專利名稱：植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種桁架(truss)，是土木工程、房屋工程、橋梁工程建筑領(lǐng)域常用的 一種結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
桁架(truss)，又稱桁架結(jié)構(gòu)(Truss structure)，指的是桁架梁，是格構(gòu)化的一種 梁式結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)常用于大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建筑中。我們經(jīng)常 所見的桁架有鋼桁架、鋼筋混凝土桁架、預(yù)應(yīng)力混凝土桁架、木桁架、鋼與木組合桁架、鋼與 混凝土組合桁架。桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多邊形桁架、平行弦桁架，拱形桁 架及空腹桁架。在選擇桁架形式時(shí)，應(yīng)綜合考慮桁架的用途、材料、支承方式和施工條件，在 滿足使用要求的前提下，力求制造和安裝所用的材料和勞動(dòng)量為最小。傳統(tǒng)的用鋼材做成 的桁架，其結(jié)點(diǎn)大多是焊接點(diǎn)或鉚接點(diǎn)，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有螺栓球結(jié)點(diǎn)與焊接球結(jié)點(diǎn)，強(qiáng)度一般 沒有受到影響，但是如果采用鋁合金做成桁架時(shí)，鋁合金焊接不容易，然而據(jù)我們所知的鋁 合金桁架結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)桿件的結(jié)點(diǎn)也都是仿鋼桁架結(jié)構(gòu)的焊接結(jié)點(diǎn)處理方法。對(duì)于鋁合金桁 架結(jié)構(gòu)來說，焊接結(jié)點(diǎn)存在下列問題(1)鋁合金的焊接技術(shù)要求高，難度大。(2)焊接鋁合金存在熱影響區(qū)材料強(qiáng)度降低的缺陷。(3)不便于工廠化加工生產(chǎn)，不便于現(xiàn)場(chǎng)施工。為了解決鋁合金桁架存在的問題，有人進(jìn)行了一些研究，如中國(guó)專利，名稱鋁合 金結(jié)構(gòu)架連接結(jié)構(gòu)，申請(qǐng)(專利)號(hào):CN200720169866. 0，申請(qǐng)(專利權(quán))人，朱貴州，地址 北京市海淀區(qū)德勝門西大街15號(hào)遠(yuǎn)洋風(fēng)景7號(hào)樓1單元501，發(fā)明(設(shè)計(jì))人朱貴州，摘 要一種用于搭建展覽、商業(yè)展賣和會(huì)議舞臺(tái)等領(lǐng)域的鋁合金結(jié)構(gòu)架連接結(jié)構(gòu)，它包括連 接頭，連接鋼片，桁架端頭，貫穿桁架端頭的階梯通孔的階梯軸，階梯軸的粗端具有外螺紋， 階梯軸的細(xì)端伸出于桁架端頭的階梯通孔的小孔與一手柄固定連接，階梯軸的細(xì)端上套設(shè) 有彈簧，彈簧的兩端分別頂持著階梯軸的粗端側(cè)壁和桁架端頭的階梯通孔的小孔側(cè)壁；桿 件；四根桿件和兩個(gè)桁架端頭通過螺釘連接成一個(gè)桁架；六件連接頭通過連接鋼片和銷釘 相連接構(gòu)成結(jié)構(gòu)架的結(jié)點(diǎn)，桁架的桁架端頭與結(jié)點(diǎn)的連接頭相對(duì)并通過階梯軸相連接。北京市市政工程研究院、北京市路政局的吳寶玲、方平、張愛江在“某全鋁合金人 行天橋的計(jì)算和荷載分析”市政技術(shù).2009，27 (2).-112-115通過對(duì)某全鋁合金結(jié)構(gòu)人 行天橋進(jìn)行力學(xué)模型和邊界條件的簡(jiǎn)化和假定，建立有限元模型并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)計(jì)算和理 論分析；在與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后，提出驗(yàn)算和試驗(yàn)校驗(yàn)結(jié)論以及在正常使用極限狀態(tài)下 均勻溫度場(chǎng)對(duì)該類橋的影響等結(jié)論。并就橋梁選材合理性和結(jié)構(gòu)適用性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探 討。文中根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和橋梁實(shí)體結(jié)構(gòu)的分析，該天橋主橋桁架結(jié)構(gòu)的傳力路徑為走道 板橫向桁片一縱向主桁片一支座。天橋組成桿件均通過節(jié)點(diǎn)板用螺栓相互連接，節(jié)點(diǎn)按固 接設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)也表明桿件變形遠(yuǎn)大于節(jié)點(diǎn)變形，試驗(yàn)過程中，平面內(nèi)桿件與節(jié)點(diǎn)板夾角 基本無變化。因此。