专利名称：榫栓结点铝合金平面桁架结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平面桁架，是房屋建筑、桥梁建筑工程领域常用的一种平面结构体系。
二背景技术：
桁架，又称桁架结构，是格构化的一种梁式结构。当作用的荷载及桁架杆件都在同一个平面时，这种桁架称为平面桁架结构。桁架结构跨度可大可小，应用广泛，常用于工业厂房，体育场馆及桥梁等工程。常见的有钢结构平面桁架、钢筋混凝土平面桁架、木结构平面桁架、钢与混凝土组合平面桁架、钢木结构平面桁架、预应力平面桁架等。钢结构桁架的结点大多是焊接点或螺栓连接点处理。目前用铝合金材料制作铝合金桁架等结构时，其结点大都是仿钢桁架结构的焊接结点处理方法。对于铝合金桁架来说，焊接技术要求高，难度大，同时还存在热影响区材料强度降低的缺陷。本发明人经深入研究，充分利用铝合金材料易于成型加工的优势，发明了桁架弦杆与腹杆互为榫头与榫槽的配对组合，用螺栓或铆栓连结的榫栓结点铝合金平面桁架结构。这种平面桁架结构制作加工、安装施工十分方便，受力合理，节约材料。经过科技情报部门检索查新，目前未发现有榫栓结点铝合金平面桁架结构。
三、发明内容1、本发明的目的目前铝金属是仅次于钢产量的第二大金属产量，但是铝合金结构的研究开发及应用远远落后于钢结构。分析研究说明桁架结构是铝合金材料应用于土木工程的一种理想的载体结构体系。结点及杆件设计是铝合金桁架设计、制作、施工及推广应用的关键技术，本发明的目的就是根据铝合金的物理力学性能及易于加工成型的特点及桁架的受力特点，创造出一种充分发挥这两个特点的铝合金平面桁架结构，设计出受力合理又节约材料， 结构可靠又简单，方便设计、制作与施工的榫栓结点铝合金平面桁架结构，为量大面广的屋面梁、檩条梁、支撑梁、桁架柱等跨度可大可小的工程构件推广应用铝合金结构创造更好条件。2、本发明的技术方案榫栓结点铝合金平面桁架结构，包括桁架上、下弦杆(1)、腹杆(2)、(3)、(4)及联结杆件的所有榫栓结点，其特征在于桁架所有杆件均用铝合金材料制造，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽的配对组合，或在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫头板(5)，相应在所有腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽(6)，弦杆上的榫头板( 植入腹杆的榫槽
(6)内；或者在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫槽(8)，相应腹杆的每一端与之配对作为榫头(9)，腹杆的每一杆端(9)均植入与之相交的弦杆上的榫槽(8)内，每个榫头植入榫槽内后，均用螺栓或铆栓(7)紧固。以上所述的的桁架杆件均用铝合金材料制造，杆件的断面形式可以是单孔方通，也可以是多孔方通，方通壁上可以设肋，也可以是实体杆件。杆件长度、横断面尺寸及方通壁厚根据实际工程设计确定。以上所述桁架的弦杆⑴与腹杆(2)、(3)、⑷互为榫头与榫槽的配对组合，弦杆上所设榫头板(5)可以是实体板，也可以是空腹板，相应腹杆上杆端开的榫槽(6)的两边槽壁可以是实体板也可以是空腹板。弦杆上所设榫槽(8)的两边槽壁可以是实体板，也可以是空腹板，相应腹杆上榫头(9)可以是实体板，也可以是空腹方通。榫头与榫槽的有关尺寸均由具体工程设计确定。以上所述榫头杆件与榫槽杆件通过螺栓或铆栓(7)紧固连接，螺栓或铆栓是铝合金或不锈钢制造的，每根杆件用若干根螺栓或铆栓及它的直径大小与长度均由设计确定。本发明所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构可以直接由基础支承，或者用柱子或梁或桁架等其他构件支承，支承的构件是钢结构、铝合金结构或钢筋混凝土结构等。