CN1007995B - 一种用于排架工程中的结构 - Google Patents

Abstract

一种可用于金属桁架结构中，特别是排架工程中的结构，包括至少一个具有相等角边的角钢，各角边的自由端伸出一个第一延伸段和一个第二延伸段，它们的宽度大约等于一个角边宽度的一半，第一延伸段同与其相连的角边成直角且与另一角边的方向相同，第二延伸段垂直第一延伸段且方向趋于离开另一角边。该结构还包括由板件构成的一个连接件用以固接到角钢上，它至少与角钢的一个角边的内表面相连并且与角钢的第二角边的第二延伸段的内表面相连。

Description

本发明涉及一种使用型材和联接件的用于金属工程中，尤其是排架工程中的结构。

由现有技术可知，在排架工程中的纵梁和一般型材之间，或在纵梁和墙梁（支撑、立杆或横梁）之间正确设计和制作的联接点处，重心线或螺栓连接点的规迹（钻孔）线必须重合，也就是纵梁的重心线必须同固接到上面的墙梁的重心线相会聚。

然而，这个条件不能足以保证连接点和会聚在连接点的构件在不希望出现且又不容忽视的挠曲和二次作用下不受力。

而且，对于正确制作的连接，连接纵梁和型材，或墙梁和纵梁的连接件还必须用螺栓、铆钉或焊接固接在同一个纵梁上，它们沿一条与纵梁的重心线相重合的直线布置，或者沿两条位于一个通过纵梁重心线的平面内且平行于纵梁重心线，但又不在重心线同一侧的两条直线布置。

在与本申请同一申请人的1985年6月25日的美国专利第4524555号中公开了一种用于排架工程的桁架或其它金属结构的纵梁或立柱中的特殊型材。这种型材同现有技术的其它型材，如角钢、工字梁、槽钢等相比具有若干优点。特别是，这种现有技术的型材是由具有相等角边的角钢构成，它的各角边的自由端伸展出一个第一延伸段，该第一延伸段同与其相连的角边成直角且与另一角边的方向相同，第一延伸段上连有一个第二延伸段，它的方向为趋于离开 另一角边，所述的第一延伸段和第二延伸段的宽度为该角钢的一个角边宽度的一半，它使得连接件能很容易地两边完全对称地固接到墙梁上，而且具有很大的惯量半径，因此可以减轻自身的重量，它还使得通过将墙梁固接到纵梁上的连接点或连接件的力的作用线能够会聚和互相交会在型材的重心线上。

这种连接件同这些已知的、在前述的专利中标作平板、角板或类似名称的型材或墙梁连接，它们是用螺栓、铆钉或焊接固接到该角钢的角板的上述第二延伸段上。以这种方式，通过这些连接件作用于型材上的力的作用线会聚和相交会在型材的重心线上。

然而，如前面所提到的，在这种情况中也并不足以防止可能在型材上引起的附加弯矩和其它的局部作用力，这可能会使该型材的截面形状产生变形，增加结构的聚部或整体不稳定性的危险，因此而使得该型材不能够完全适用在结构中。

因此，本发明的目的是为金属桁架结构，尤基搭排架工程结构提供一种采用型材和连接件的结构，该角钢保留了上述美国专利4524555号中的角钢所具有优点，并使得型材互相之间以及型材和墙梁之间能够正确地连接而不致引起作用于型材上并能使型材的截面形状变形的附加弯矩和其它局部作用力。

根据本发明，该目的是这样达到的，它提出了一种用于金属工程，特别是排架工程中的结构，包括：至少一个具有相等角边的角钢，其各个角边的自由端伸出一个第一延伸段，该第一延伸段同与其相连的角边成直角并与另一角边的方向相同，还伸出一个第二延伸段，该第二延伸段同第一延伸段成直角并位于趋于离开另一角边的方向上，还包括至少一个连接件，其中所述的连接件包括至少一块板 件，它至少与角钢的一个角边的内表面相固接，并与角钢的第二角边的第二延伸段内表面作平面固接;而且所述的角钢的第一延伸段的宽度分别等于该角钢的一个角边宽度的一半减去一个值，这个值等于该角钢的角边的第二延伸段厚度的一半加上该连接件的所述板件厚度的一半，该连接件是固接在角钢的第二角边的第二延伸段上;所述的角钢的角边的第二延伸段的宽度分别等于该角钢的一个角边宽度的一半加上一个上述的值。

