CN101998888A - 结构性建筑部件以及构建该结构性建筑部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构性建筑部件以及构建该结构性建筑部件的方法，其能够改进构建于有用位置的梁。所述方法包括设置第一翼缘(16)和第二翼缘(18)，所述第一翼缘(16)和所述第二翼缘(18)限定中央梁轴线(55)。设置多个单独地形成的网状段(12)，每一个网状段具有两个会聚侧壁(42)以及中间壁(40)，所述中间壁(40)在所述侧壁(42)的会聚端部之间延伸。交替排列地并排设置所述网状段(12)，其中毗邻的网状段(12)的所述中间壁(40)基本彼此平行地隔开，并且相对于所述中央梁轴线(55)横向交错。将毗邻的网状段(12)的所述侧壁彼此连接，并且将所述网状段(12)连接到所述第一翼缘(16)和第二翼缘(18)。

Description

结构性建筑部件以及构建该结构性建筑部件的方法

技术领域

本发明基本涉及建筑业中使用的建筑部件；特别地但并不排外地，本发明涉及用于构建具有跨越距离较大的屋顶的建筑的梁和建筑元件。

背景技术

在建筑构造的许多场合中要求屋顶覆盖较大区域，并且该区域不会被诸如柱子的中间竖直支撑构件所阻隔。例如，在体育场或运动场中，视野不受阻就能够卖到更好的价格。在视距内视野受阻的座位售价比视野清楚的座位售价便宜的多。这种建筑的另一个例子是飞机库，其必须足够宽并足够高，以便容纳具有较大翼展和较高尾部结构的飞机。在诸如被称为“超大型飞机”的空客A380的情况下更是如此。

在现有技术中已经对屋顶结构提出了各种几何形状，该屋顶结构以相对低的成本有效地覆盖较大区域，并且不需要使用中间支撑件。例如，已经提出具有双曲抛物面(hyperbolic paraboloid)形状的屋顶。然而，这种屋顶结构并不适合作为飞机库，这是因为其形状主要为卵形，并且不能覆盖较大的飞机。

另外，在建筑业中使用各种材料来形成屋顶桁架。例如，木材已在几个世纪中用于形成屋顶桁架，同时大型现代建筑经常使用钢材屋顶桁架，以便跨越建筑的宽度。工字梁(因其横截面形状而得名)也已用于增大屋顶的强度(strength)和刚度(rigidity)，并减轻屋顶结构的重量。为了生成工字梁，可以在两个平行的钢材段之间插入钢的网状物。该设计增大了梁的抗扭强度和转动惯量，同时与实心的矩形梁相比又减轻了重量。用于梁的其它材料包括复合物、合金和塑料，以防止由环境中的化学品和/或化学反应所引起的腐蚀，所述环境例如为磷酸盐储存设备和酸性物储存设备(例如，电镀工厂)。

另外，由具有纤维板和层积单板的木材制造的工字梁在构造中，特别是在住宅构造中正日益受到欢迎，这是因为与实心木质梁相比，这种梁既轻又不易变形。然而，如果保持不受保护，木质工字梁在火中会遭受快速的强度损失。

与工字梁相似，Berryman的澳大利亚专利第716272号公开了由多个段制成的屋顶梁，这些段随后被螺栓连接在一起或者焊接在一起。每个段由两个平行的矩形中空管构成，以减轻重量。金属网状物以Z字形图案焊接到所述两个平行的矩形中空管。由此形成的结构重量更轻，刚度更高。

然而，Berryman的发明的缺点是，由于在存储和运输过程中水会聚集在梁上，所以加速了腐蚀率。这种梁即使在着色或电镀后，一旦以平躺的储存位置暴露到水中，也会生锈或剥落。

Berryman的发明需要将钢线圈切割或割裂成不同宽度，以容纳梁的尺寸范围，然后挤压形成其最终形状。该工艺需要另外的专用设备切割该线圈。该制造工艺还需要搬运大批尺寸存在诸多不同的梁。另外，由于长梁的长度大，所以需要雇用专业的运输公司来运输这些梁。

