处理、 酸洗、 阳极氧化处 理中的一种或多种。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238333 A 3