CN102251625B

CN102251625B - 榫栓结点铝合金空间桁架结构

Info

Publication number: CN102251625B
Application number: CN 201110129530
Authority: CN
Inventors: 林娟; 梁琨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: CN102251625A

Abstract

榫栓结点铝合金空间桁架结构，包括桁架弦杆、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造，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽配对组合，即弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一块榫头板，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽，弦杆上的Y、Z方向榫头对应植入与之相交Y、Z方向的腹杆榫槽内；或弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一道榫槽，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆每一杆端与之配对作为榫头，Y、Z方向腹杆的每一杆端均植入与之相交弦杆上Y、Z方向的榫槽内，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，结构可靠，构造简单，受力合理，节约材料，设计、制作与施工都方便的榫栓结点铝合金空间桁架体系。

Description

榫栓结点铝合金空间桁架结构

一、技术领域

本发明涉及一种空间桁架，是房屋建筑、桥梁建筑及塔形结构工程领域常用的一种空间结构体系。

二、背景技术

平面桁架只能承受作用在桁架平面以内的荷载，但是工程实际上结构所受的荷载常作用于不同方向的几个平面内。因此，在工程中，还有一类具有明显空间特征的桁架，能够承受作用于不同方向的几个平面内的荷载，这种体系称为空间桁架。组成几何不变的空间桁架的最简单规则，是从一个平面三角形或从基础开始，依次用三根不共面的链杆固定一个新结点。按此规则依次添加新结点，就可以组成几何不变的空间桁架，符合这个组成规则而无多余联系链杆的称为静定空间桁架。若果有多余联系链杆的称为超静定空间桁架。空间桁架结构其跨度可大可小，常用于大跨度的工业厂房、体育场馆、桥梁工程及塔形工程等领域中。目前常见的有钢结构空间桁架、钢与混凝土组合空间桁架等。螺栓球结点钢网架、焊接球结点钢网架及钢塔架等都是典型的钢结构的空间桁架。钢结构桁架的结点大多是焊接点或螺栓连接点处理。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，发明了空间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空间桁架结构。这种空间桁架结构制作加工、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空间桁架结构。

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空间桁架结构，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空间桁架结构，为量大面广的屋面梁、檩条梁、支撑梁、桁架柱、塔形结构与桥梁工程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

榫栓结点铝合金空间桁架结构，包括桁架弦杆、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造，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽配对组合，即弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一块榫头板，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽，弦杆上的Y、Z方向榫头板对应植入与之相交Y、Z方向的腹杆的榫槽内；或弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一道榫槽，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆每一杆端与之配对作为榫头，Y、Z方向腹杆的每一杆端均植入与之相交弦杆上Y、Z方向的榫槽内，所有榫头植入榫槽内后，均用螺栓或铆栓紧固。

以上所述的空间桁架腹杆(2、3)均用铝合金材料制造，杆件的断面形式是实体杆件，或者是单孔方通，或者是多孔方通，方通壁上可以设肋，也可以不设肋件。杆件长度、横断面尺寸及方通壁厚等都根据实际工程设计确定。

以上所述的空间桁架弦杆(1)均用铝合金材料制造，杆件断面形式是实体杆件，或者是单孔或多孔三角通(图3、图6)，或者是单孔或多孔方通(图9、图10)，或者是单孔或多孔圆通(图11、图12)，或是其它异形断面单孔或多孔的通管，通管壁上可以设肋，也可以不设肋。杆件长度、横断面尺寸及通壁厚度等都根据实际工程设计确定。

以上所述桁架的弦杆(1)与腹杆(2、3)互为榫头与榫槽的配对组合，弦杆上所设榫头板(4、5)之间夹角可以是直角，也可以是其它角度，它们可以是实体板，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。榫头板与榫槽的有关尺寸均由具体工程设计确定。

以上所述桁架的弦杆(1)与腹杆(2、3)互为榫头与榫槽的配对组合，弦杆上所设的榫槽(8、9)之间夹角可以是直角，也可以是其它角度，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(10)可以是实体板也可以是空腹方通。榫槽与榫头的有关尺寸均由具体工程设计确定。

以上所述互为榫头与榫槽配对组合的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。

以上所述的榫栓结点铝合金空间桁架结构直接由基础支承，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。

3、本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著进步。

(1)本发明充分利用了铝合金成型性好，方便加工的特点，在空间桁架弦杆上的Y、Z方向分别设置了一道榫头板或榫槽，实现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空间桁架结构。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空间桁架结构，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空间桁架，其跨度可大可小，可用于屋面梁、檩条梁、支撑梁、桁架柱、塔形结构与桥梁工程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、附图说明

