專利名稱：榫栓結點鋁合金空間桁架結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間桁架，是房屋建筑、橋梁建筑及塔形結構工程領域常用的一種空間結構體系。
背景技術：
平面桁架只能承受作用在桁架平面以內的荷載，但是工程實際上結構所受的荷載常作用于不同方向的幾個平面內。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平面內的荷載，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，是從一個平面三角形或從基礎開始，依次用三根不共面的鏈桿固定一個新結點。按此規(guī)則依次添加新結點，就可以組成幾何不變的空間桁架，符合這個組成規(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。 空間桁架結構其跨度可大可小，常用于大跨度的工業(yè)廠房、體育場館、橋梁工程及塔形工程等領域中。目前常見的有鋼結構空間桁架、鋼與混凝土組合空間桁架等。螺栓球結點鋼網架、焊接球結點鋼網架及鋼塔架等都是典型的鋼結構的空間桁架。鋼結構桁架的結點大多是焊接點或螺栓連接點處理。對于鋁合金桁架來說，焊接技術要求高，難度大，同時還存在熱影響區(qū)材料強度降低的缺陷。本發(fā)明人經深入研究，充分利用鋁合金材料易于成型加工的優(yōu)勢，發(fā)明了空間桁架弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽的配對組合，用螺栓或鉚栓連結的榫栓結點鋁合金空間桁架結構。這種空間桁架結構制作加工、安裝施工十分方便，受力合理， 節(jié)約材料。經過科技情報部門檢索查新，目前未發(fā)現(xiàn)有榫栓結點鋁合金空間桁架結構。

發(fā)明內容
1、本發(fā)明的目的目前鋁金屬是僅次于鋼產量的第二大金屬產量，但是鋁合金結構的研究開發(fā)及應用遠遠落后于鋼結構，分析研究說明桁架結構是鋁合金材料應用于土木工程的一種理想的載體結構體系。結點及桿件設計是鋁合金桁架設計、制作、施工及推廣應用的關鍵技術。 本發(fā)明的目的就是根據(jù)鋁合金的物理力學性能易于加工成型的特點及桁架的受力特點，創(chuàng)造出一種充分發(fā)揮這兩個特點的鋁合金空間桁架結構，設計出受力合理又節(jié)約材料，結構可靠又簡單，方便設計、制作與施工的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，為量大面廣的屋面梁、檁條梁、支撐梁、桁架柱、塔形結構與橋梁工程等跨度可大可小的工程構件推廣應用鋁合金結構創(chuàng)造更好條件。2、本發(fā)明的技術方案榫栓結點鋁合金空間桁架結構，包括桁架弦桿、腹桿及聯(lián)結桿件的所有榫栓結點， 其特點是桁架所有桿件均用鋁合金材料制造，桁架的弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽配對組合，即弦桿上在空間桁架Y、z方向分別設一塊榫頭板，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿的每一桿端開一道口，與之配對作為榫槽，弦桿上的γ、ζ方向榫頭板對應植入與之相交Υ、Ζ方向的腹桿的榫槽內；或弦桿上在空間桁架Y、Z方向分別設一道榫槽，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿每一桿端與之配對作為榫頭，Y、Z方向腹桿的每一桿端均植入與之相交弦桿上Y、 Z方向的榫槽內，所有榫頭植入榫槽內后，均用螺栓或鉚栓緊固。以上所述的空間桁架腹桿O)、(3)均用鋁合金材料制造，桿件的斷面形式可以是單孔方通，也可以是多孔方通，方通壁上可以設肋，也可以是實體桿件，桿件長度、橫斷面尺寸及方通壁厚等都根據(jù)實際工程設計確定。以上所述的空間桁架弦桿(1)均用鋁合金材料制造，桿件斷面形式可以是單孔或多孔三角通(圖3、圖6)，也可以是單孔或多孔方通(圖9、圖10)，也可以是單孔或多孔園通(圖11、圖12)，或是其它異形斷面單孔或多孔的鋁合金通管，通壁上可以設肋，也可以是實體桿件。桿件長度、橫斷面尺寸及通壁厚度等都根據(jù)實際工程設計確定。以上所述桁架的弦桿(1)與腹桿(2)、(3)互為榫頭與榫槽的配對組合，弦桿上所設榫頭板G)、(5)之間夾角可以是直角，也可以是其它角度，它們可以是實體板，也可以是空腹板，相應腹桿上桿端開的榫槽(6)的兩邊槽壁可以是實體板也可以是空腹板。榫頭板與榫槽的有關尺寸均由具體工程設計確定。以上所述桁架的弦桿(1)與腹桿(2)、(3)互為榫頭與榫槽的配對組合，弦桿上所設的榫槽(8)、(9)之間夾角可以是直角，也可以是其它角度，兩邊槽壁可以是實體板，也可以是空腹板，相應腹桿上的榫頭(10)可以是實體板也可以是空腹方通。榫槽與榫頭的有關尺寸均由具體工程設計確定。以上所述榫頭桿件與榫槽桿件通過螺栓或鉚栓(7)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及它的直徑大小與長度均由設計確定。以上所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構直接由基礎支承，或者用柱子或梁或桁架等其他構件支承，支承構件是鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋁合金結構或其他混合結構。