專利名稱：植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間桁架，是房屋建筑、橋梁建筑的土木工程領(lǐng)域常用的一種空 間結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
平面桁架只能承受作用在桁架平面以內(nèi)的荷載，但是工程實(shí)際上結(jié)構(gòu)所受的荷載 常作用于不同方向的幾個(gè)平面內(nèi)。因此，在工程中，還有一類具有明顯空間特征的桁架，能 夠承受作用于不同方向的幾個(gè)平面內(nèi)的荷載，這種體系稱為空間桁架。組成幾何不變的空 間桁架的最簡單規(guī)則，是從一個(gè)平面三角形或從基礎(chǔ)開始，依次用三根不共面的鏈桿固定 一個(gè)新結(jié)點(diǎn)。按此規(guī)則依次添加新結(jié)點(diǎn)，就可以組成幾何不變的空間桁架，符合這個(gè)組成規(guī) 則而無多余聯(lián)系鏈桿的稱為靜定空間桁架。若果有多余聯(lián)系鏈桿的稱為超靜定空間桁架。 空間桁架結(jié)構(gòu)其跨度可大可小，常用于大跨度的工業(yè)廠房、體育場館及橋梁工程等土木工 程中。常見的有鋼結(jié)構(gòu)空間桁架、鋼筋混凝土空間桁架、鋼與混凝土組合空間桁架等。螺栓 球結(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架與焊接球結(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架、鋼塔架等都是典型的鋼結(jié)構(gòu)的空間桁架。經(jīng)過科技情 報(bào)部門檢索查新，目前尚未發(fā)現(xiàn)有鋁合金空間桁架，也未發(fā)現(xiàn)有植桿式體結(jié)點(diǎn)三角形與矩 形空間桁架。鋁合金材料質(zhì)輕(是鋼材的三分之一)，高強(qiáng)(六系列鋁材的物理力學(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(是其他金屬不可比)，是可 以再生的環(huán)保建筑金屬，目前已廣泛應(yīng)用于門、窗、幕墻及其他的裝修建筑工程領(lǐng)域，本發(fā) 明植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架，就是發(fā)明植桿式體結(jié)點(diǎn)，解決鋁合金三角 形與矩形空間桁架的技術(shù)關(guān)鍵，成功創(chuàng)造出植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié) 構(gòu)體系。這里所說的三角形與矩形空間桁架，指的是空間桁架的幾何圖形橫斷面是三角形 的稱為三角形空間桁架(見圖1)。而三角形的三個(gè)內(nèi)角大小由設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)確 定?？臻g桁架的幾何圖形橫斷面是矩形的稱為矩形空間桁架(見圖2)。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明的目的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造是鋁合金空間桁架設(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)鋁合金的材料特點(diǎn)及桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，創(chuàng)造出一種充分發(fā)揮這兩個(gè)特點(diǎn) 的鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植桿式體結(jié) 點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架體系，為土木工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用可再生又環(huán)保的鋁合金結(jié) 構(gòu)創(chuàng)造條件。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人對(duì)鋁合金材料的物理力學(xué)性能進(jìn)行了深入的分 析，又對(duì)三角形與矩形空間桁架的桿件與結(jié)點(diǎn)構(gòu)成、受力特點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究，并與傳統(tǒng) 的鋼空間桁架進(jìn)行了對(duì)比分析，創(chuàng)造了植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，并對(duì)某建筑工程屋蓋中的三角形與矩形空間桁架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，其結(jié)果是結(jié)構(gòu)可 靠、受力合理清晰、構(gòu)造簡單、制作與施工方便。2、本發(fā)明的技術(shù)方案植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架，包括該空間桁架所有的結(jié)點(diǎn)體及匯 交于各結(jié)點(diǎn)體并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的所有鋁合金桿件，其特征在于結(jié)點(diǎn)體上的三 個(gè)方向分別開有一道槽，總共開了三道槽，三個(gè)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)體的桿件分別植入相應(yīng) 方向的槽內(nèi)，桿件與結(jié)點(diǎn)體通過螺栓或鉚栓緊固連接。所述的三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)是根據(jù)“不共面三根鏈桿固定空間一個(gè)新點(diǎn)” 的原則，依次組成的幾何不變的靜定空間桁架結(jié)構(gòu)或者有多余聯(lián)系的超靜定空間桁架結(jié) 構(gòu)，桁架的幾何圖形橫斷面是三角形或矩形。以上所述的結(jié)點(diǎn)體的三個(gè)方向分別開有一道槽，總共三道槽，三個(gè)方向匯交于該 結(jié)點(diǎn)體的桿件分別植入相應(yīng)方向的槽內(nèi)，而與結(jié)點(diǎn)體某一個(gè)方向槽同一個(gè)平面的桿件不論 其方向角度如何都能夠方便地植入相應(yīng)的槽內(nèi)，并加以固定。桿件與結(jié)點(diǎn)體固定后，槽內(nèi)空 隙可用填充料填滿。