CN103890292A - 大跨度静定结构 - Google Patents

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阿诺德·A·戴维斯
乔治·阿卜杜勒-赛义德
肯尼思·F·李
盖理·J·博纳奇
马特·赫尔格森
杰弗里·P·梅特罗波利斯
菲利普·奥斯特洛夫斯基
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Abstract

一种建筑物结构包括上弦元件、下弦元件和在上弦元件和下弦元件之间延伸的腹板元件。该上弦元件形成建筑物结构的屋顶的外表面的一部分。

Description

大跨度静定结构
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种静定结构,且更特别地涉及一种大跨度静定结构。
背景技术
[0002] 预制金属建筑物通常用作商业用途和住宅用途两者的高性价比的解决方案。传统上,这种建筑物或结构对墙壁构造和屋顶构造两者采用薄金属板。由于能以相对低的成本容易地制造薄金属板,所以通常优选薄金属板。这些静定结构的整体性经常是最紧迫的工程问题。为此,采用这些薄金属板且宽度上跨度大于大约50英尺的静定结构或建筑物设置有中间支撑柱或梁,中间支撑柱或梁将结构的整个跨度分割成能够被更牢固地支撑的离散的部分。尽管支撑柱优选用于工程问题,但是其通常是不雅观的且会导致消费者担心空间(例如,在飞机吊架(hanger)中)。
发明内容
[0003] 本发明的一个方面的特征在于具有上弦元件、下弦元件和在上弦元件和下弦元件之间延伸的多个腹板元件的建筑物结构。上弦元件形成建筑物结构的屋顶的外表面的一部分。典型的建筑物将包括多个并排配置且彼此连接的这种建筑物结构。在此种情况下,上弦元件将共同形成建筑物屋顶的整个外表面。
[0004] 在本发明的典型的实施例中,建筑物结构包括连接到上弦元件的第一端的第一连接板。第一连接板可以是弯曲的。此外典型地,建筑物结构还具有连接到第一连接板的第一端且向建筑物结构的地板延伸的第一侧壁板。第一侧壁板形成建筑物结构的第一侧壁的一部分。
[0005] 在典型的实施方式中,上弦元件被构造成以实质上防风雨的方式与具有与上弦元件相似的形状的相邻的结构元件(例如另一上弦元件或连接板)接合。在这种示例中,上弦元件和相邻的结构元件共同形成建筑物结构的屋顶的外表面的一部分。
[0006] 特定的实施例包括连接到上弦元件的第二端的第二连接板。通常,第二连接板可以是弯曲的。
[0007] 根据一些实施方式,建筑物结构还包括连接到第二连接板的第二端且向建筑物结构的地板延伸的第二侧壁板。在该示例中,第二侧壁板形成建筑物结构的第二侧壁的一部分。
[0008] 在一些实施方式中,第一侧壁板和第二侧壁板之间的距离大于50英尺且小于120英尺。此外,在典型的实施例中,在第一侧壁板和第二侧壁板之间不具有从建筑物结构延伸到地板的中间结构元件的情况下实现该距离。
[0009] 复合拱形桁架屋顶和侧壁系统还可以应用中间支撑件。在这种情况下,屋顶系统将在立柱之上是连续的且建筑物的总宽将不会受到限制。
[0010] 第一侧壁板和第二侧壁板例如能够以相对于铅垂方向向外的角度分别从第一连接板和第二连接板朝向地板延伸。在一些示例中,该向外的角度在大约8度和15度之间。[0011] 一些实施方式包括联接到第一侧壁板的加强构件。加强构件可以是从由C形槽件、包括背对背的C形槽件的装置、I形梁、具有矩形截面的梁、具有I形截面的梁和H形梁构成的组中选择的结构元件。也可以是其它截面。
[0012] 在特定的实施例中,侧壁板和上弦元件具有大致平坦的中央段、分别从大致平坦的中央段的两相反端部延伸的一对倾斜侧段和一对凸缘,每个凸缘从倾斜侧段中的一个倾斜侧段的末端延伸。有时该对凸缘位于与大致平坦的中央段大致平行的平面中。
[0013] 在一些示例中,上弦元件和侧壁板还包括采用在大致平坦的中央段中的槽形式的加强件。加强槽的宽度可以在大约0.75英寸至大约1.25英寸之间(包括,例如,在大约0.8英寸至大约1.2英寸之间、大约0.9英寸至大约1.1英寸之间等)。此外,加强槽的深度可以在大约0.25英寸至大约0.375英寸之间(包括,例如0.3英寸)。