3、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其突出的實際性特點和顯著進步。(1)本發(fā)明充分利用了鋁合金成型性好，方便加工的特點，在空間桁架弦桿上的 Y、z方向分別設置了一道榫頭板或榫槽，實現(xiàn)弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽的配對組合，創(chuàng)造了榫栓結點鋁合金空間桁架結構。本發(fā)明桁架受力合理又節(jié)約材料，結構可靠又簡單，設計、制作及安裝都十分方便。(2)本發(fā)明榫栓結點鋁合金空間桁架結構，弦桿與腹桿之間采用螺栓或鉚栓連結緊固，避免了焊接鋁合金難度大，技術要求高及焊接溫度對鋁合金強度影響的缺陷。(3)本發(fā)明榫栓結點鋁合金空間桁架，其跨度可大可小，可用于屋面梁、檁條梁、 支撐梁、桁架柱、塔形結構與橋梁工程等量大面廣的工程項目，有廣泛的應用前景與實用價值。(4)鋁合金材料質輕、高強，防腐力高，成型性好，是可再生的環(huán)保建筑金屬，鋁合金桁架可以提高構件剛度，而又減輕建筑物荷載，提高抗震能力和防腐能力，其綜合效益十分明顯。
四

圖1是榫栓結點鋁合金三角形空間桁架結構實例。圖2是榫栓結點鋁合金矩形空間桁架結構實例。圖3是三角通斷面弦桿的空間桁架結點Α，弦桿榫頭、腹桿榫槽的榫栓結點X方向大樣圖。圖4是三角通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫頭、腹桿榫槽的榫栓結點Z方向大樣圖。圖5是三角通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫頭、腹桿榫槽的榫栓結點Y方向大樣圖。圖6是三角通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫槽、腹桿榫頭的榫栓結點X方向大樣圖。圖7是三角通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫槽、腹桿榫頭的榫栓結點Z方向大樣圖。圖8是三角通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫槽、腹桿榫頭的榫栓結點Y方向大樣圖。圖9是多孔方通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫頭、腹桿榫槽的榫栓結點X方向大樣圖。圖10是多孔方通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫槽、腹桿榫頭的榫栓結點X方向大樣圖。圖11是多孔園通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫槽、腹桿榫頭的榫栓結點X方向大樣圖。圖12是多孔園通斷面弦桿的空間桁架結點A，弦桿榫頭、腹桿榫槽的榫栓結點X方向的大樣圖。圖13是榫栓結點鋁合金空間桁架輸電塔實施例圖中構件的名稱編碼如下1、弦桿；2、Y方向腹桿；3、Ζ方向腹桿；4、弦桿上Y方向的榫頭板；5、弦桿上Z方向的榫頭板；6、腹桿上的榫槽；7、緊固螺栓或鉚栓；8、弦桿上Y方向榫槽；9、弦桿上Z方向榫槽；10、腹桿上的榫頭；
五具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明進一步講述。圖1與圖2是根據(jù)“不共面三根鏈桿固定空間一個新結點”的規(guī)則組成的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，所有桿件均是鋁合金材料制成，弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽配對組合，并用螺栓或鉚栓緊固。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3、圖4與圖5和圖6、圖7與圖8中看到弦桿(1)與腹桿O)、(3)互為榫頭與榫槽的配對關系。圖3、圖4與圖5是弦桿⑴上的榫頭植入腹桿(2)上的榫槽(6)內； 弦桿⑴上的榫頭(5)植入腹桿(3)上的榫槽(6)內。圖6、圖7與圖8是腹桿⑵上的榫頭(10)植入弦桿⑴上的榫槽⑶內；腹桿(3)上的榫頭(10)植入弦桿⑴上的榫槽 (9)內。實際工程中采取哪個方案進行榫頭與榫槽配對組合根據(jù)實際工程選用。榫頭板可以是實體板，也可以是空腹板。榫槽兩槽壁可以是實體板也可以是空腹板。榫頭與榫槽的相關尺寸均由具體工程設計確定。榫頭桿件與榫槽桿件之間用不銹鋼螺栓或鉚栓連結緊固。螺栓或鉚栓直徑大小及其數(shù)量根據(jù)實際工程確定，
5