一个照此制作的结构使得能以正确方式互相连接型材，或连接型材和位于一个与该角钢的上述的第二角边和相应的第二延伸段所在平面相平行的平面内的墙梁。

在这样一个结构的一个最简单的实施例中，连接件可以由一个单一的简单板件构成，它的一端用焊接方式对接上述的角钢的第一角边的内表面上，另一端用焊接、螺栓连接或铆接方式固接在该角钢的第二角边第二延伸段的内表面上。

除了一个简单的板件外，在连接件的一个板件的一端可设置一个第二板件以形成一个T形连接件，这种连接件上的第二板件通过螺栓、铆钉或类似的适当方式，也可用双行固接形式固接到该角钢的一个角边的内表面上，而第一板件或称T型件竖段则通过同样的方式固接到该角钢的另一角边的第二延伸段的内表面上。

如果该角钢需要连接到两个位于互相垂直平面内的其它结构件（如墙梁、横梁、支撑）上，连接件应被制成可使其一端固接到该角钢的两个第二延伸段的内表面上，另一端固接到该角钢的至少一个角边的内表面上。

本发明所给出的结构可满足在型材或纵梁连接点上以及从墙梁（支撑、立杆和横梁）传到型材或纵梁上的力的正确传递所必需的条件，而不会有由于附加弯矩带来的不希望有的作用。而且，由于纵梁和墙梁的连接是通过一个不属于纵梁和墙梁二者的连接来实现的，即实现间接连接，这带来 又一优越性：会聚在连接点的各个构件仅受到来自各杆的作用力，并将它们适当地分散了。

本发明的结构的连接件在没有其它构件会聚处还可用作加固角钢的构件。

作为按照本发明结构中的一个连接件，特别是在角钢墙梁必须被固接到两个互相垂直的平面上以形成三维桁架网的情况下，可以是一个块体，中间最好带有减重孔，它有两个互相垂直的平面，用以固接到该角钢的两角边的内表面，还带有两个平行于该块体的上述的两垂直面并从该块体的另外两面上伸出的延伸板，这两个延伸板用以固接到该角钢的第二延伸段的内表面上。在这种情况中，该连接件块体被塞入由角钢的两个角边和两个第一延伸段围成的空间里。这样，除了能使该墙梁同两个互相垂直的平面相连，该型材的截面形状还特别地不易变形。

该连接件还可以带有一块纵端平板或其它任何普通形状的构件邻接该角钢的端面，以便通过螺栓、铆钉或焊接形式同任何其它型材相连。

按本发明的结构的连接件，如果不是由一个简单板件构成的话，可以通过板件焊接或者铸造、锻造、挤压或者任何其它工艺方法来制成。

在采用一个具有相等角边的角钢情况下，其中所述的第一和第二延伸段的各自宽度正好为该型材的一个角边宽度的一半，要连接到该型材的角边上第二延伸段的内表面上的连接件的板件就不能精确地对中在该型材的重心上，而有一个相对于它的偏心，其距离为该型材的角边第二延伸段厚度的一半加上同上述的第二延伸段的内表面相连的连接件的板件厚度的一半。

为了达到精确对中的目的，稍许修正该角钢的两角边的第一和第二延伸段的宽度，而使其重心位置保持不变是可能的。

具体讲，该角钢的两角边的第一延伸段的宽度可给定为该角钢的一个角边的宽度的一半减去一个值，这个值等于该型材的角边的第二延伸段厚 度的一半加上同上述的第二延伸段的内表面相连的连接件的板件厚度的一半，而该型材的两角边的第二延伸段的长度可给定为该型材的一个角边宽度的的一半加上前述的这个值。

这样，不仅连接件的板件可以固接到角钢的角边第二延伸段的内表面上，以使同所述的板件相连墙梁上传递的力通过该型材的重心线，而且该形材的重心位置相对于原角钢的重心位置保持不变，原角钢的两角边的第一和第二延伸段的宽度为一个角边宽度的一半。