計(jì)算時(shí)節(jié)點(diǎn)按固接考慮。由于天橋的東西兩座副橋以及與主橋連接的電梯、步梯等均有各自獨(dú)立的支承體系，與主橋連接處均用伸縮縫斷開。故建立模型時(shí)不考 慮副橋?qū)χ鳂虻挠绊?，認(rèn)為主橋?yàn)橐粋€(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。上述公開的鋁合金結(jié)構(gòu)架主要用于展覽、會(huì)議舞臺(tái)，其結(jié)構(gòu)不能用于大型的土木 工程、房屋工程、橋梁工程，同時(shí)存在的不足之處是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如文獻(xiàn)1提出桁架端頭需 要階梯軸，階梯軸需要設(shè)外螺紋和彈簧，接頭處要連接鋼片，制作與施工都十分困難，這樣 就增加了制造成本。文獻(xiàn)2提到通過節(jié)點(diǎn)板用螺栓相互連接，但是節(jié)點(diǎn)板的結(jié)構(gòu)未公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種連接可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作與施工方便的鋁合金桁架。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人對(duì)桁架結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了多種 桁架結(jié)點(diǎn)，最終確定了植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，并試用于某建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，半年來 經(jīng)受了大風(fēng)和暴雨的考驗(yàn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)包括結(jié)點(diǎn)板和與之連接的桁架斜腹桿、豎腹桿和弦 桿，斜腹桿與豎腹桿統(tǒng)稱腹桿。其特點(diǎn)是結(jié)點(diǎn)板上開有兩道槽，其中一道槽供弦桿植入并 連接，稱為弦桿槽；另一道槽供腹桿植入并連接，稱為腹桿槽。弦桿通過螺栓或鉚釘(栓) 與結(jié)點(diǎn)板緊固，腹桿也通過螺栓或鉚釘(栓)與結(jié)點(diǎn)板緊固。所述的結(jié)點(diǎn)板(1)的兩道槽弦桿槽與腹桿槽平行或者不平行，也就是說，匯交于 一個(gè)結(jié)點(diǎn)的桁架腹桿和弦桿其方向角度是由桁架設(shè)計(jì)方案確定的，但不論桿件任何方向角 度均可方便地植入相應(yīng)槽內(nèi)并加以緊固。桿件與結(jié)點(diǎn)板緊固后，槽內(nèi)空隙用填充料填滿。以上所述的結(jié)點(diǎn)板為均一厚度的金屬板，或者是一邊厚一邊薄的異形金屬板，一 邊厚一邊薄的異形金屬板主要是考慮建造大型土木構(gòu)件的體育館、橋梁、機(jī)場(chǎng)時(shí)，可以減輕 構(gòu)件重量并節(jié)省部分材料。所述的金屬板或異形金屬板是鋁合金板、鋼板、鐵合金板、銅合 金板或強(qiáng)度足夠的非金屬板例如鋁塑板、塑料等，因?yàn)檎w桁架結(jié)構(gòu)是鋁合金，所以結(jié)點(diǎn) 板優(yōu)選鋁合金板。以上所述的螺栓或鉚釘是不銹鋼螺栓或鉚釘或鋁合金螺栓或鉚釘，腹桿和弦桿可 以用若干根螺栓或鉚釘固定。所述的填充料采用塑料、木板、泡沫或其他填充料填滿，例如聚苯乙烯泡沫，酚醛 泡沫防火板、高溫泡沫海綿等，主要填充滿槽內(nèi)空隙即可。本發(fā)明所述的植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)可以直接由基礎(chǔ)支承，或者用柱子或 者梁等其他構(gòu)件支承。支承的構(gòu)件可以是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)或其他混合 結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是1、本發(fā)明的鋁合金桁架由結(jié)點(diǎn)板、腹桿和弦桿構(gòu)成，采用植桿式結(jié)構(gòu)，S卩弦桿插 入結(jié)點(diǎn)板的弦桿槽內(nèi)，并用螺栓或鉚釘與結(jié)點(diǎn)板緊固；腹桿植入結(jié)點(diǎn)板的腹桿槽內(nèi)，也用螺 栓或鉚釘與結(jié)點(diǎn)板緊固，使得結(jié)點(diǎn)板在橫、豎、斜的幾個(gè)方向均連接鋁合金桿件，得到受力 合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的鋁合金桁架體系。2、鋁合金材料質(zhì)輕(是鋼材的三分之一)，高強(qiáng)(六系鋁材的物理力學(xué)性能已接近 建筑用鋼的Q235)，防腐力高(是鋼材的4 6倍)，成型性好(是其它金屬不可比)，是可以再生的環(huán)保建筑金屬。3、桁架結(jié)構(gòu)受力清晰，結(jié)構(gòu)合理，節(jié)省材料，跨度可大可小，廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、 工業(yè)廠房、橋梁工程等建筑工程領(lǐng)域。