因此，需要对梁进行改进，以提高跨越能力，降低腐蚀，并且相对容易制造和运输。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是克服并且/或者减轻上述缺点中的一个或多个，或者为消费者提供有用的或商业的替代产品。

本发明的一些实施方案的另一个目的是提供具有较高抗扭强度的梁。

本发明的一些实施方案的又一个目的是提供一种相对容易制造的梁，并且该梁包括容易运输以便进行现场装配的多个部件。

本发明的一些实施方案的再一个目的是使得对于各种梁尺寸，能够利用单一的钢线圈宽度。

本发明的一些实施方案的另一个目的是提供一种梁，该梁在存储时或者在设置在对多个元件开放的位置时降低了由水聚集而引起的腐蚀的危险。

本发明的一些实施方案的另一个目的是提供使用在较高腐蚀环境中的抗腐蚀梁。

本发明的一些实施方案的另一个目的是提供一种用于梁结构的连接系统，以便改进该结构的运输、制造和构造。

发明内容

根据一个方面，本发明涉及一种构建梁的方法，所述方法包括：

设置第一翼缘(flange)和第二翼缘，所述第一翼缘和所述第二翼缘限定中央梁轴线；

设置多个单独地形成的网状段，每一个网状段具有两个会聚侧壁以及中间壁，所述中间壁在所述侧壁的会聚端部之间延伸，

交替排列地并排设置所述网状段，其中毗邻的网状段的所述中间壁基本彼此平行地隔开，并且相对于所述中央梁轴线横向交错；

将毗邻的网状段的所述侧壁彼此连接；并且

将所述网状段连接到所述第一翼缘和第二翼缘。

优选地，所述网状段设置为使毗邻的侧壁的边缘区域重叠。

可选地，所述方法包括通过将紧固件穿过毗邻的侧壁之间重叠的区域而将毗邻的网状段的所述侧壁彼此连接。可替代地，毗邻的网状段的所述侧壁彼此焊接。

在本发明的一个实施方案中，所述中间壁包括角板段，所述角板段经过所述侧壁的上边缘或下边缘而延伸，并且构建该梁的方法包括将所述翼缘设置在所述角板段之间。

优选地，所述角板段与所述网状段的中间壁齐平。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种构建建筑元件的方法，所述方法包括根据前述权利要求中的任意一项所述的构建至少两个梁，并且通过将所述梁的每一个的所述翼缘的部分插入到连接件的保持沟槽内并且将所述梁固定到所述连接件，从而相对于彼此成角度地刚性地连接所述梁。