[0014] 根据一些实施例,上弦元件还包括:联接到各相应的凸缘的末端的一对悬伸突出。各悬伸突出可以在与倾斜侧壁中相应的一个倾斜侧壁相反的方向上与凸缘中相邻一个凸缘形成角度。
[0015] 在典型的实施方式中,上弦元件、第一连接板和第一侧壁板具有大致相似的截面且被接合(例如利用螺栓)以形成连续的结构。
[0016] 在典型的实施例中,上弦元件在横向上的跨距在大约24.5英寸至大约49.0英寸之间。
[0017] 腹板元件可以包括斜杆和从上弦元件上的点沿着最短路径延伸到下弦元件的一个或多个大致“竖直”的构件。
[0018] 每个斜杆和上弦元件之间的连接可以通过一个螺栓连接提供。
[0019] 在一些实施例中,建筑物结构包括支撑系统。支撑系统可以包括大致平行且连接到下弦元件(或者,连接于桁架组件)的一个或多个纵向加强构件。
[0020] 另一方面,建筑物包括第一建筑物结构和第二建筑物结构,第一建筑物结构具有上弦元件、下弦元件以及在上弦元件和下弦元件之间延伸的腹板元件,第二建筑物结构与第一建筑物结构相邻。第二建筑物结构具有结构元件,结构元件可以与第一建筑物结构大致相同(至少部分相同)且可以被构造成以实质上防风雨的方式接合第一建筑物结构的上弦元件。第一建筑物结构的上弦元件和第二建筑物结构的结构元件共同形成建筑物的屋顶的外表面的一部分。
[0021] 在典型的实施例中,一系列的上弦元件和结构元件共同用于建筑物的屋顶的外表面。
[0022] 根据一些实施方式,建筑物还具有第一连接板和第二连接板。典型地,第一连接板连接到第一建筑物结构的上弦元件,且第二连接板连接到第二建筑物结构的结构元件。第一连接板和第二连接板可以是弯曲的。
[0023] 特定的实施例包括连接到第一连接板的第一侧壁板和连接到第二连接板的第二侧壁板。在该示例中,第一侧壁板和第二侧壁板共同形成建筑物的第一侧壁的一部分。
[0024] 第一建筑物结构的上弦元件可被构造成以实质上防风雨的方式与第二建筑物结构的结构元件接合。第二建筑物结构的结构元件典型地具有与第一建筑物结构的上弦元件大致相似的形状。并且第一建筑物结构的上弦元件和第二建筑物结构的结构元件共同形成建筑物的屋顶的外表面的一部分。[0025] 一些实施方式包括在上弦元件的与第一连接板所在端部相反的端部连接到上弦元件的第三连接板和在结构元件的与第二连接板所在端部相反的端部连接到结构元件的第四连接板。第三连接板和第四连接板典型地是弯曲的。
[0026] 一些实施方式包括连接到第三连接板的第三侧壁板以及连接到第四连接板的第四侧壁板。第三侧壁板和第四侧壁板共同形成建筑物的第二侧壁的一部分。
[0027] 在位于一侧的第一侧壁板和第二侧壁板与位于另一侧的第三侧壁板和第四侧壁板之间不具有从建筑物延伸到地板的中间结构元件的情况下,第一侧壁板和第二侧壁板与第三侧壁板和第四侧壁板的距离可以大于50英尺并且小于120英尺。
[0028] 在一些实施方式中,第一侧壁板和第二侧壁板可以以相对于铅垂方向成第一向外角度的方式分别从第一连接板和第二连接板朝向地板延伸。在该示例中,第三侧壁板和第四侧壁板以相对于铅垂方向成第二向外角度的方式分别从第三连接板和第四连接板朝向地板延伸。第一向外角度和第二向外角度在大约8度至15度之间。
[0029] 一些实施例包括联接到第一侧壁板、第二侧壁板、第三侧壁板、第四侧壁板中的一个或多个的加强构件。加强构件可以是从由C形槽件、包括背对背的C形槽件的配置、I形梁、具有矩形截面的梁、具有I形截面的梁和H形梁构成的组中选择的结构元件。
[0030] 上弦元件和结构元件均可以包括大致平坦的中央段、分别从大致平坦的中央段的两相反端部延伸的一对倾斜侧段和一对凸缘,每个凸缘从倾斜侧段中的一个倾斜侧段的末端延伸。一对凸缘可以位于与大致平坦的中央段大致平行的平面中。
[0031] 在特定的示例中,每个上弦元件和结构元件还可以包括在大致平坦的中央段中的加强槽。加强槽的宽度典型地在大约0.75英寸至大约1.25英寸之间且深度在大约0.25英寸至大约0.375英寸之间。