實施例；某輸電塔空間桁架結構(圖13)，全塔高16. 6米，輸電塔橫斷面為變斷面的矩形空間桁架結構。最大風速35m/s，0mm覆冰。塔身風壓調整系數(shù)取值為1.000。基礎計算風壓調整系數(shù)取1.0。導線采用1XLGJ-150/25 ；地線采用GJ-35。掛點外負荷，由電氣提供參數(shù)利用桿塔外負荷計算程序生成。方案1 :Q235B角鋼焊接空間桁架結構輸電塔，每座塔用鋼量125Ag，按每噸5000 元計，每座鋼塔造價6285元。方案2:改用六系鋁合金榫栓結點空間桁架結構輸電塔，每座塔用鋁合金400kg， 按每噸22000元計，每座鋁合金塔造價8800元。從以上實施例看出，每座榫栓結點鋁合金空間桁架輸電塔的造價雖然比鋼空間桁架結構塔高，然而其每座塔重量僅為鋼空間桁架塔的30%左右，大大減輕了構筑物的重量， 這不但對支承塔架的基礎節(jié)約材料有利，而且對于交通困難、野外施工的線路工程來說，改善勞動強度，節(jié)約運輸費用也十分可觀，同時也進一步提高了結構的抗震性能。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，是長命百歲工程。上述實例，按每年造價計算鋼桁架結構(按30年使用年限)平均每年造價209. 50元，且每年還要投入一筆不小的維修保養(yǎng)費。而鋁合金桁架結構(按70年使用年限)平均每年造價125. 71元，不再用投入維護費用，綜合經濟效益也是十分明顯的。對于處于風吹、日曬、雨淋的露天環(huán)境的輸電塔來說，榫栓結點鋁合金空間桁架結構確實有無比的優(yōu)越與實際的應用價值。
權利要求
1.榫栓結點鋁合金空間桁架結構，包括桁架弦桿、腹桿及聯(lián)結桿件的所有榫栓結點，其特點是桁架所有桿件均用鋁合金材料制造，桁架的弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽配對組合， 即弦桿上在空間桁架Y、Z方向分別設一塊榫頭板，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿的每一桿端開一道口，與之配對作為榫槽，弦桿上的Y、Z方向榫頭板對應植入與之相交Y、Z方向的腹桿的榫槽內；或弦桿上在空間桁架Y、Z主向分別設一道榫槽，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿每一桿端與之配對作為榫頭，Y、Z方向腹桿的每一桿端均植入與之相交弦桿上Y、 Z方向的榫槽內，所有榫頭植入榫槽內后，均用螺栓或鉚栓緊固。
2.根據(jù)權利要求1所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于所述的空間桁架腹桿O)、(3)均用鋁合金材料制造，桿件的斷面形式可以是單孔方通，也可以是多孔方通，方通壁上可以設肋，也可以是實體桿件。
3.根據(jù)權利要求1所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于所述的空間桁架弦桿(1)均用鋁合金材料制造，桿件斷面形式可以是單孔或多孔三角通(圖3、圖6)，也可以是單孔或多孔方通(圖9、圖10)，也可以是單孔或多孔園通(圖11、圖12)，或其它異形斷面單孔或多孔鋁合金通管，通壁上可以設肋，也可以是實體桿件。
4.根據(jù)權利要求1所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于桁架的弦桿(1) 與腹桿O)、⑶互為榫頭與榫槽的配對組合，弦桿上所設榫頭板G)、(5)之間夾角可以是直角，也可以是其他角度，它們可以是實體板，也可以是空腹板，相應腹桿上桿端開的榫槽 (6)的兩邊槽壁可以是實體板也可以是空腹板。
5.根據(jù)權利要求1所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于桁架的弦桿(1) 與腹桿O)、(3)互為榫頭與榫槽的配對組合，弦桿上所設的榫槽(8)、(9)之間夾角可以是直角，也可以是其它角度，兩邊槽壁可以是實體板，也可以是空腹板，相應腹桿上的榫頭 (10)可以是實體板，也可以是空腹方通。
6.根據(jù)權利要求1所述榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于所述榫頭桿件與榫槽桿件通過螺栓或鉚栓(7)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緊固。
7.根據(jù)權利要求1所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構，其特征在于所述的榫栓結點鋁合金空間桁架結構直接由基礎支承，或者用柱子或梁等其他構件支承，支承構件是鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋁合金結構或其他混合結構。
全文摘要
榫栓結點鋁合金空間桁架結構，包括桁架弦桿、腹桿及聯(lián)結桿件的所有榫栓結點，其特點是桁架所有桿件均用鋁合金材料制造，桁架的弦桿與腹桿互為榫頭與榫槽配對組合，即弦桿上在空間桁架Y、Z方向分別設一塊榫頭板，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿的每一桿端開一道口，與之配對作為榫槽，弦桿上的Y、Z方向榫頭對應植入與之相交Y、Z方向的腹桿榫槽內；或弦桿上在空間桁架Y、Z方向分別設一道榫槽，相應在空間桁架Y、Z方向的腹桿每一桿端與之配對作為榫頭，Y、Z方向腹桿的每一桿端均植入與之相交弦桿上Y、Z方向的榫槽內，所有榫頭植入榫槽內后，均用螺栓或鉚栓緊固，就得到幾何不變，結構可靠，構造簡單，受力合理，節(jié)約材料，設計、制作與施工都方便的榫栓結點鋁合金空間桁架體系。
文檔編號E04B1/58GK102251625SQ201110129530
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者林娟, 梁琨 申請人:林娟