优选地，所述方法包括将所述翼缘的部分插入到支架的保持沟槽内，并且将所述梁固定到所述支架。

根据本发明的再一个方面，本发明涉及一种梁，所述梁包括：

第一翼缘，所述第一翼缘限定中央梁轴线；

第二翼缘，所述第二翼缘与所述第一翼缘平行地隔开；以及

多个单独地形成的网状段，所述网状段固定在所述第一翼缘和所述第二翼缘之间，所述网状段的每一个具有两个会聚侧壁以及中间壁，所述中间壁在所述侧壁的会聚端部之间延伸；

所述网状段交替排列地并排设置，其中毗邻的网状段的所述中间壁基本彼此平行地隔开，并且相对于所述中央梁轴线横向交错，并且毗邻的网状段的所述会聚侧壁重叠。

所述梁可以包括紧固件，所述紧固件穿过毗邻的侧壁之间重叠的区域，或者毗邻的网状段的所述侧壁可以彼此焊接。

在本发明的一个实施方案中，所述中间壁包括角板段，所述角板段经过所述侧壁的上边缘或下边缘而延伸，并且所述翼缘设置在所述角板段之间。

优选地，所述中间壁具有增强结构，所述增强结构包括在其中形成的沟槽或折叠部，所述沟槽或折叠部在所述中间壁的上边缘和下边缘之间延伸。

可选地，所述中间壁具有在其中限定的孔。

所述网状段可以包括钢、铝、塑料或复合材料。

本发明引申出一种建筑元件，所述建筑元件包括：

根据上文所述并限定的两个梁；以及

连接件，所述连接件具有两对保持沟槽，所述保持沟槽相对于彼此成角度地延伸，其中所述梁的每一个的所述翼缘的部分容放在不同对的保持沟槽中，并固定到不同对的保持沟槽。

本发明还引申出一种建筑元件，所述建筑元件包括：

根据上文所述并限定的梁；以及

支架，所述支架具有一对保持沟槽，所述保持沟槽容放所述第一和第二翼缘的端部。

附图说明

下面将参考所附附图更为全面地描述本发明的优选实施方式，这些实施方式仅作为实例，在所述附图中：

图1为显示了根据本发明的实施方案的梁的立体分解图；

图2为显示了图1中的梁的网状物中的一个的立体图；

图3为显示了图2中的网状物的横截面；

图4为显示了图1中的梁的立体装配图；

图5为显示了根据本发明的梁的另一个实施方案的立体分解图；

图6为显示了根据本发明的梁的又一个实施方案的立体分解图；

图7为显示了根据本发明的梁的再一个实施方案的立体分解图；

图8为显示了根据本发明的一个方面的建筑元件的立体分解图，该建筑元件为椽子的形式，该椽子包括连接件和图1中的梁；

图9为显示了图8中的建筑元件的装配后的立体图；

图10为显示了根据本发明的一个方面的建筑元件的另一个实施方案的立体分解图，该建筑元件包括支架和图1中的梁；

图11为显示了图10中的建筑元件的立体装配图；

图12为显示了根据本发明的一个方面的建筑元件的立体图，该建筑元件包括固定到建筑地板的支架以及固定到该支架的图1中的梁。

具体实施方式

本发明涉及改进的梁和建筑元件，以及构建该梁和建筑元件的方法。在附图中以简单轮廓的形式显示了本发明的元件，并且仅显示了对于理解本发明的实施方案来说那些必要的具体细节，只是为了不让本公开由于过多细节而零乱，在本说明书的启示下，这些细节对于本领域一般技术人员是显而易见的。

在本专利说明书中，诸如第一和第二、左和右、顶部和底部等的修饰语仅用于限定一个元件或方法步骤与另一个元件或方法步骤，但是由这些修饰语所限定的具体相对位置或次序并不是必须的。诸如“包括”或“包含”的表述并不用于限定排外的一组元件或一套方法步骤。相反，这些表述仅限定包括于本发明的具体实施方案中的最小的一组的元件或一套方法步骤。

图1为显示了梁10的分解图。梁10包括多个由网状物12形成的网状段、第一翼缘16和第二翼缘18。

第一翼缘16和第二翼缘18优选为由矩形横截面的钢条制成，然而也可以使用任何其它的适合材料。第一翼缘16包括前表面20、后表面22、底部表面24和顶部表面26。第二翼缘18包括前表面30、后表面32、顶部表面34和底部表面36。第二翼缘18与第一翼缘16基本平行地隔开，并且第一翼缘16的底部表面24面对第二凸缘18的顶部表面34。第一和第二翼缘16、18的长度基本相等。

图2为显示了一个网状物12的立体图，并且图3显示了经过网状物12的横截面。每一个网状物12包括中间壁40和两个侧壁42，侧壁42成角度地远离中间壁40的平面。侧壁42会聚，并且中间壁40在侧壁42的会聚端部之间延伸。壁42的长度设置为使得在第二个反向网状物12邻近第一个网状物12设置时，壁42重叠。侧壁42在其远端区域具有孔50。折叠线44限定在侧壁42的会聚端部处，在会聚端部处，侧壁42和中间壁40会合。在中间壁40和每一个侧壁42之间的角度θ大约为135度。角度θ可以根据需要而近似地在130度至150度之间。网状物12具有毗邻第一翼缘16的第一边缘46以及毗邻第二翼缘18的第二边缘48。网状物12包括由V形折叠部形成的增强结构38，该V形折叠部在中间壁40的中间从第一边缘46向下延伸到第二边缘48。增强结构38在提高梁10的刚度的同时，将液体收集在网状物12和翼缘16、18之间，以便从梁10排出，从而防止了梁10的腐蚀。这在梁10储存在水平位置时尤其有效。