[0032] 根据特定的实施方式,上弦元件和结构元件均还具有联接到各相应的凸缘的末端的一对悬伸突出。各悬伸突出在与倾斜侧壁中相应的一个倾斜侧壁相反的方向上与凸缘中的相邻的一个凸缘形成角度。
[0033] 在特定示例中,上弦元件、第一连接板、第三连接板、第一侧壁板和第三侧壁板中的每一个均具有大致相似的截面且被接合以形成连续的结构。此外,在特定示例中,结构元件、第二连接板、第四连接板、第二侧壁板和第四侧壁板中的每一个均具有大致相似的截面且被接合以形成连续的结构。
[0034] 特定实施例还包括在上弦元件的凸缘中一个与结构元件的凸缘中一个之间连接的间隔构件。
[0035] 多个腹板元件可以包括斜杆和从上弦元件上的点沿着最短路径延伸到下弦元件的一个或多个构件。
[0036] 在一些实施方式中,建筑物具有支撑系统,该支撑系统包括多个大致平行且连接到下弦元件的纵向加强构件。
[0037] 在一些实施例中,存在一个或多个如下的优点。
[0038] 例如,能够制造结构简单且易于制造的建筑物。建筑物能够具有非常宽的跨度(例如,50英尺或更大且在一些示例中达到120英尺或更大)。该大跨度静定结构具有良好的结构整体性且提供了大可用面积且不间断的占地面积。
[0039] 建筑物屋顶的外表面等在这里通常是指完整的建筑物的外表面。因此,在典型的实施例中,将不需要为了制造完整且可用的屋顶或建筑物而在该建筑物的屋顶的外表面上设置额外的屋顶材料层。
[0040] 将在以下的附图和说明中描述本发明的一个或多个实施方式的细节。根据说明书和附图并且根据权利要求,本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
[0041] 图1是具有自由跨度屋顶(free-span roof)的静定结构的立体图。
[0042] 图2是图1的静定结构的主视图。
[0043] 图3是图1的静定结构的俯视图。
[0044] 图4是图1的静定结构的侧视图。
[0045] 图5A是自由跨度屋顶板和支撑祐1架(supporting truss)组件的立体图。
[0046] 图5B是图5A所示的第一接合部的详细的立体图。
[0047] 图5C是图5A所示的第二接合部的详细的立体图。
[0048] 图6是图1的静定结构的局部截面侧视图。
[0049] 图7A是自由跨度屋顶板的一部分的详细的立体图。
[0050] 图7B是图7A的自由跨度屋顶板的示意性侧视图。
[0051] 图8A是具有加强元件的自由跨度屋顶板的示意性侧视图。
[0052] 图8B是图8A的加强元件的详细的侧视图。
[0053] 图9A是自由跨度屋顶板和壁板之间的联接的立体外部视图。
[0054] 图9B是联接到图1的静定结构的端壁的屋顶板的局部立体内部视图。
[0055] 图10是屋顶组件的截面侧视图。
[0056] 图1lA是屋顶板之间的结合部的详细的截面侧视图。
[0057] 图1lB是图1lA的结合部的截面主视图。
[0058] 图12是第一示例支撑系统的立体图。
[0059] 图13是第二示例支撑系统的立体图。
[0060] 图14A是又一示例支撑系统的局部主视图。
[0061] 图14B是图14A中的示例支撑系统的立体图。
[0062] 图15A是自由跨度屋顶板和支撑桁架组件的立体图。
[0063] 图15B是图15A所示的第一接合部的详细的立体图。
[0064] 图15C是图15A所示的第二接合部的详细的立体图。
[0065] 图16A是被加强的侧壁板的局部立体图。
[0066] 图16B是被加强的侧壁板的示意性俯视图。
[0067] 图16C是被加强的侧壁板的侧视图。
[0068] 图17是被加强的侧壁板的示意性俯视图。
[0069] 图18是中间结构梁的立体图。
[0070] 图19A-19E是具有中间立柱的屋顶板和支撑桁架组件的示意性主视图。
[0071] 在各附图中相似的附图标记可以表示相似的元件。
