專利名稱：植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面桁架，是房屋建筑、橋梁建筑的土木工程領(lǐng)域常用的一種結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
桁架，又稱桁架結(jié)構(gòu)，指的是桁架梁，是格構(gòu)化的一種梁式結(jié)構(gòu)。當(dāng)作用的荷載及桁架桿件都在同一個(gè)平面時(shí)，這種桁架稱為平面桁架結(jié)構(gòu)。桁架結(jié)構(gòu)常用于大跨度廠房、展覽館、體育館和橋梁等土木工程中，常見的有鋼結(jié)構(gòu)平面桁架、鋼筋混凝土平面桁架、預(yù)應(yīng)力混凝土平面桁架、木結(jié)構(gòu)平面桁架、鋼木結(jié)構(gòu)平面桁架、鋼與混凝土組合平面桁架等。桁架按外形分有三角形桁架、多邊形桁架、梯形桁架、平行弦桁架、拱形桁架及空腹桁架等。在選擇桁架形式時(shí)，應(yīng)綜合考慮桁架的用途、制造的材料、支承方式和施工條件等因素，在滿足使用要求的前提下，力求制造和施工安裝所用的材料和勞動量為最小。鋼結(jié)構(gòu)桁架，其結(jié)點(diǎn)大多是焊接點(diǎn)或螺栓連接，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有螺栓球結(jié)點(diǎn)與焊接球結(jié)點(diǎn)。目前用鋁合金材料制作鋁合金桁架等鋁合金結(jié)構(gòu)時(shí)，聯(lián)結(jié)桿件的結(jié)點(diǎn)大都是仿鋼桁架結(jié)構(gòu)的焊接結(jié)點(diǎn)處理方法。對于鋁合金桁架結(jié)構(gòu)來說，焊接點(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)場施工。正因?yàn)樘幚斫Y(jié)構(gòu)的桿件聯(lián)結(jié)結(jié)點(diǎn)難題，影響了鋁合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展。經(jīng)過科技情報(bào)部門檢索查新，目前尚未發(fā)現(xiàn)有植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金桁架結(jié)構(gòu)。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)明植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架，就是發(fā)明植入式板結(jié)點(diǎn)，解決鋁合金平面桁架的技術(shù)關(guān)鍵，成功制造出植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)體系。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明的目的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造方案及桿件設(shè)計(jì)是鋁合金桁架設(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)的鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架體系，為土木工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用鋁合金結(jié)構(gòu)創(chuàng)造更好條件。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人對鋁合金材料的物理力學(xué)性能進(jìn)行了深入的分析，又對平面桁架的桿件與結(jié)點(diǎn)的構(gòu)成，受力特點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究，并與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)平面桁架進(jìn)行了對比分析，創(chuàng)造了植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，并對某建筑工程屋蓋中平面桁架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，其結(jié)果是本發(fā)明結(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 植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，包括板狀的結(jié)點(diǎn)板(1)和與之連接的用鋁合金材料制造的桁架弦桿(3)與腹桿(4)、(5)，其特點(diǎn)是桁架的所有鋁合金桿件，每根桿的兩端均開有一個(gè)口，板狀的結(jié)點(diǎn)板植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓(2)與桿件緊固。所述的桁架弦桿(3)及腹桿(4)、(5)均為鋁合金材料制造，其斷面形式可以是單孔方通，也可以是多孔方通，方通壁厚由實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算確定。以上所述的所有桁架鋁合金桿件，每根桿件的兩個(gè)桿端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)板植入?？诘拇笮〖伴L短均由實(shí)際工程的結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)確定。以上所述的結(jié)點(diǎn)板(1)為均一厚度的金屬板，或者是一邊厚(植入弦桿端口一側(cè))、一邊薄(植入腹桿端口一側(cè))的異形金屬板，結(jié)點(diǎn)板的大小及板厚尺寸由結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)確定。結(jié)點(diǎn)板是鋁合金板、不銹鋼板或強(qiáng)度足夠的非金屬板，因?yàn)檎w桁架結(jié)構(gòu)是鋁合金， 所以結(jié)點(diǎn)板優(yōu)先選用鋁合金板。以上所述的螺栓或鉚栓(2)是不銹鋼螺栓或鉚栓或鋁合金螺栓或鉚栓，螺栓或鉚栓直徑與長度由設(shè)計(jì)確定。弦桿和腹桿可以用若干根螺栓或鉚栓固定。本發(fā)明所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(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)。3、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的實(shí)際性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步(1)本發(fā)明植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架由結(jié)點(diǎn)板與兩端開口的桁架弦桿和腹桿構(gòu)成，采用植入式結(jié)點(diǎn)板的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造，即每個(gè)結(jié)點(diǎn)板植入?yún)R交于此結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓與桿件緊固，就得到受力合理、結(jié)構(gòu)可靠、便于設(shè)計(jì)、制作與施工的鋁合金平面桁架體系。這種植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架的結(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。解決了鋁合金桁架結(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。