研究分析證明，桁架結(jié)構(gòu)是鋁合金材料應(yīng)用于建筑工 程的一種理想的載體結(jié)構(gòu)體系。植桿式的桁架板結(jié)點(diǎn)，避免了焊接鋁合金的缺陷，是鋁合金 桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)創(chuàng)新與突破，必將使鋁合金結(jié)構(gòu)的使用與推廣成為可能。4、植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，其所有桿件及板結(jié)點(diǎn)都是充分利用了鋁合金成 型性好，加工方便的特性，擠壓或沖壓制作的，桿件、板結(jié)點(diǎn)都可以規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，可以實(shí) 現(xiàn)工廠大批量生產(chǎn)，然后現(xiàn)場(chǎng)拼裝。制作與施工都十分方便，質(zhì)量也有保證。5、植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架方便計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行內(nèi)力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直到CAD 出加工圖及安裝圖。6、植桿式板結(jié)點(diǎn)解決了鋁合金桁架的結(jié)點(diǎn)處理難題，同時(shí)又使鋁合金桁架結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)程序化，桿件與結(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，制作工廠化，施工拼裝化。更好的提高了工程質(zhì)量。


圖1是植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)實(shí)施圖。圖2是結(jié)點(diǎn)板與斜腹桿、豎腹桿和弦桿連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A向視圖。圖4是實(shí)施例1 (倉庫三角形桁架)的結(jié)構(gòu)實(shí)示意圖。圖5是實(shí)施例2(廠房24米跨梯形桁架)的結(jié)構(gòu)實(shí)示意圖。圖中部件序號(hào)和名稱1、結(jié)點(diǎn)板；2、螺栓或鉚釘；3、斜腹桿；4、豎腹桿；5、弦桿以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述從圖1中看到，桁架所有桿件及結(jié)點(diǎn)均用鋁合金材料制作，做成的桁架可以用于 大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建筑。從圖2和圖3中看到，鋁合金材料結(jié)點(diǎn)板1上開有兩道槽，供鋁合金桁架的桿件植 入。斜腹桿3、豎腹桿4和弦桿5用不銹鋼或者鋁合金螺栓2將桿件與結(jié)點(diǎn)板1緊固。桁架 桿件斷面大小及長(zhǎng)度尺寸，板結(jié)點(diǎn)的厚度及不銹鋼或者鋁合金螺栓的直徑等，均由專業(yè)設(shè) 計(jì)人員進(jìn)行桁架內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定。從圖3中看到，結(jié)點(diǎn)板1是一邊厚一邊薄的異形金屬板，弦桿5用螺栓或鉚釘2與 異形金屬結(jié)點(diǎn)板1厚的一邊連接，薄的一邊用螺栓或鉚釘2與斜腹桿3、豎腹桿4連接。以下是
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一南方沿海某原料倉庫三角形桁架，跨度24m，矢高2. 8m(見圖4)。方案1 原設(shè)計(jì)為Q235B的鋼管焊接桁架，每榀用鋼量為713kg，按每噸5000元計(jì)， 每榀桁架造價(jià)為3565元。方案2 改用6系鋁合金材料制造，植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架，每榀用料269kg，按 每噸22000元計(jì)，每榀造價(jià)5918元。實(shí)施例二 某廠房24米跨梯形桁架，矢高2. 80m(見圖5)。方案1 :Q235B型鋼焊接桁架，每榀用鋼量為879kg，按每噸5000元計(jì)，每榀造價(jià)為 4395 元。方案2 改用六系鋁合金材料制造，植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架，每榀用料300kg，按每噸22000元計(jì)，每榀造價(jià)6600元。從以上實(shí)施例看出，鋁合金桁架每榀造價(jià)雖然比鋼桁架高，然而其每榀重量?jī)H為 鋼桁架的30%左右。大大減輕了建筑物的自重，對(duì)支承桁架的柱子及基礎(chǔ)節(jié)約材料，降低工 程造價(jià)十分有利，同時(shí)也進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。