显然，无论如何，采用按本发明的结构的连接件，即便使用未修正过的型材，同采用常规连接件的情况相比仍具有很大优越性，因为连接件的板件与型材重心间的偏心距毕竟非常之小，不足以引起很大的不良作用。

下面，将参照附图对本发明进行详细的叙述，附图图示了本发明的各种形式的但并未限定的实施例，其中：

图1-1a分别所示的是第一种实施例的正视图和侧视图，该结构仅有位于一个平面内的一个纵梁和对角墙梁;

图2-2a和图3-3a所示的是该结构另外两种形式的与图1-1a类似的视图;

图4-4a所示的是纵梁和对角墙梁位于两垂直平面内的一种结构的类似的视图;

图5-5a，6-6a，7-7a，8-8a和9-9a是如图4-4a所示结构的其它各种构造形式的视图;

图10-10a和11-11a是图4-4a所示结构的另几种构造形式的视图;

图12-12a所示的是另一种实施例，在这种结构里一个纵梁同位于一个与角钢的角边成45度角的平面内的构件相连;

图13-13a所示结构内纵梁除了连接位于两相对平面内的墙梁外，还同又一个型材对接;

图14-14a所示的为两相同的形材的连接;

图15所示的是连接位于两垂直平面内的墙梁的一种结构，它包括一个 修正过的角钢和一个连接件;

图16所示为另一种角钢修正形式的和图15类似的视图。

参见图1-1a所示的一种结构，它包括一个角钢，总的标号为10，和一个连接件，总的标号为16。

角钢10有两个宽度相等的角边11和11a，各个角边的自由端分别伸出一个第一延伸段12和12a以及一个第二延伸段13和13a。第一延伸段12和12a分别平行于角钢10的两角边11a和11，并位于同该型材的各另一角边11a和11相同的方向上。第二延伸段13和13a同与它们分别相连的第一延伸段12和12a相垂直，且位于趋于离开该角钢10的各另一角边11a和11的方向上。该角钢10的各个所述的第一和第二延伸段12，12a和13，13a的宽度等于该型材的一个角边11或11a宽度的一半。

在这种最简单的实施例中，连接件16由一个简单的板件17构成，板件17对焊在型材10的角边11a的内表面上18处，并且与该型材的另一角边11的第二延伸段13的内表面邻接，由焊道19焊接在延伸段13上。

连接件16可用以连接型材或纵梁16和适当地固接（例如也用焊接）在连接件16上的两个构件14，15。构件14，15倾斜成它们的重心线A-A和B-B交会在该型材10的重心线10上（见图1a）。

该结构的另一种形式实施例（它们都是采用如图1-1a所示的角钢10）见图2-2a，它有一个T形的连接件20，该连接件包括一个板件21和一个与该第一板件21相垂直的第二板件22，该第二板件22对接（如用堆焊）在第一板件21上。在这种结构中，板件22固接（如用位于板件21的中央平面的一条直线上的两个铆钉或螺钉23，24）在型材10的角边11a的内表面上，板件21用两个铆钉或螺钉25，26固接在该型材10的角边11的第二延伸段13的内表面上。对T型连接件20中的板件21，适宜于伸出型材10的第二延伸段13以外，构件14和15通过相同的铆钉或螺钉25，26及另两个铆钉27，28固接，并使得他们的重心线A-A和B-B交会在型材10的重心线X-X 上。

图3-3a所示的是一个与图2-2a相类似的实施例，它与前者的区别仅在于T形连接件20的板件22是用两排铆钉或螺钉23，24和23a，24a固接在形材10的角边11a的内表面上，这些铆钉或螺钉23，24和23a，24a分别位于两条平行于型材10的重心线X-X的直线上，这两条直线位于两个相对于T型连接件20的板件21的中央平面等距且平行并在相对两侧的平面内。