結(jié)點(diǎn)體上的每道槽的深度、寬度及槽壁厚度均與桁架桿件設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí) 分析計(jì)算決定。以上所述的結(jié)點(diǎn)體是鋁合金、不銹鋼或其它鋼材、鐵合金或強(qiáng)度足夠的非金屬材 料做成。對(duì)鋁合金桁架應(yīng)優(yōu)先選用鋁合金材料的結(jié)點(diǎn)體。以上所述桁架桿件與結(jié)點(diǎn)體通過螺栓或鉚栓緊固連接，螺栓或鉚栓是鋁合金或不 銹鋼制造的。每根桿件用若干根螺栓或鉚栓與體結(jié)點(diǎn)緊固。以上所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)直接由基礎(chǔ)支承，或 者用柱子或梁等其它構(gòu)件支承，支承構(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)。3、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)和顯著進(jìn)步(1)、本發(fā)明的鋁合金三角形與矩形空間桁架由結(jié)點(diǎn)體與桁架桿件構(gòu)成，采用植桿 式結(jié)構(gòu)。即結(jié)點(diǎn)體上的三個(gè)方向分別開有一道槽，總共開三道槽，三個(gè)方向匯交于該結(jié)點(diǎn) 體的桿件分別植入相應(yīng)方向的槽內(nèi)，并用螺栓或鉚栓連接緊固。這種植桿式體結(jié)點(diǎn)的桁架 結(jié)點(diǎn)避免了鋁合金焊接技術(shù)要求高，難度大，焊接鋁合金存在熱影響區(qū)材料強(qiáng)度降低及不 便于工廠化生產(chǎn)與現(xiàn)場施工困難的缺陷。植桿式體結(jié)點(diǎn)解決了鋁合金三角形與矩形空間 桁架結(jié)點(diǎn)處理的難題，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。(2)、鋁合金材料質(zhì)輕(是鋼材的三分之一)，高強(qiáng)(六系列鋁材的物理力學(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(是其他金屬不可比)， 是可以再生的環(huán)保建筑金屬，用鋁合金材料建筑土木工程，可以減輕建筑物荷載，提高抗震 能力和耐腐能力，幾乎終身不用維護(hù)，成為長命百歲工程，其綜合經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。(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 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)包括空間桁架結(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。植桿式三角形與矩形空間桁架體結(jié) 點(diǎn)，避免了焊接鋁合金的缺陷，是鋁合金三角形與矩形空間桁架結(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
(4)、植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，其所有桿件及體結(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、體結(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)場拼裝。制作與施工都十分方便，質(zhì)量也有 保證。(5)、植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架，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。
四

圖1是植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形空間桁架結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖2是植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金矩形空間桁架結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖3是空間桁架結(jié)點(diǎn)A的結(jié)點(diǎn)體的X方向節(jié)點(diǎn)大樣圖。圖4是空間桁架結(jié)點(diǎn)A的結(jié)點(diǎn)體的Z方向節(jié)點(diǎn)大樣圖。圖5是空間桁架結(jié)點(diǎn)A的結(jié)點(diǎn)體的Y方向節(jié)點(diǎn)大樣圖。圖中部件的名稱編碼如下1、結(jié)點(diǎn)體；2、結(jié)點(diǎn)體上U方向槽，桁架上X方向桿件； 3、結(jié)點(diǎn)體上V方向槽，桁架上Y方向桿件；4、結(jié)點(diǎn)體上W方向槽，桁架上Z方向桿件；5、緊固 螺栓或鉚栓；6、桁架桿件。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步講述。圖1與圖2是根據(jù)“不共面的三根鏈桿固定空間一個(gè)新結(jié)點(diǎn)”的規(guī)則組成的植桿 式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)。其全部結(jié)點(diǎn)體及所有桿件均是鋁合金材料制 成的。其跨度可大可小，常用于大跨度廠房、展覽館、體育館和橋梁工程上。從圖3中看到結(jié)點(diǎn)體(1)的X(2)、Y(3)、Z(4)三個(gè)方向分別開有U(2)、V(3)、W(4) 三道槽，供匯交于該結(jié)點(diǎn)體的桁架桿件(6)植入并用螺栓或鉚栓(5)緊固。其中與X(2)方 向桿件(6)與U(2)槽同平面植入U(xiǎn)(2)槽；Y(3)方向桿件(6)與V(3)槽同平面植入V(3) 槽；Z⑷方向的桿件(6)與W(4)槽同平面植入W(4)槽。V (3)槽與W(4)槽之間夾角大小 也即是Y(3)方向桿件(6)與Ζ(4)方向桿件的夾角大小，由設(shè)計(jì)者根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì) 確定。當(dāng)Υ(3)方向桿件與Ζ(4)方向桿件夾角為直角時(shí)，該結(jié)點(diǎn)就是圖2矩形空間桁架的 結(jié)點(diǎn)Α，此時(shí)結(jié)點(diǎn)體上的V(3)槽與W(4)槽夾角也是直角。桁架桿件斷面大小及長度尺寸， 結(jié)點(diǎn)體厚度，各道槽深度、寬度及槽壁厚度，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)時(shí)確定。