CN102251626A

CN102251626A - 植板式体结点铝合金空间桁架结构

Info

Publication number: CN102251626A
Application number: CN2011100981780A
Authority: CN
Inventors: 林娟; 梁琨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-11-23

Abstract

植板式体结点铝合金空间桁架结构，包括空间桁架体状的所有结点体(1)及汇交于各结点并与结点体联结的空间桁架的铝合金弦杆(2)及腹杆(3)、(4)，其特点是：空间桁架的所有铝合金杆件的两端均开有一个口，供结点体的肢板植入，每个体状的结点体上在空间桁架X、Y、Z方向，分别设有U、V、W三块肢板，三块肢板分别植入汇交于该结点相应X、Y、Z方向的所有杆件的杆端口内，并用螺栓或铆栓与杆件紧固，得到几何不变，受力合理，结构可靠，便于设计、制作与施工的植板式体结点铝合金空间桁架结构体系。

Description

植板式体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工程领域中。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。经过科技情报部门检索查新，目前未发现有植板式体结点铝合金空间桁架结构。

铝合金材料质轻(是钢材的三分之一)，高强(六系列铝材的物理力学性能已接近建筑用钢的Q235)，防腐力高(是钢材的4～6倍)，成型性好(是其他金属不可比)，是可以再生的环保建筑金属，目前已广泛应用于门、窗、幕墙及其他的装修建筑工程领域，本发明植板式体结点铝合金空间桁架结构，就是发明植入式体结点，及相应配套的杆件，解决铝合金空间桁架的结点关键技术，成功创造出植板式体结点铝合金空间桁架结构体系。

三、发明内容

1、本发明的目的

结点是铝合金空间桁架设计、制作、施工及推广应用的关键技术。本发明的目的就是要根据铝合金的材料特点及桁架结构的受力特点，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，结构可靠，便于设计、制作与施工的植板式体结点铝合金空间桁架体系，为土木工程领域推广应用可再生又环保的铝合金结构创造条件。

为了实现本发明的目的，本发明人对铝合金材料的物理力学性能进行了深入的分析，又对空间桁架杆件与结点构成、受力特点进行了深入的研究，并与传统的钢结构桁架进行了对比分析，创造了植板式体结点铝合金空间桁架结构，并对某建筑屋盖中空间桁架进行结构分析与设计，其结果是结构可靠、受力合理清晰、构造简单、制作与施工方便。

2、本发明的技术方案

植板式体结点铝合金空间桁架结构，包括空间桁架体状的所有结点体(1)及汇交于各结点并与结点体联结的空间桁架的铝合金弦杆(2)及腹杆(3)、(4)，其特点是：空间桁架的所有铝合金杆件的每端均开有一个口，供结点体的肢板植入，每个体状的结点体上在空间桁架X、Y、Z方向，分别设有U、V、W三块肢板，三块肢板分别植入汇交于该结点相应X、Y、Z方向的所有杆件的杆端口内，并用螺栓或铆栓(8)与杆件紧固，就得到几何不变的，受力合理，结构可靠，便于设计、制作与施工的植板式体结点铝合金空间桁架结构体系。

所述的桁架弦杆(2)及腹杆(3)、(4)均为铝合金材料制造，其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。方通壁厚根据实际工程设计计算确定。

以上所述的桁架所有铝合金杆件，每根杆件的每个杆端均开有一个口，供结点体的肢板植入。口的大小及长短均由实际工程设计时确定。

以上所述的结点体(1)，每个体状的结点体上在空间桁架的X、Y、Z方向分别设有U、V、W三块肢板，U、V、W三块肢板横断面的中线汇交一点，肢板间的夹角大小及板厚由实际工程设计时确定。

以上所述的结点体是铝合金、不锈钢或其它钢材或强度足够的非金属材料做成。对铝合金桁架应优先选用铝合金材料的结点体。

以上所述桁架杆件与结点体通过螺栓或铆栓(8)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与结点体紧固及螺栓或铆栓的直径均由实际工程设计确定。

以上所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构直接由基础支承，或者用柱子或梁等其它构件支承，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)本发明的铝合金空间桁架由结点体与两端开口的桁架杆件构成，采用植入式结点体的结构构造，结点体上设有U、V、W三块肢板，三块肢板分别植入汇交于该结点相应X、Y、Z方向的所有杆件的杆端口内，并用螺栓或铆栓与杆件紧固，就得到受力合理、结构可靠、便于设计、制作与施工的铝合金空间桁架体系。这种植入式体结点铝合金空间桁架结点，避免了铝合金焊接技术要求高，难度大，焊接铝合金存在热影响区材料强度降低及不便于工厂化生产与现场施工困难的缺陷。植入式体结点解决了铝合金空间桁架结点处理的难题，同时又使铝合金桁架结构设计程序化，杆件与结点标准化，制作工厂化，施工拼装化，更好地提高了工程质量。

(2)铝合金材料质轻(是钢材的三分之一)，高强(六系列铝材的物理力学性能已接近建筑用钢的Q235)，防腐力高(是钢材的4～6倍)，成型性好(是其他金属不可比)，是可以再生的环保建筑金属，用铝合金材料建筑土木工程，可以减轻建筑物荷载，提高抗震能力和耐腐能力，几乎终身不用维护，成为长命百岁工程，其综合经济效益十分明显。