图4-4a所示的结构实施例为跟前面各图中一样的型材或纵梁10同位于两个互相垂直平面内的墙梁的连接，以构成一个三维的桁架图。

其中，连接件29，在一种最简单形式中，可以是一个T形件，它由一个板件30对接（如用焊道31）在一个第二板件32上。板件30对接（如通过焊道33）在型材10的角边11a的内表面上，又邻接于该型材10的另一角边11的第二延伸段13的内表面，并固接（如通过焊道34）在该第二延伸段13上。板件32邻接于该型材10的角边11a的第二延伸段13a的内表面，并固接（如通过焊道35）在该延伸段13a上。这时，可以看到，两个位于一个平行于该型材10的角边11的平面内的构件14，15可以被适当地固接（如用焊接）到该连接件29的板件30上，而另外两个位于一个与包含构件14，15的平面相垂直的平面内的构件14a，15a可以被适当地固接（如用焊接）到该连接件29的板件32上。

图5-5a和6-6a所示的是另外两个类似图4-4a的实施例，其连接件29用以连接位于两个互相垂直平面内的构件或墙梁14，15和14a，15a，在这两个实施例中，连接件29与型材10的角边11a的内表面的固接方式，分别同图2-2a和3-3a所示的实施例中一样。因此，与前几个实施例中相同的或具有同样功能的构件在图中采用同样的标号。并且添加了标号25a，26a和27a，28a用以标出因紧铆钉或螺钉，这些铆钉或螺钉分别将板件32固接到型材10的角边11a的第二延伸段的13a的内表面上，以及将构件14a，15a固接到连接件29的板件32上（见图5-5a，6-6a）。

图7-7a给出了类似图5-5a的又一实施例，仅在连接件29的板件22上有所区别，它不是用铆钉或螺钉23，24固接到型材10的角边11a上，而是带有可穿过型材10的角边11a上的孔38，39的螺钉36，37，在螺栓36，37上旋有紧固螺帽40，41。

跟这同样的固接方式也可在图2-2a，3-3a和6-6a所示的实施例中。

与图7-7a相类似的另一种可能性可见于图8-8a，其板件22上带有螺纹孔42，43，板件22就起了一个螺帽作用，螺栓44，45穿过型材10的角边11a上不带螺纹的孔拧入孔42，43中。在这种结构中，板件30上留有适当的孔隙46，47，使得螺栓44，45能完全地旋入连接件29的板件22上的螺纹孔42，43中。

图9-9a给出了类似图6-6a的另一实施例，区别仅在于连接件29的两个板件30和32不是焊接相连，而是用铆钉或螺栓连接。在这种情形中，板件32对接了一块垂直板件48，板件48与板件30邻接并通过铆钉或螺钉49固接到一起。

图10-10a所示为一个类似图5-5a的实施例，其连接件29上带有又一板件50，该板件50是板件32的延伸，并位于板件30的另一侧，板件50上对接了一与其相垂直的板件51，板件51与型材10的角边11的内表面邻接，并用铆钉或螺钉52以垂直于板件30的板件22固接到型材10的角边11a上类似的方式固接到角边11上。

板件51与型材10的角边11的固接也可以用双排铆钉或螺钉来实现，就象图6-6a所示的板件22同型材10的角边11a的固接一样。

在图10-10a所示的连接件29中，所有的板件30，32，22，50，51都以适当的方式互相焊接在一起。

图11-11a所示的是另一是实施例，其中的连接件53由一个块体54构成，块体54带有一减重孔55，并有两个互相垂直的外表面56，57与型材10的角 边11和11a的侧表面邻接。块体54还伸出两个与其成一体的板件58，59，它们分别位于两个互相垂直且平行于该块体的外表面56，57的平面上，板件58，59同该型材10的角边11，11a的第二延伸段13，13a的内表面邻接，并分别用铆钉或螺钉25，26和25a，26a固接在延伸段13，13a上。墙梁14，15和14a，15a通过铆钉或螺钉25，26，25a，26a以及铆钉或螺钉27，28，27a，28a同板件58，59相固接（如图5-5a所描述的形式）。

而块体54则用螺栓60，61固接在型材10的角边11，11a上，螺栓60，61穿过上述的角边11，11a上的通孔，旋入该块体54上的螺纹孔内。

在图12-12a所示的实施例中，类似于如图11-11a中的块体54上在板件58和59之间还伸出了一块中央板件62。如果这样的一个块体54被安装在并通过螺栓60，61和铆钉或螺钉25，25a固紧在型材10上，块体54的板件62位于一个通过型材10的重心线且相对于该型材的角边11，11a倾斜45°角的平面内。这样一种形式的连接63使得型材10能够同其它构件，诸如构件64，65和66，67相连接，这些构件是用铆钉或螺钉68，69和70，71固紧在所述的板件62上。