图1是榫栓结点铝合金三角形空间桁架结构实例。

图2是榫栓结点铝合金矩形空间桁架结构实例。

图3是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫头、腹杆榫槽的榫栓结点X方向大样图。

图4是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫头、腹杆榫槽的榫栓结点Z方向大样图。

图5是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫头、腹杆榫槽的榫栓结点Y方向大样图。

图6是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫槽、腹杆榫头的榫栓结点X方向大样图。

图7是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫槽、腹杆榫头的榫栓结点Z方向大样图。

图8是三角通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫槽、腹杆榫头的榫栓结点Y方向大样图。

图9是多孔方通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫头、腹杆榫槽的榫栓结点X方向大样图。

图10是多孔方通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫槽、腹杆榫头的榫栓结点X方向大样图。

图11是多孔园通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫槽、腹杆榫头的榫栓结点X方向大样图。

图12是多孔园通断面弦杆的空间桁架结点A，弦杆榫头、腹杆榫槽的榫栓结点X方向的大样图。

图13是榫栓结点铝合金空间桁架输电塔实施例

图中构件的名称编码如下：1、弦杆；2、Y方向腹杆；3、Z方向腹杆；4、弦杆上Y方向的榫头板；5、弦杆上Z方向的榫头板；6、腹杆上的榫槽；7、紧固螺栓或铆栓；8、弦杆上Y方向榫槽；9、弦杆上Z方向榫槽；10、腹杆上的榫头；

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步讲述。

图1与图2是根据“不共面三根链杆固定空间一个新结点”的规则组成的榫栓结点铝合金空间桁架结构，所有杆件均是铝合金材料制成，弦杆与腹杆互为榫头与榫槽配对组合，并用螺栓或铆栓紧固。其跨度可大可小，常用于大跨度厂房、展览馆、体育馆、桥梁工程和塔形工程中。

从图3、图4与图5和图6、图7与图8中看到弦杆(1)与腹杆(2)、(3)互为榫头与榫槽的配对关系。图3、图4与图5是弦杆(1)上的榫头植入腹杆(2)上的榫槽(6)内；弦杆(1)上的榫头(5)植入腹杆(3)上的榫槽(6)内。图6、图7与图8是腹杆(2)上的榫头(10)植入弦杆(1)上的榫槽(8)内；腹杆(3)上的榫头(10)植入弦杆(1)上的榫槽(9)内。实际工程中采取哪个方案进行榫头与榫槽配对组合根据实际工程选用。榫头板可以是实体板，也可以是空腹板。榫槽两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连结紧固。螺栓或铆栓直径大小及其数量根据实际工程确定，

实施例：某输电塔空间桁架结构(图13)，全塔高16.6米，输电塔横断面为变断面的矩形空间桁架结构。最大风速35m/s，0mm覆冰。塔身风压调整系数取值为1.000。基础计算风压调整系数取1.0。导线采用1×LGJ-150/25；地线采用GJ-35。挂点外负荷，由电气提供参数利用杆塔外负荷计算程序生成。

方案1：Q235B角钢焊接空间桁架结构输电塔，每座塔用钢量1257kg，按每吨5000元计，每座钢塔造价6285元。

方案2：改用六系铝合金榫栓结点空间桁架结构输电塔，每座塔用铝合金400kg，按每吨22000元计，每座铝合金塔造价8800元。

从以上实施例看出，每座榫栓结点铝合金空间桁架输电塔的造价虽然比钢空间桁架结构塔高，然而其每座塔重量仅为钢空间桁架塔的30％左右，大大减轻了构筑物的重量，这不但对支承塔架的基础节约材料有利，而且对于交通困难、野外施工的线路工程来说，改善劳动强度，节约运输费用也十分可观，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209.50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125.71元，不再用投入维护费用，综合经济效益也是十分明显的。对于处于风吹、日晒、雨淋的露天环境的输电塔来说，榫栓结点铝合金空间桁架结构确实有无比的优越与实际的应用价值。

Claims

1.榫栓结点铝合金空间桁架结构，包括桁架弦杆、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造，桁架的弦杆与腹杆互为榫头与榫槽配对组合，即弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一块榫头板，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆的每一杆端开一道口，与之配对作为榫槽，弦杆上的Y、Z方向榫头板对应植入与之相交Y、Z方向的腹杆的榫槽内；或弦杆上在空间桁架Y、Z方向分别设一道榫槽，相应在空间桁架Y、Z方向的腹杆每一杆端与之配对作为榫头，Y、Z方向腹杆的每一杆端均植入与之相交弦杆上Y、Z方向的榫槽内，所有榫头植入榫槽内后，均用螺栓或铆栓紧固。

2.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的空间桁架腹杆(2、3)的断面形式是实体杆件，或者是单孔方通，或者是多孔方通，方通壁上可以设肋，也可以不设肋。

3.根据权利要求1所述的榫栓结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的空间桁架弦杆(1)的断面形式是实体杆件，或者是单孔或多孔三角通，或者是单孔或多孔方通，或者是单孔或多孔圆通，通管壁上可以设肋，也可以不设肋。

4.根据权利要求1所述榫栓结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述互为榫头与榫槽配对组合的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，每根杆件用若干根螺栓或铆栓紧固。