(3)桁架结构受力清晰，结构合理，节省材料，跨度可大可小，广泛应用于体育场馆、工业厂房、桥梁工程及塔形工程等建筑工程领域。研究分析证明，桁架结构包括空间桁架结构是铝合金材料应用于建筑工程的一种理想的载体结构体系。植入式空间桁架体结点，避免了焊接铝合金的缺陷，是铝合金空间桁架的一个创新与突破，必将为铝合金结构的使用与推广创造更好的条件。

(4)植板式体结点铝合金空间桁架结构，其所有杆件及体结点都是充分利用了铝合金成型性好，加工方便的特性，挤压或冲压制作的，杆件、体结点都可以规范化、标准化，可以实现工厂大批量生产，然后现场拼装。制作与施工都十分方便，质量也有保证。

(5)用植板式体结点铝合金空间桁架建造电网输电塔、通讯信号传输塔等终日风吹日晒的暴露工程，更有特殊的优越性与实用价值。该结构构件质轻高强，易搬运，便安装，耐腐力强，不用防护，是塔形结构的优选结构方案。

(6)植板式体结点铝合金空间桁架，方便计算机程序进行内力分析与结构设计，直到CAD出加工图及安装图。

四、附图说明

图1是植板式体结点铝合金三角形空间桁架结构实例。

图2是植板式体结点铝合金矩形空间桁架结构实例。

图3是空间桁架输电塔照片。

图4是空间桁架结点A的结点体的X方向节点大样图。

图5是空间桁架结点A的结点体的Z方向节点大样图。

图6是空间桁架结点A的结点体的Y方向节点大样图。

图中部件的名称编码如下：1、结点体；2、桁架上X方向杆件；3、桁架上Y方向杆件；4、桁架上Z方向杆件；5、结点体上U方向肢板；6、结点体上V方向肢板；7、结点体上W方向肢板；8、紧固螺栓或铆栓。

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”的规则组成的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其全部结点体及所有杆件均是铝合金材料制成的。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4中看到空间桁架所有杆件的每一杆端都开有一个口，供结点体的肢板植入。结点体(1)在桁架的X(2)方向设有一块肢板U(5)，Y(3)方向设有一块肢板V(6)，Z(4)方向设有一块肢板W(7)，共有三块肢体。结点体上U(5)方向肢板植入桁架上X(2)方向汇交于该结点的所有杆件的杆端口内；V(6)方向肢板植入桁架Y(3)方向汇交于该结点的所有杆件的杆端口内；W(7)方向肢板植入桁架上Z(4)方向汇交于该结点的所有杆件的杆端口内。结点体的肢板植入杆端口后，均用若干螺栓或铆栓与杆件紧固。

本发明植板式体结点铝合金空间桁架结构，杆件的断面形式可以是单孔铝合金方通，也可以是多孔铝合金方通，方通壁上可设肋。其杆长及断面尺寸与壁厚由实际工程设计时确定。杆端开口大小及长度也由设计确定。桁架的结点体上U、V、W三块肢板横断面中线汇交于一点。三块肢板相互之间夹角大小及肢板厚度和结点体长度均由结点设计时确定。紧固的螺栓或铆栓直径大小及所需个数均由设计计算确定。

单从铝合金桁架的建造造价来说虽然比钢桁架稍高，然而其相应重量仅为钢桁架的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，降低整体工程造价十分有利，同时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，不用再投入维护费用，是长命百岁工程，铝合金结构的寿命造价很低，综合经济效益是十分明显的。

铝合金结构工程美观靓丽，大大提高了建筑的品位，改善了人们居住与工作环境。

铝合金桁架的结点构造是解决铝合金桁架设计、制作、施工及推广应用的关键技术，本发明的目的就是要根据铝合金的材料质轻高强、外型美观、不易腐蚀及成型性好等特点及空间桁架结构的结点构造与受力特点，创造一种充分发挥这两个特点的铝合金空间桁架植入式结点体，得到受力合理，结构可靠，便于设计、制作与施工的植板式体结点铝合金桁架体系，为土木工程领域推广应用铝合金结构创造更好条件。

Claims

1.植板式体结点铝合金空间桁架结构，包括空间桁架体状的所有结点体及汇交于各结点并与结点体联结的空间桁架的所有铝合金杆件，其特征在于：空间桁架的所有铝合金杆件的两端均开有一个口，供结点体的肢板植入，每个体状的结点体上在空间桁架X、Y、Z方向分别设有U、V、W三块肢板，三块肢板分别植入汇交于该结点相应X、Y、Z方向的所有杆件的杆端口内，并用螺栓或铆栓与杆件紧固。

2.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的空间桁架杆件均为铝合金材料制造，其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。

3.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的空间桁架杆件，每根杆的每个杆端均开有一个口，供结点体的肢板植入。

4.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的空间桁架体结点，每一个结点体上在空间桁架X、Y、Z方向分别设有U、V、W三块肢板，三块肢板横断面中心线汇交于一点，三块肢板分别植入汇交于该结点相应X、Y、Z方向的所有杆件的杆端口内。

5.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述结点体是铝合金、不锈钢或其他钢材或强度足够的非金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述杆件与结点体通过螺栓或铆栓紧固连接，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与结点体紧固。

7.根据权利要求1所述的植板式体结点铝合金空间桁架结构，其特征在于：所述的植板式体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。