3、本发明与现有技术相比，其突出的实际性特点和显著进步。(1)本发明充分利用了铝合金成型性好，方便加工的特点，设计弦杆与腹杆互为榫头与榫槽的配对组合，创造了榫栓结点铝合金平面桁架结构。本发明桁架受力合理又节约材料，结构可靠又简单，设计、制作及安装都十分方便。(2)本发明榫栓结点铝合金平面桁架结构，弦杆与腹杆之间采用螺栓或铆栓连结紧固，避免了焊接铝合金难度大，技术要求高及焊接温度对铝合金强度影响的缺陷。(3)本发明榫栓结点铝合金平面桁架，其跨度可大可小，可用于屋面梁、檩条梁、支撑梁、桁架柱等量大面广的工程项目，有广泛的应用前景与实用价值。(4)铝合金材料质轻、高强，防腐力高，成型性好，是可再生的环保建筑金属，铝合金桁架可以提高构件刚度，而又减轻建筑物荷载，提高抗震能力和防腐能力，其综合效益十分明显。
四
图1是平行弦榫栓结点铝合金平面桁架。图2是桁架节点A弦杆榫头、腹杆榫槽的大样图。图3是桁架节点A弦杆榫槽、腹杆榫头的大样图。图4是图2A-A方向的视图。图5是图3A-A方向的视图。图6是榫栓结点铝合金桁架檩条梁实例。图7是榫栓结点铝合金桁架柱实例。图中构件的名称编码如下1、弦杆；2、腹杆；3、腹杆；4、腹杆；5、弦杆上的榫头板； 6、腹杆上的榫槽；7、螺栓或铆栓；8、弦杆上的榫槽；9、腹杆上的榫头。
五具体实施方式
以下结合附图对本发明桁架各构件间关系作进一步描述。图1是榫栓结点铝合金平面桁架结构，其所有杆件均用铝合金材料制作。上弦杆与下弦杆是矩型方通断面杆件，断面形式可以是单孔方通，也可以是多孔方通，方通壁上可设肋。弦杆长度、横断面尺寸及方通壁厚等细部尺寸都根据实际工程进行设计。所有腹杆
4(2), (3)、(4)也是矩形断面杆件，可以是单孔或多孔方通，对于跨度较小的桁架腹杆，内力较小，也可以选择实体杆件，腹杆长度、横断面尺寸等细部尺寸也由实际工程设计确定。从图2与图4和图3与图5中看到弦杆⑴与腹杆(2)、(3) (4)互为榫头与榫槽的配对关系。图2与图4是弦杆⑴上的榫头板(5)植入腹杆(2)、(3)、⑷的榫槽(6) 内，用螺栓或铆栓紧固。图3与图5是腹杆⑵、(3)、(4)的榫头(9)植入弦杆⑴的榫槽 (8)内，用螺检或铆栓紧固。实际工程中采取哪个方案进行榫头与榫槽配对组合，由设计者根据实际确定。榫头板可以是实体板，也可以是空腹板。榫槽两边槽壁可以是实体板也可以是空腹板。榫头与榫槽的相关尺寸均由具体工程设计确定。榫头杆件与榫槽杆件之间用不锈钢螺栓或铆栓(7)连结紧固。螺栓或铆栓直径大小及数量根据实际工程确定。实施例一某厂房桁架檩条梁，跨度9米(见图6)方案1 :Q235B钢管焊接桁架，每榀用钢量为12^g，按每吨5000元计，每榀造价为 610 元。方案2 改用六系铝合金材料制造的榫栓结点平面桁架。由于跨度较小，杆件断面也较小，决定采用Π型断面实体弦杆作为弦杆榫槽杆件，用单孔方通腹杆作为榫头杆件与之配对组合；或者用T型断面实体弦杆作为弦杆榫头杆件，用两杆端开口的单孔方通作为腹杆榫槽杆件与之配对。榫栓结点铝合金桁架每榀用铝合金41kg，按每吨22000元计，每榀造价902元。实施例二某厂房桁架柱，柱高6米(见图7)方案1 :Q235B钢管焊接桁架柱，每榀用钢量12^g，按每吨5000元计，每榀造价为 640 元。方案2 改用六系铝合金榫柱结点桁架柱，每榀用铝合金40kg，按每吨22000元计， 每榀造价880元。从以上实施例看出，铝合金桁架每榀造价虽然比钢桁架高，然而其每榀重量仅为钢桁架的30%左右。大大减轻了建筑物的自重，对支承桁架的柱子及基础节约材料，降低工程造价十分有利，同时也进一步提高了结构的抗震性能。铝合金材料防腐性、耐久性是钢材等其它金属无法比拟的。有关部门做过检测，铝材每年因腐蚀而损失的厚度为0. 5微米，经过100年的大气腐蚀后损失50微米，即0. 05mm, 是微不足道的。铝合金材料几乎终身不用维护，是长命百岁工程。上述实例，按每年造价计算钢桁架结构(按30年使用年限)平均每年造价20. 33元，且每年还要投入一笔不小的维修保养费。而铝合金桁架结构(按70年使用年限)平均每年造价12. 98元，不用再投入维护费用，综合经济效益也是十分明显的。
