專利名稱：植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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、橋梁建筑及塔形結(jié)構(gòu)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(jiǎn)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(chǎng)館、橋梁工程及塔形工程等工程領(lǐng)域中。目前常見的有鋼結(jié)構(gòu)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、焊接球結(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架及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，目前未發(fā)現(xiàn)有植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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)明植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，就是發(fā)明植入式體結(jié)點(diǎn)，及相應(yīng)配套的桿件，解決鋁合金空間桁架的結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)，成功創(chuàng)造出植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)體系。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明的目的結(jié)點(diǎn)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)、制作與施工的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架體系，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)空間桁架桿件與結(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)的鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行了對(duì)比分析，創(chuàng)造了植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，并對(duì)某建筑屋蓋中空間桁架進(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(jiǎn)單、制作與施工方便。2、本發(fā)明的技術(shù)方案植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，包括空間桁架體狀的所有結(jié)點(diǎn)體(1)及匯交于各結(jié)點(diǎn)并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的鋁合金弦桿(2)及腹桿(3) “4)，其特點(diǎn)是空間桁架的所有鋁合金桿件的每端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入，每個(gè)體狀的結(jié)點(diǎn)體上在空間桁架X、Y、Z方向，分別設(shè)有U、V、W三塊肢板，三塊肢板分別植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)相應(yīng)X、Y、Z方向的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓(8)與桿件緊固，就得到幾何不變的，受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)體系。所述的桁架弦桿( 及腹桿(3)、(4)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，方通壁上可設(shè)肋。方通壁厚根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算確定。以上所述的桁架所有鋁合金桿件，每根桿件的每個(gè)桿端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入?？诘拇笮〖伴L(zhǎng)短均由實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)確定。以上所述的結(jié)點(diǎn)體(1)，每個(gè)體狀的結(jié)點(diǎn)體上在空間桁架的X、Y、Z方向分別設(shè)有 u、v、w三塊肢板，u、v、w三塊肢板橫斷面的中線匯交一點(diǎn)，肢板間的夾角大小及板厚由實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)確定。以上所述的結(jié)點(diǎn)體是鋁合金、不銹鋼或其它鋼材或強(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⑶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)體緊固及螺栓或鉚栓的直徑均由實(shí)際工程設(shè)計(jì)確定。以上所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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)明的鋁合金空間桁架由結(jié)點(diǎn)體與兩端開口的桁架桿件構(gòu)成，采用植入式結(jié)點(diǎn)體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，結(jié)點(diǎn)體上設(shè)有U、V、W三塊肢板，三塊肢板分別植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)相應(yīng) X、Y、Z方向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空間桁架體系。這種植入式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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(chǎng)施工困難的缺陷。植入式體結(jié)點(diǎn)解決了鋁合金空間桁架結(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(zhǎng)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(chǎng)館、工業(yè)廠房、橋梁工程及塔形工程等建筑工程領(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。植入式空間桁架體結(jié)點(diǎn)，避免了焊接鋁合金的缺陷，是鋁合金空間桁架的一個(gè)創(chuàng)新與突破，必將為鋁合金結(jié)構(gòu)的使用與推廣創(chuàng)造更好的條件。(4)植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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(chǎng)拼裝。制作與施工都十分方便，質(zhì)量也有保證。(5)用植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架建造電網(wǎng)輸電塔、通訊信號(hào)傳輸塔等終日風(fēng)吹日曬的暴露工程，更有特殊的優(yōu)越性與實(shí)用價(jià)值。該結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)輕高強(qiáng)，易搬運(yùn)，便安裝，耐腐力強(qiáng)，不用防護(hù)，是塔形結(jié)構(gòu)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案。