大跨度全装配高强H型钢弦支穹顶结构空心球螺栓节点容差控制方法

张爱林; 金博文; 刘学春; 李传浩

doi:10.13206/j.gjgS26071645

大跨度全装配高强H型钢弦支穹顶结构空心球螺栓节点容差控制方法

doi: 10.13206/j.gjgS26071645

张爱林^1,2,
金博文^1, ,,
刘学春^1,2,
李传浩¹

1. 北京工业大学建筑工程学院, 北京 100124;
2. 北京工业大学北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术中心, 北京 100124

基金项目:

国家自然科学基金重点项目（52130809）；中国博士后科学基金第78批面上资助项目（2025M783248）；北京市博士后科研活动经费资助项目（2026-ZZ-004）。

详细信息

作者简介:
张爱林，博士，教授，北京学者，主要从事现代大跨度预应力钢结构和装配式钢结构体系创新与应用研究。

通讯作者:
金博文，博士，jinbowen199609@163.com。

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出版历程
- 收稿日期: 2026-07-16
- 网络出版日期: 2026-11-06

A Tolerance Control Method for Bolted Joints Connecting Hollow Spheres to H-Section Steel Members in a Long-Span Fully Assembled High-Strength H-Section Steel Suspen-Dome Structure

1. College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
2. Beijing Engineering Research Centre of High-rise and Large-span Prestressed Steel Structures, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

摘要

摘要: 面向工业化智能建造，提出了一种大跨度全装配高强H型钢弦支穹顶结构体系及适用于其上部网壳连接的空心球与H型钢螺栓装配节点，实现了现场模块化快速装配和可拆卸。针对全装配体系工程应用中的螺栓装配容差问题，提出了一种基于长圆孔设置的节点容差控制方法，通过在L形连接件和盖板上设置部分长圆孔，实现连接板与端板螺栓装配误差调节。基于此，建立节点有限元模型，分析了长圆孔开设对节点拼接区力学性能的影响；建立基于无放回简单随机抽样的随机缺陷节点生成模型，分析了不同缺陷分布水平下全装配体系的稳定性能和抗震性能；定义了稳定承载力节点缺陷降低系数和动力响应提高系数，定量评价了装配容差对结构性能的影响。研究表明：长圆孔的设置对节点初始刚度及承载力影响均小于3%，主要影响节点弯矩-转角曲线滑移段长度；容差控制方法对全装配体系稳定承载力影响在2.15%以内，对结构动力响应的最大影响为3.53%，整体影响不超过3.6%，验证了容差控制方法的有效性。
- 模块化全装配弦支穹顶 /
- 空心球与H型钢螺栓装配节点 /
- 高强钢 /
- 热轧H型钢 /
- 节点容差控制方法
Abstract: Aiming at industrialized intelligent construction， a long-span fully assembled high-strength H-section steel suspen-dome structure and its associated bolted joints connecting hollow spheres to H-section steel members were proposed， enabling on-site modular rapid assembly and detachability. To address the bolt assembly tolerance issues in the practical application of the fully assembled structure， a joint tolerance control method based on the provision of slotted holes was proposed. By arranging slotted holes in the L-shaped connectors and cover plates， the assembly deviation between the connecting plates and end plates can be accommodated. Finite element models of the joint were established to analyze the influence of slotted holes on the mechanical properties of the joint splicing zone. A random defect generation model based on simple random sampling without replacement was developed to investigate the stability and seismic performance of the fully assembled structure under different defect distribution levels. The defect reduction coefficient of stability capacity and the dynamic response amplification coefficient were defined to quantitatively evaluate the effect of assembly tolerance on structural performance. The results indicate that the introduction of slotted holes affects the initial stiffness and bearing capacity of the joint by less than 3%， mainly influencing the slip stage length on the moment-rotation curve of the joint. The tolerance control method affects the stability capacity of the fully assembled structure within 2.15%， and the maximum influence on dynamic responses is 3.53%， with the overall influence not exceeding 3.6%， thus validating the effectiveness of the proposed tolerance control method.

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