鋁合金材料防腐性、耐久性是鋼材等其它金屬無法比擬的。有關(guān)部門做過檢測(cè)，鋁 材每年因腐蝕而損失的厚度為0. 5微米，經(jīng)過100年的大氣腐蝕后損失50微米，即0. 05mm, 是微不足道的。鋁合金材料幾乎終身不用維護(hù)，是長(zhǎng)命百歲工程。上述實(shí)例，按每年造價(jià)計(jì) 算鋼桁架結(jié)構(gòu)(按25年使用年限)平均每年造價(jià)175. 8元，且每年還要投入一筆不小的維 修保養(yǎng)費(fèi)。而鋁合金桁架結(jié)構(gòu)(按60年使用年限)平均每年造價(jià)110元，不用再投入維護(hù) 費(fèi)用，綜合經(jīng)濟(jì)效益也是十分明顯的。鋁合金結(jié)構(gòu)工程美觀亮麗，大大提高了建筑物的品位，改善了人們居住與工作環(huán)
^Ml O鋁合金桁架的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造是解決鋁合金桁架設(shè)計(jì)、制作、施工及推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技 術(shù)，本發(fā)明的目的就是要根據(jù)鋁合金的材料質(zhì)輕高強(qiáng)、外形美觀、不易腐蝕及成型性好等特 點(diǎn)及桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，創(chuàng)造一種充分發(fā)揮這兩個(gè)特點(diǎn)的鋁合金桁架結(jié)點(diǎn)，得到受力合 理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的鋁合金桁架體系，為土木工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用鋁合金 結(jié)構(gòu)創(chuàng)造條件。
權(quán)利要求
植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，包括結(jié)點(diǎn)板和與之連接的鋁合金桁架腹桿和弦桿，其特征在于結(jié)點(diǎn)板(1)上開有兩道槽，其中一道槽供弦桿(5)植入并連接，稱為弦桿槽；另一道槽供腹桿(3)、(4)植入并連接，稱為腹桿槽；弦桿(5)通過螺栓或鉚釘(2)與結(jié)點(diǎn)板(1)連接，腹桿(3)、(4)也通過螺栓或鉚釘(2)與結(jié)點(diǎn)板(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的結(jié)點(diǎn)板 (1)的兩道槽弦桿槽與腹桿槽平行或者不平行，而匯交于該結(jié)點(diǎn)的桿件不論其方向角度如 何都能夠方便地植入相應(yīng)槽內(nèi)并加以固定，桿件與結(jié)點(diǎn)板緊固后，槽內(nèi)空隙用填充料填滿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的結(jié)點(diǎn)板 (1)為均一厚度的金屬板，或者是一邊厚一邊薄的異形金屬板；所述的金屬板是鋁合金板、 鋼板、鐵合金板、銅合金板或強(qiáng)度足夠的非金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于螺栓或鉚釘是 不銹鋼螺栓或鉚釘或鋁合金螺栓或鉚釘，腹桿和弦桿用若干根螺栓或鉚釘與結(jié)點(diǎn)板固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的植桿式 板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)直接由基礎(chǔ)支承，或者用柱子或梁等其他構(gòu)件支承，支承的構(gòu)件是 鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)或其他混合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種植桿式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，包括結(jié)點(diǎn)板和與之連接的鋁合金桁架腹桿和弦桿，其特點(diǎn)是結(jié)點(diǎn)板上開有兩道槽，其中一道槽供弦桿植入并連接，另一道槽供腹桿植入并連接。弦桿通過螺栓或鉚釘與結(jié)點(diǎn)板連接，腹桿也通過螺栓或鉚釘與結(jié)點(diǎn)板連接，使得結(jié)點(diǎn)板在橫、豎、斜的幾個(gè)方向均連接鋁合金桿件，得到受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的鋁合金桁架體系。本發(fā)明的鋁合金桁架結(jié)構(gòu)連接可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作與施工方便。
文檔編號(hào)E01D19/00GK101949170SQ201010288260
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請(qǐng)人:林娟