(6)植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架，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是植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金三角形空間桁架結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖2是植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金矩形空間桁架結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖3是空間桁架輸電塔照片。圖4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5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6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、桁架上X方向桿件；3、桁架上Y方向桿件；4、桁架上Z方向桿件；5、結(jié)點(diǎn)體上U方向肢板；6、結(jié)點(diǎn)體上V方向肢板；7、結(jié)點(diǎn)體上W 方向肢板；8、緊固螺栓或鉚栓。
五具體實(shí)施例方式以下結(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)“不共面三根鏈桿固定空間一個(gè)新結(jié)點(diǎn)”的規(guī)則組成的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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、橋梁工程和塔形工程中。從圖4中看到空間桁架所有桿件的每一桿端都開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入。結(jié)點(diǎn)體(1)在桁架的X(2)方向設(shè)有一塊肢板U(5)，Y(3)方向設(shè)有一塊肢板V(6)，Z(4) 方向設(shè)有一塊肢板W(7)，共有三塊肢體。結(jié)點(diǎn)體上U 方向肢板植入桁架上XO)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)；V(6)方向肢板植入桁架Y(3)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)；W(7)方向肢板植入桁架上Z(4)方向匯交于該結(jié)點(diǎn)的所有桿件的桿端口內(nèi)。結(jié)點(diǎn)體的肢板植入桿端口后，均用若干螺栓或鉚栓與桿件緊固。本發(fā)明植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，桿件的斷面形式可以是單孔鋁合金方通，也可以是多孔鋁合金方通，方通壁上可設(shè)肋。其桿長(zhǎng)及斷面尺寸與壁厚由實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)確定。桿端開口大小及長(zhǎng)度也由設(shè)計(jì)確定。桁架的結(jié)點(diǎn)體上U、v、w三塊肢板橫斷面中線匯交于一點(diǎn)。三塊肢板相互之間夾角大小及肢板厚度和結(jié)點(diǎn)體長(zhǎng)度均由結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)確定。 緊固的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。單從鋁合金桁架的建造造價(jià)來說雖然比鋼桁架稍高，然而其相應(yīng)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)，不用再投入維護(hù)費(fèi)用，是長(zhǎng)命百歲工程，鋁合金結(jié)構(gòu)的壽命造價(jià)很低，綜合經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。鋁合金結(jié)構(gòu)工程美觀靚麗，大大提高了建筑的品位，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)、外型美觀、不易腐蝕及成型性好等特點(diǎn)及空間桁架結(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)的鋁合金空間桁架植入式結(jié)點(diǎn)體，得到受力合理，結(jié)構(gòu)可靠，便于設(shè)計(jì)、制作與施工的植板式體結(jié)點(diǎn)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)造更好條件。
權(quán)利要求
1.植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，包括空間桁架體狀的所有結(jié)點(diǎn)體及匯交于各結(jié)點(diǎn)并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的所有鋁合金桿件，其特征在于空間桁架的所有鋁合金桿件的兩端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入，每個(gè)體狀的結(jié)點(diǎn)體上在空間桁架X、Y、Z方向分別設(shè)有u、v、w三塊肢板，三塊肢板分別植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)相應(yīng)X、Y、Z方向的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓與桿件緊固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的空間桁架桿件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，方通壁上可設(shè)肋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的空間桁架桿件，每根桿的每個(gè)桿端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的空間桁架體結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)體上在空間桁架X、Y、Z方向分別設(shè)有U、V、W三塊肢板，三塊肢板橫斷面中心線匯交于一點(diǎn)，三塊肢板分別植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)相應(yīng)X、Y、Z方向的所有桿件的桿端口內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)點(diǎn)體是鋁合金、不銹鋼或其他鋼材或強(qiáng)度足夠的非金屬材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(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
植板式體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)，包括空間桁架體狀的所有結(jié)點(diǎn)體(1)及匯交于各結(jié)點(diǎn)并與結(jié)點(diǎn)體聯(lián)結(jié)的空間桁架的鋁合金弦桿(2)及腹桿(3)、(4)，其特點(diǎn)是空間桁架的所有鋁合金桿件的兩端均開有一個(gè)口，供結(jié)點(diǎn)體的肢板植入，每個(gè)體狀的結(jié)點(diǎn)體上在空間桁架X、Y、Z方向，分別設(shè)有U、V、W三塊肢板，三塊肢板分別植入?yún)R交于該結(jié)點(diǎn)相應(yīng)X、Y、Z方向的所有桿件的桿端口內(nèi)，并用螺栓或鉚栓與桿件緊固，得到幾何不變，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體結(jié)點(diǎn)鋁合金空間桁架結(jié)構(gòu)體系。
文檔編號(hào)E04C3/11GK102251626SQ201110098178
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請(qǐng)人:林娟