权利要求1.榫栓结点铝合金平面桁架结构，包括桁架上、下弦杆(1)、腹杆O)、(3)、(4)及联结杆件的所有榫栓结点，其特征在于桁架所有杆件均用铝合金材料制造，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽的配对组合，或在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫头板(5)，相应在所有腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽(6)，弦杆上的榫头板(5)植入腹杆的榫槽(6) 内；或者在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫槽(8)，相应腹杆的每一杆端与之配对作为榫头(9)，腹杆的每一杆端(9)均植入与之相交的弦杆上的榫槽(8)内，每个榫头植入榫槽内后，均用螺栓或铆栓(7)紧固。
2.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构，其特征在于所述的桁架杆件均用铝合金材料制造，杆件的断面形式可以是单孔方通，也可以是多孔方通，方通壁上可以设肋，也可以是实体杆件。
3.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构，其特征在于桁架的弦杆(1) 与腹杆(2)、(3)、(4)互为榫头与榫槽的配对组合，弦杆上所设榫头板(5)可以是实体板，也可以是空腹板，相应腹杆上杆端开的榫槽(6)的两边槽壁可以是实体板也可以是空腹板。
4.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构，其特征在于桁架的弦杆(1) 与腹杆O)、(3)、(4)互为榫头与榫槽的配对组合，弦杆上所设榫槽(8)的两边槽壁可以是实体板，也可以是空腹板，相应腹杆上的榫头(9)可以是实体板，也可以是空腹方通。
5.根据权利要求1所述榫栓结点铝合金平面桁架结构，其特征在于所述榫头杆件与榫槽杆件通过螺栓或铆栓(7)紧固连接，螺栓或铆栓是铝合金或不锈钢制造的，每根杆件用若干根螺栓或铆栓紧固。
6.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构，其特征在于所述的榫栓结点铝合金平面桁架结构直接由基础支承，或者用柱子或梁等其他构件支承，支承构件是钢结构、钢筋混凝土结构、铝合金结构或其他混合结构。
专利摘要榫栓结点铝合金平面桁架结构，包括桁架上、下弦杆、腹杆及联结杆件的所有榫栓结点，其特点是桁架所有杆件均用铝合金材料制作，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽配对组合，在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫头板，相应在所有腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽，弦杆上的榫头板植入腹杆的榫槽内；或在弦杆上与腹杆相邻一侧设一道榫槽，相应腹杆的每一杆端，与之配对作为榫头，腹杆的每一杆端均植入与之相交的弦杆上的榫槽内。所有榫头植入榫槽内后，均用螺栓或铆栓紧固，就得到几何不变，受力合理，构造简单，结构可靠，设计制作与施工都方便的榫栓结点铝合金平面桁架体系。
文档编号E04C3/11GK202099930SQ20112013591
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者林娟, 梁琨 申请人:林娟