更好地提高了工程質(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、橋梁工程等土木工程領(lǐng)域。研究分析證明桁架結(jié)構(gòu)是鋁合金材料應(yīng)用于土木工程的一種理想的載體結(jié)構(gòu)體系。植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架的板結(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，必將促進(jìn)鋁合金結(jié)構(gòu)的使用與推廣。(4)植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其所有桿件及結(jié)點(diǎn)板都是充分利用了鋁合金成型性好，加工方便的特性，擠壓或沖壓制作而成，桿件和結(jié)點(diǎn)板都可以規(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)植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架，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是植板式 板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖2是結(jié)點(diǎn)板植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)的所有桁架桿件的桿端口的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A方向視圖。圖4是工程實(shí)例。圖中部件的名稱編碼如下1、結(jié)點(diǎn)板；2、緊固螺栓或鉚栓；3、桁架弦桿；4、5桁架腹桿。
五具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。圖1是植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架體系，其所有結(jié)點(diǎn)板及所有桁架桿件均用鋁合金材料制作，所有桿件的每一個(gè)桿端均開有一個(gè)口，每一塊結(jié)點(diǎn)板都植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓與桿件緊固。桁架跨度可大可小，常用于大跨度廠房、展覽館、體育館和橋梁等土木工程。從圖2和圖3中看到，鋁合金材料制作的桁架所有桿件(3)、⑷、(5)的桿端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)板(1)植入。結(jié)點(diǎn)板與桿件之間用不銹鋼或鋁合金螺栓緊固。桁架桿件的斷面可以是單孔方通，也可以是多孔方通，方通斷面、壁厚及桿件長度尺寸均根據(jù)實(shí)際工程由設(shè)計(jì)確定。結(jié)點(diǎn)板的尺寸、板厚、桿端開口大小及緊固的螺栓大小與數(shù)量都在結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)確定。圖4是本發(fā)明實(shí)施的一個(gè)工程實(shí)例。南方沿海某市一個(gè)藍(lán)球館，屋蓋拱形桁架結(jié)構(gòu)，跨度33米，拱矢高4. 95米，拱桁架厚度1.65米。方案1 原設(shè)計(jì)為Q235B鋼管焊接的桁架，每榀用鋼量為1920kg，按每噸5000元計(jì)，每榀鋼管桁架造價(jià)為9600元。方案2 改用6系鋁合金材料制造，植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架體系，每榀用鋁合金620kg，按每噸22000元計(jì)，每榀鋁合金桁架造價(jià)為13640元。從以上實(shí)例看出，鋁合金桁架每榀造價(jià)雖然比鋼桁架高，然而其每榀重量僅為鋼桁架的30%左右。大大減輕了建筑物的自重，對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，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。鋁合金結(jié)構(gòu)幾乎終身不用維護(hù)，是長命百歲工程。上述工程實(shí)例，按每年造價(jià)計(jì)算鋼桁架結(jié)構(gòu)(按30年使用年限)一榀桁架平均每年造價(jià)320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70年使用年限)一榀桁架平均每年造價(jià)195 元，不用再投入維護(hù)費(fèi)用，建造造價(jià)較高，但壽命造價(jià)低，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)境。 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)的植入式鋁合金桁架板結(jié)點(diǎn)，得到受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架體系，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
1.植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，包括板狀的結(jié)點(diǎn)板(1)和與之連接的鋁合金材料制造的桁架弦桿(3)與腹桿(4)、(5)，其特征在于桁架的所有鋁合金桿件，桿的兩端均開有一個(gè)口，板狀結(jié)點(diǎn)板(1)植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓 (2)與桿件緊固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的桁架弦桿(3)及腹桿(4)、(5)均為鋁合金材料制造，其斷面形式可以是單孔方通，也可以是多孑L方通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的桁架所有的鋁合金桿件，每根桿的兩端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)板植入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的結(jié)點(diǎn)板(1)為均一厚的金屬板或者是一邊厚(植入弦桿桿端口一側(cè))一邊薄(植入腹桿桿端口一側(cè))的異形金屬板，結(jié)點(diǎn)板是鋁合金板、不銹鋼板，或強(qiáng)度足夠的非金屬板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的螺栓或鉚栓是不銹鋼或鋁合金制造的，結(jié)點(diǎn)板用若干根螺栓或鉚栓與桿件緊固。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(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
植板式板結(jié)點(diǎn)鋁合金平面桁架結(jié)構(gòu)，包括板狀的結(jié)點(diǎn)板(1)和與之連接的鋁合金材料制造的桁架弦桿(3)與腹桿(4)、(5)，其特點(diǎn)是桁架的所有鋁合金桿件，桿的兩端均開有一個(gè)口，板狀結(jié)點(diǎn)板植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓(2)與桿件緊固，得到受力合理，結(jié)構(gòu)簡單又可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的鋁合金平面桁架體系。
文檔編號E04C3/11GK102182275SQ20111008837
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請人:林娟, 梁琨