桿件(6)與結(jié)點(diǎn)體(1)用螺栓或鉚栓(5)緊固。螺栓或鉚栓直徑大小，及所需 個(gè)數(shù)均由設(shè)計(jì)計(jì)算確定。單從鋁合金桁架的造價(jià)來說雖然比桁架稍高，然而其相應(yīng)質(zhì)量僅為鋼桁架的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，降低整體工程造價(jià) 十分有利，同時(shí)進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的抗震性。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)，不用再投入維護(hù)費(fèi)用，是長命百歲工程。綜 合經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。鋁合金結(jié)構(gòu)工程美觀靚麗，大大提高了建筑物的品位，改善了人們居住與工作環(huán)
^Mi ο
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)、外型美觀、不易腐蝕及成型性好等特 點(diǎn)及三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造與受力特點(diǎn)，創(chuàng)造一種充分發(fā)揮這兩個(gè)特點(diǎn)的 鋁合金三角形與矩形空間桁架植桿式結(jié)點(diǎn)體，得到受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與 施工的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形桁架體系，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
植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架，包括該空間桁架所有的結(jié)點(diǎn)體及匯交于各結(jié)點(diǎn)體并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的所有鋁合金桿件，其特征在于結(jié)點(diǎn)體上的三個(gè)方向分別開有一道槽，總共開三道槽，三個(gè)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)體的桿件分別植入相應(yīng)方向的槽內(nèi)，桿件與結(jié)點(diǎn)體通過螺栓或鉚栓緊固連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，共特征 在于所述的三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)是根據(jù)“不共面三根鏈桿固定空間一個(gè)新結(jié)點(diǎn)”的 原則，依次組成幾何不變的靜定空間桁架結(jié)構(gòu)，或者有多余聯(lián)系的超靜定空間桁架結(jié)構(gòu)，桁 架的幾何圖形橫斷面是三角形或矩形，三角形的三個(gè)內(nèi)角由設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì) 確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述結(jié)點(diǎn)體上的三個(gè)方向分別開有一道槽，總共開三道槽，三個(gè)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)體 的桿件分別植入相應(yīng)方向的槽內(nèi)，而與結(jié)點(diǎn)體某一個(gè)方向槽同一個(gè)平面內(nèi)的桿件不論其方 向角度如何都能夠方便地植入相應(yīng)的槽內(nèi)并加以固定。桿件與結(jié)點(diǎn)體固定后，槽內(nèi)空隙可 用填充料填滿。結(jié)點(diǎn)體上每道槽的深度、寬度及槽壁厚度均與桁架桿件設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)分析計(jì) 算決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，共特征 在于所述結(jié)點(diǎn)體是鋁合金、不銹鋼或其他鋼材、銅合金或強(qiáng)度足夠的非金屬材料制成。對(duì) 于鋁合金桁架應(yīng)優(yōu)先選用鋁合金材料的結(jié)點(diǎn)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述桿件與結(jié)點(diǎn)體通過螺栓或鉚栓緊固連接，螺栓或鉚栓是鋁合金或不銹鋼制造的。 每根桿件用若干根螺栓或鉚栓與結(jié)點(diǎn)體緊固。
6.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，共特 征在于所述的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(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
植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，包括該桁架所有的結(jié)點(diǎn)體及匯交于各結(jié)點(diǎn)體并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的所有的鋁合金桿件，其特點(diǎn)是結(jié)點(diǎn)體上的三個(gè)方向分別開有一道槽，總共開三道槽，三個(gè)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)體的桿件分別植入相應(yīng)的方向的槽內(nèi)并用螺栓或鉚栓緊固，就得到幾何不變的，受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植桿式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形或矩形空間桁架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)連接可靠、結(jié)構(gòu)簡單，制作與施工方便。這里所說的三角形與矩形空間桁架結(jié)構(gòu)，指的是空間桁架幾何圖形橫斷面是三角形的或矩形的。
文檔編號(hào)E04B1/19GK101974938SQ20101050271
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請(qǐng)人:林娟;梁琨