前面所述的所有连接件的纵端均可连接一块板件72（见图13-13a中的图6-6a所示形式的连接件29），使得任何其它型材，如工字梁73，能通过铆钉或螺钉74，75，或者通过焊接同该型材10连接。这个板件72同连接件29上的板件30，32和22焊接在一起，并同型材10的前端邻接。连接件29同型材10的连接可以是如参照图6-6a所叙述的形式。板件72也可用一个其它合适的构件替代。

图14-14a所示的为将类似图10-10a中的一个连接件29用于另一目的，即将两个型材10和10a互相对接。在这个实施例中，连接件29的板件22通过铆钉或螺钉23，24和23a，24a固接到两邻近型材10和10a的角边11a的内表面上，板件51通过铆钉或螺钉52固接在角边11的内表面上，板件30通 过铆钉或螺钉25固接在两型材10，10a的角边11的第二延伸段13的内表面上，板件32通过铆钉或螺钉25a固接在两型材10，10a的角边11a的第二延伸段13a的内表面上。

可以想象，作为连接排成一线的型材10，10a的连接件，图11-11a所示形式的连接件也一样可用。

只要不违背本发明宗旨，完全可以沿图5-5a中的点划线在连接件29的板件，30和32（或者在图11-11a中的连接件53的板件58和59）之间焊上一块加强筋。

所描述过的所有连接件均可以板件焊接来得到，或者以对金属材料（如铁、钢、铅或它们的合金）进行铸造、锻造、挤压或其它任何形式来得到。

还必须指出的是所示的各种将连接件固接到型材上或将墙梁固接到该型材上的方式仅起示例作用，它们可以在各种方式间互相替代或互相组合。

在前面所描述的各结构中，所采用的都是这样一种形式的角钢，即它的第一和第二延伸段的宽度为该角钢的一个角边宽度的一半。

这在这种构造中，可以看出图1-1a中连接件16的板件17，图2-2a和3-3a中连接件20的板件21，图4-4a，5-5a，6-6a，7-7a，8-8a和9-9a中连结件29的板件30和32，图10-10a中连接件的板件30，32和50以及图11-11a和图12-12a中连接件53的板件58和59相对于角钢10的重心线稍有偏心。

如果要求这些连接件的上述板件同型材的重心线对准，而又不改变上述重心的位置，则该具有相等角边的角钢的第一和第二延伸段的宽度必须修正。

下面参考附图15和16叙述这种修正。

图15所示的角钢具有两角边81和81a，两角边的自由端分别伸出一个第一延伸段82和82a，第一延伸段分别同与相连的角边81和81a成直角，并分别与另一角边81a和81的方向相同，还伸出一个第二延伸段83和83a，第二延伸段分别同与其相连的第一延伸段82和82a成直角，且分别位于趋于离开另一角边81a和81的方向上。但是，这些第一和第二延伸段82，82a和83a的宽度不等于该角钢80的一个角边81或81a宽度的一半，而是第一延伸段稍窄一些，第二延伸相应地稍宽一些。所述延伸段宽度的这个减少和相应的增加一方面取决于这些延伸段的壁厚，也就是整个角钢的厚度（因为它的角边和延伸段具有相同的厚度），另一方面取决于连接件的板件的厚度，该板件是用以固接到该角钢的第二延伸段的内表面上的。

具体讲，该角钢80的角边81，81a的第一延伸段82，82a分别具有宽度为该角钢的一个角边81或81a的宽度的一半减去一个值，这个值等于该型材的角边的第二延伸段83，83a的厚度s的一半加上连接件29的板件30，32的厚度t的一半。该连接件29的板件30，32是分别用以固接到所述的第二延伸段的内表面上的（在图15的实施例中，参照图10-10a所描述的连接件29被连接到角钢80上）。