每一个网状物12可以由单个钢板制造；然而，正如本领域技术人员所公知的，任何其它适合的材料，例如铝、塑料或复合材料，都可以用来生成一系列轧制型材(rolled profiles)。

图4为显示了梁10的装配图。下面描述如何构建梁10。将网状物12并排固定，以形成复合网状物14。由复合网状物14连接第一翼缘16和第二翼缘18。第一翼缘16和第二翼缘18限定中央梁轴线55。网状物12的第一边缘46固定到第一翼缘16的底部表面24，并且第二边缘48固定到第二翼缘18的顶部表面34。交替排列地设置网状物12，其中毗邻的网状物的中间壁40基本平行地隔开，并相对于中央梁轴线55横向交错，并且毗邻的网状物12的侧壁42彼此邻接。通过利用孔50将侧壁42铆接、螺栓连接或螺纹连接在一起，从而将毗邻的网状物12的侧壁42彼此固定。可替代地，网状物12可以焊接到位或以化学方法粘结到位。应当意识到，网状物12可以彼此固定，以便在将翼缘16、18固定到复合网状物14之前形成复合网状物14；可替代地，网状物12可以随着它们被固定到翼缘16、18时而在翼缘16、18之间的初始位置彼此固定。

一个网状物12的中间壁40分别与翼缘16、18的前表面20、30共面，并且毗邻的网状物12的中间壁40分别与翼缘16、18的后表面22、32共面。这样，毗邻的网状物12的中间壁40彼此基本平行地隔开，并且相对于中央梁轴线50横向交错。

图5为显示了根据本发明的可替代实施方案的梁100的立体分解图。梁100与梁10相似，但不同的是，在梁100的网状物104的中间壁102限定有孔106，并且与增强结构38相比，增强结构39是反向的。

图6为显示了根据本发明的另一个可替代实施方案的梁200的立体分解图。梁200与梁10相似，但不同的是，角板段(gusset section)202与网状物206的中间壁204整体形成。角板段202经过侧壁43的相对的边缘208而延伸。角板段202与中间壁204平齐。在梁200的装配情况下，翼缘16、18容放在网状物206的角板段202之间。第一翼缘16设置在网状物206上并且设置在毗邻的网状物的角板段202之间，并且例如通过焊接、烘烤(braised)、铆接或胶结而设置到位。相似地，第二翼缘18设置在网状物206上，并且通过焊接、烘烤、铆接或胶结而设置到位。网状物206按照与网状物12描述的同样方式彼此固定，从而形成固定在翼缘16、18之间的复合网状物。角板段202能够在网状物206和翼缘16、18之间形成牢固的连接，这是因为能够将例如铆接、螺纹连接和点焊直接设置经过角板段202以及翼缘16、18的前表面20、30和后表面22、32。

图7为显示了根据本发明的又一个可替代实施方案的梁300的立体分解图。梁300与梁200相似，但不同的是，梁300包括相对于梁100所述的孔106。孔106使梁300更轻，并且几乎不会降低梁的强度。

梁10、100、200、300可以用于生产各种椽子、柱子或其它结构性支撑件。另外，利用诸如焊接的本领域众所周知的方法或者利用连接段，可以通过联结多个梁10、100、200、300而制造拱形结构。