具体实施方式[0072] 大部分的钢骨架建筑物被构造成用于商业用途。因而,外观不如结构经济性、建筑材料的强度和耐久性重要。目的是提供一种以低成本提供最大可用占地面积的建筑物。众所周知的是建造大跨度钢建筑物。然而,如果要避免使用诸如立柱等屋顶支撑构件,则必须使用厚的重型金属材料构造该建筑物。这必然增加了材料成本和建造费用。可以利用轻型金属构造大跨度建筑物来作为节省成本的手段,但是这需要使用诸如立柱等内部支撑构件。如没有这种支撑,会严重地损害建筑物的风载荷能力和雪载荷能力。如果使用这种内部支撑构件,其必然减小可用的内部占地面积。这种竖直支撑构件的另一缺点是其通常妨碍建筑物的用于诸如用于大型产品(例如,工业发电机或商业印刷设备)的机库或货栈等特定应用的用途。在支撑立柱之间移动这种产品是困难的且通常导致建筑物的损坏或者在建筑物内移动的产品的损坏。因而,金属建筑物建筑领域已经探索出能够利用诸如23GA至16GA等轻型金属构造的大跨度建筑物配置。
[0073] 本发明提供了一种包括自由跨度屋顶组件的由轻型金属制成的静定结构。屋顶组件可以设置成多个互连的薄金属板的形式,每个薄金属板确立支撑桁架的上弦(topchord)。每个薄金属屋顶板可被构造成接受载荷以及在承受由分散载荷导致的组合压弯应力的同时将载荷分散至支撑桁架构件。
[0074] 大部分自立式轻型钢结构利用深度为大约7英寸至大约8英寸(例如大约7.08英寸)的板建造。这些板具有极限强度而使得建筑物的自由跨度具有极限。相比之下,如使用具有更深的深度的板需要增大钢厚度,则成本变高。本公开提供了一种经济的大跨度建筑物(在诸如侧壁或立柱等支撑结构之间具有最大到100英尺或更大的大跨度的大跨度建筑物)。桁架系统对屋顶区域增加的强度能够使得本发明的金属骨架结构的风载荷能力和雪载荷承载能力增大。根据本发明构造的结构具有如下优点:屋顶板具有作为承载横向载荷(风、雪等)的屋顶以及作为桁架系统的上弦元件的双重功能。进一步,与竖向略成角度的壁提高了骨架的抗摆动性和整体稳定性。
[0075] 本发明的结构能够采用拱形或山形屋顶结构。为了能够使用波纹屋顶板,通常选择拱形。板的波纹在腹板(webs)上设置一些屋脊,因而增大了板的局部刚性、剪切的剪切强度和板的抗断裂(crippling)性。板的波纹形成的半径大。通常,半径被选择成适合建筑物的几何参数且在壁板、连接屋檐板以及屋顶板之间具有平滑过渡。
[0076] 有鉴于其它相比较的屋顶组件,此处详细说明的这种屋顶组件在不损害其结构整体性的情况下可以使得载荷承载能力提高且使得未支撑的跨度变长。此外,能够在限制屋顶板的厚度的同时实现上述的结构的优点,以便提供一种用于静定结构的经济的屋顶方案。参照以下说明将会更好地理解本发明。
[0077] 图1-图4是本发明的静定结构100的立体图、主视图、俯视图和侧视图。如图所示,静定结构100包括屋顶102和与屋顶联接的壁104。在本示例中,如以下更详细地描述地,屋顶102具有自由跨度构造(即,不具有中间支撑立柱或梁)且包括多个相邻的互连的板,每个板跨越该结构的宽度。屋顶102遮蔽或者覆盖由壁104包围限定的空间。壁104包括限定静定结构100的长度“L”的侧壁106和限定宽度“W”的端壁108。静定结构100可被构造成具有任何适当的长度和/或宽度。例如,适当的宽度可被认为是在预期的载荷下不失效的情况下能够通过屋顶102的板实现的最大的自由跨度(或者是比最大宽度小的任意宽度)。在一些实施例中,静定结构100的适当的宽度可被认为是最大到大约120英尺的任意的宽度。此外,在一些示例中,静定结构的结构整体性可不受其长度的影响。这样,任意的期望的长度可被认为是适当的长度。
[0078] 图5A是自由跨度屋顶板110和支撑桁架组件112的立体图。还示出了侧壁板111和将屋顶板110联接到侧壁的连接板113。在本示例中,屋顶板110设置成波纹状的拱形屋顶板的形式。然而,在可选的示例中,可使用其它适当类型的屋顶板(例如山形屋顶板等)。在一些示例中,屋顶板110被设置成薄的冷轧金属片材形式的构造。例如,能够利用镀有抗腐蚀物质的钢或钢合金片材(例如镀AZ55铝-锌合金的ASTM A792,SS级50-80)制成屋顶板110,该钢或者钢合金片材具有大约0.027英寸至0.06英寸之间的标称厚度。