采用这种设计，可使得连接件29的板件30和32相对于重心（图15中标为“C.G.”）对中。

但是，为了达到这样一个目的，即：第一延伸段82，82a的宽度减少后该型材的重心C.G.相对于一个其两角边的第一和第二延伸段的宽度恰好等于该型材一个角边宽度一半的角钢来说保持不变，就必须增加第二延伸段83，83a的宽度，使得所述的第二延伸段的宽度分别为一个角边81或81a的宽度的一半加上一个相当于s/2+t/2的值。

从图15中可见，由于这种微小的修正，固接在第二延伸段83，83a上的连接件29的板件30，32的中心平面恰好通过该角钢80的重心C.G.，而这个重心与前面的图10中的该形式的型材相比仍保持不变。

图16所示为类似图15的具有相等角边的型材的又一实施例。这后一实施例（使用与图15中所用的相同的引用标号）与前者的区别仅在于其第二延伸段83，83a上连有以一直角向后弯曲的短截84，84a。

这时，角钢的角边的第二延伸段和所述的向后弯曲的短截二者的总宽度必须被选定为保持该型材的重心C.G.不变。这样构成的一种型材的优点为增强了其边缘部分，因此提高了它的抗弯强度。

这里所述的仅起示例作用，而以上参照各图描述过的连接件的所有各种形式均可同图15或16所示的角钢80结合使用。

角钢80和角钢10一样，也可通过对钢或铝或它们的合金进行冷弯、热轧或者挤压来达到。

本发明是采用若干实施例来描述的，但应当指出，在本发明范围内还可以作出许多其它的改变形式。

Claims (10)

1、一种用于金属结构工程，特别是排架工程中的结构，包括：至少一个具有相等角边的角钢，其各个角边的自由端伸出一个第一延伸段，该第一延伸段同与其相连的角边成直角并与另一角边的方向相同，还伸出一个第二延伸段，该第二延伸段同第一延伸段成直角并位于趋于离开另一角边的方向上，还包括至少一个连接件，其特征在于：所述的连接件包括至少一块板件，它至少与角钢的一个角边的内表面相固接，并与角钢的第二角边的第二延伸段内表面作平面固接；而且所述的角钢的第一延伸段的宽度分别等于该角钢的一个角边宽度的一半减去一个值，这个值等于该角钢的角边的第二延伸段厚度的一半加上该连接件的所述板件厚度的一半，该连接件是固接在角钢的第二角边的第二延伸段上；所述的角钢的角边的第二延伸段的宽度分别等于该角钢的一个角边宽度的一半加上一个上述的值。

2、根据权利要求1的一种结构，其特征在于：在所述的板件一端对接了一个与其垂直的另一板件以形成一个T形构件，所述的另一板件用以平面接触固接到该角钢所述的第一角边的内表面上。

3、根据权利要求1或2的一种结构，其特征在于：所述的连接件具有一个与第一板件相垂直，并固接到该角钢的第一角边的第二延伸段的内表面上的第二板件。

4、根据权利要求3的一种结构，其特征在于：所述的第二板件以垂直方向伸出于该第一板件的两侧，该第二板件一方面对接在该角钢的第二角边的内表面上，另一方面固接在该角钢的第一角边的第二延伸段的内表面上。

5、根据权利要求4的一种结构，其特征在于：所述的第二板件的一端对接了又一垂直板件，它平面固接在该角钢的第二角边的内表面上。

6、根据权利要求3的一种结构，其特征在于：该连接件的所述的两块互相垂直的板件从一个块体上伸出，该块体上至少有两个平行于该两板件的外表面用以同该角钢的两角边的内表面固接。

7、根据权利要求6的一种结构，其特征在于：所述的块体上有一减重孔。

8、根据权利要求6的一种结构，其特征在于：所述的块体还有另一板件，该另一板件位于一个在所述的两垂直板件之间的中央平面上。

9、根据权利要求4的一种结构，其特征在于：所述的第二板件的一端连接有垂直板件，该垂直板件平面固接在该连接件的第一板件的一面上。

10、根据权利要求1或2的一个结构，其特征在于：所述的连接件的纵端带有一个用以同其它型材连接的构件，所述的纵端构件同连接件固定在其上的角钢的一端邻接。

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