图8至12将描述各种连接，这些连接可以用于连接梁10、100、200、300，以便构建建筑物的骨架。

图8为显示了用于连接两个梁10的椽子连接件400的立体分解图，并且图9为显示了椽子连接件400和梁10的立体装配图。椽子连接件400使梁10在目标屋顶的顶角处接合在一起。椽子连接件400由中间支柱402和成对的保持沟槽404构成，保持沟槽404从支柱402的相对侧成角度地突出。保持沟槽404的横截面基本为U形，并且每一对沟槽404中的相对的保持沟槽404的开口侧彼此面对。通过按排列将每一个梁10接收在一对保持沟槽404之间，从而将梁10固定到椽子连接件400，其中每一个梁10的翼缘16、18的端部区域均容放在不同的沟槽404中。梁10通过螺栓408固定到椽子连接件400，螺栓408经过沟槽404中的孔409以及翼缘16、18而延伸。另外，梁10可以通过铆接、焊接、软焊(soldering)、胶结或任何其它的可适用的联结机构而连接到连接件400。面板406覆盖装配后的椽子连接件400中的间隙。檩子夹板410和托架连接件412固定到装配后的椽子连接件400和梁10，从而形成屋顶结构。

图10为显示了连接梁10的弯头连接件(knee connector)500的立体分解图，并且图11为显示了弯头连接件500和梁10的立体装配图。弯头连接件500与椽子连接件400的相似之处在于，其使成角度的两个梁10接合。弯头连接件500联结成角度的梁10，该角度为90度加上目标屋顶的俯仰角(pitch angle)。弯头连接件500由中间支柱502和成对的沟槽504构成，沟槽504从支柱502的相对侧成角度地突出。沟槽504的横截面基本为U形，并且每一对沟槽504中的相对的沟槽504的开口侧彼此面对。通过按排列将每一个梁10接收在一对保持沟槽504之间，从而将梁10固定到弯头连接件500，其中每一个梁10的翼缘16、18的端部区域均容放在不同的保持沟槽504中。梁10通过螺栓508固定到弯头连接件500，螺栓508经过保持沟槽504中的孔509以及翼缘16、18而延伸。另外，梁10可以通过铆接、焊接、软焊、胶结或任何其它的可适用的联结机构而连接到弯头连接件500。面板506覆盖装配后的弯头连接件500中的间隙。

图12为显示了由踏板600形成的支架的立体图，踏板600用于将梁10连接到用于支撑建筑物或结构的地基。图12为显示了踏板600在连接到梁10时的立体图。踏板600基本为包括两个平行的保持沟槽602的H形，并且在沟槽602之间托起604。沟槽602由钢制成，并具有U形横截面，然而，可以使用任何适合的横截面的任何适合的材料。

正如本领域技术人员所公知的，或者利用任何其它可适用的固定装置，通过将踏板的一端固结到建筑物的地板606内，从而将踏板600固定到建筑物的地基。梁10的近端的翼缘16、18安装并机械地固定在踏板600的向上突出的保持沟槽602的内部。

在本说明书中所描述的实施方案基本表述为利用钢来制造。但应当意识到，钢并非唯一适合的材料，并且可以使用铝或者其它任何适合的材料，例如可以使用玻璃纤维、塑料或者任何其它高强度材料。所述的机械式联结可以包含例如通过焊接、螺栓连接、螺纹连接、胶结、铆接或者以化学方法粘结将材料接合在一起。

本发明的优点包括能够从紧凑轻便的部件装配得到较大的结构梁。例如，能够为网状物12印上标记并大量轧制该网状物12，随后将其紧凑地堆叠并运送到建筑工地。而且，翼缘16、18可以是等同的，从而可以例如通过冷轧成形而高效地大量制造，随后将其运送到建筑工地，并且建筑工地装配成梁10。此外，诸如结构38的增强结构使得在复合网状物14和翼缘16、18之间聚集的任何湿气都从网状物12排出，从而防止腐蚀或生锈。

出于为相关领域的一般技术人员描述的目的，在此提供了本发明的各个实施方案的上述描述。其并非意在排外或将本发明仅限制为公开的实施方案。如上所述，本领域技术人员在上述教导下将清楚本发明的诸多替代形式和修改形式。相应地，尽管已经具体讨论了一些替代实施方案，但是其它实施方案将是清楚的，或者通过本领域一般技术人员相对简单的开发便能获得。因此，本专利说明书旨在囊括本文已经讨论过的本发明的所有替代形式、修改形式和变化形式以及落入上述发明的精神和范围内的其它实施方案。

Claims (17)

1.一种构建梁的方法，所述方法包括：

设置第一翼缘和第二翼缘，所述第一翼缘和所述第二翼缘限定中央梁轴线；

设置多个单独地形成的网状段，每一个网状段具有两个会聚侧壁以及中间壁，所述中间壁在所述侧壁的会聚端部之间延伸，

交替排列地并排设置所述网状段，其中毗邻的网状段的所述中间壁基本彼此平行地隔开，并且相对于所述中央梁轴线横向交错；

将毗邻的网状段的所述侧壁彼此连接；并且

将所述网状段连接到所述第一翼缘和第二翼缘。

2.根据权利要求1所述的构建梁的方法，其中所述网状段设置为使毗邻的侧壁的边缘区域重叠。

3.根据权利要求2所述的构建梁的方法，其中所述方法包括通过将紧固件穿过毗邻的侧壁之间重叠的区域，从而将毗邻的网状段的所述侧壁彼此连接。

4.根据权利要求1或2所述的构建梁的方法，其中毗邻的网状段的所述侧壁彼此焊接。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的构建梁的方法，其中所述中间壁包括角板段，所述角板段经过所述侧壁的上边缘或下边缘而延伸，并且构建该梁的方法包括将所述翼缘设置在所述角板段之间。

6.根据权利要求5所述的构建梁的方法，其中所述角板段与所述网状段的中间壁齐平。

7.一种构建建筑元件的方法，所述方法包括根据前述权利要求中的任意一项所述的构建至少两个梁，并且通过将所述梁的每一个的所述翼缘的部分插入到连接件的保持沟槽内并且将所述梁固定到所述连接件，从而相对于彼此成角度地刚性地连接所述梁。

8.一种构建建筑元件的方法，所述方法包括根据权利要求1至6中的任意一项所述的构建梁，将所述翼缘的部分插入到支架的保持沟槽内，并且将所述梁固定到所述支架。

9.一种梁，所述梁包括：

第一翼缘，所述第一翼缘限定中央梁轴线；

第二翼缘，所述第二翼缘与所述第一翼缘平行地隔开；以及

多个单独地形成的网状段，所述网状段固定在所述第一翼缘和所述第二翼缘之间，所述网状段的每一个具有两个会聚侧壁以及中间壁，所述中间壁在所述侧壁的会聚端部之间延伸；

所述网状段交替排列地并排设置，其中毗邻的网状段的所述中间壁基本彼此平行地隔开，并且相对于所述中央梁轴线横向交错，并且毗邻的网状段的所述会聚侧壁重叠。

10.根据权利要求9所述的梁，其中所述梁包括紧固件，所述紧固件穿过毗邻的侧壁之间重叠的区域。

11.根据权利要求9所述的梁，其中毗邻的网状段的所述侧壁彼此焊接。

12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的梁，其中所述中间壁包括角板段，所述角板段经过所述侧壁的上边缘或下边缘而延伸，并且所述翼缘设置在所述角板段之间。

13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的梁，其中所述中间壁具有增强结构，所述增强结构包括在其中形成的沟槽或折叠部，所述沟槽或折叠部在所述中间壁的上边缘和下边缘之间延伸。

14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的梁，其中所述中间壁具有在其中限定的孔。

15.根据权利要求9至14中的任意一项所述的梁，其中所述网状段包括钢、铝、塑料或复合材料。

16.一种建筑元件，所述建筑元件包括：

两个根据权利要求9至15中的任意一项所述的梁；以及

连接件，所述连接件具有两对保持沟槽，所述保持沟槽相对于彼此成角度地延伸，其中所述梁的每一个的所述翼缘的部分容放在不同对的保持沟槽中，并固定到不同对的保持沟槽。

17.一种建筑元件，所述建筑元件包括：

根据权利要求9至15中的任意一项所述的梁；以及

支架，所述支架具有一对保持沟槽，所述保持沟槽容放所述第一和第二翼缘的端部。

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