[0079] 如图5A所示,屋顶板110的顶部确立了桁架组件112的上弦。结果,屋顶板110能够作为在其外表面上直接承载载荷(例如、风载荷、雪载荷等)的传统屋顶组件且能作为将承载的载荷分散至其它桁架组件且承载组合压弯应力的桁架组件112的上弦。采用这种方式,通过以适当的薄金属屋顶板110取代传统的屋顶桁架组件的大组件来减小组件的固定载荷(即,一直施加于桁架组件的永久载荷,例如桁架本身、包壳、屋顶、天花板等的重量)(结果还可以减少制造成本)。
[0080] 桁架组件112包括在多个接合部处经由角撑板122彼此互连以及与静定结构100的其它构件互连的下弦114、腹板116 (例如梁腋和斜杆)、支柱118和加强件120。图5B和5C提供了两个这种接合部的详细视图。下弦114确立桁架组件112的下边缘且被构造成承载张力或压力。腹板116在屋顶板110和下弦114之间延伸,形成三角形图案以分散固定载荷和活动载荷。腹板116被构造成承载张力或压力载荷(通常不是弯曲应力)。在该示例中,每个腹板116被定位成相对于下弦114成大约40°至48°之间(优选为45° )的角度。然而,腹板116可以被定位成相 对于屋顶板110或下弦114成任意适当的角度。此外,在一些实施例中,每个腹板116可以被定位成不同的角度,由此形成承载不均匀分布的载荷的桁架组件。支柱118被定位相对于下弦114成直角,以便抵抗在施加载荷的情况下弦或腹板的任意的横向移动。加强件120与下弦114平行地延伸,且经由角撑板122连接到下弦。
[0081] 图6是静定结构100的截面侧视图,其提供了参照图5A-图5C说明的组件的示意图。如图所示,侦彳壁板111以与竖直板123成角度“α”地从连接板113向外延伸。侦彳壁板111可以以任意适当的角度“ α ”向外延伸,可基于利用建筑领域技术人员公知的表和统计所计算的预期的载荷(例如预期的风载荷)来确定该适当的角度“α ”。在一些实施例中,角度“ α ”在大约8度至15度之间,且优选为大约8度。例如,在该示例中,侧壁板111以大约8°的角度向外延伸。在某些情况下,壁板向外倾斜可以通过减小由风载荷导致的弯矩来提高静定结构100的整体性(与铅垂竖直壁相比)。下表提供了确定两个相似建筑物(例如静定结构100)遭受90mph风速所导致的最大弯矩的结构骨架分析的比较结果:
[0082]
I具有铅垂竖直壁的建筑物~I具有斜壁的建筑^
正最大弯矩 +99.lkip.1n/骨架 +77.75kip.1n/骨架
负最大弯矩 -35.05kip.1n/骨架 -31.33kip.1n/骨架
[0083] 在某些情况下,设置稍微倾斜的壁板还可以导致侧摆动的下降(这里由水平位移来量化)。例如,在其壁的顶部承受1000磅水平力的具有铅垂竖直壁的建筑物可呈现大约
2.97英寸的水平位移(B卩,侧摆动)。与之相比,如上所述的具有稍微倾斜的壁的相似的建筑物在同样条件下可呈现大约2.71英寸的水平位移。
[0084] 图7A是屋顶板110的详细的立体图(为清楚起见,只示出了屋顶板的一端),且图7B是屋顶板的示意性侧视图。如图所示,屋顶板110包括主体124和两个外周连接臂(periphery connector arm) 130,主体124具有限定其厚度的相反的面,两个外周连接臂130被布置于主体的两侧。主体124包括配置于其端部的孔126,该孔126用于接收机械紧固件以将屋顶板110固定于相应的连接板(例如连接板113)。
[0085] 主体124可具有任何适当的轮廓。例如,在本示例中,主体124被设置成具有中央段128和两个倾斜侧壁132的V形梁波纹的形式,倾斜侧壁132以选择的倾斜角度从中央段的两侧向外延伸。屋顶板110的轮廓构造、厚度和长度一起限定了长细比,该长细比用于确定屋顶板能够承载而不失效(例如弯曲)的最大容许压应力。该长细比以如下方式表示:
[0086] λ =Leff/rg (I)
[0087] rg=(I/A)1/2 (2)
[0088] 其中,λ是长细比,Lrff是屋顶板的有效长度,&是屋顶板的回转半径,I是屋顶板的面积的二次矩(the second moment of area),且A是屋顶板的总截面面积。
[0089] 通常,随着长细比增大,最大容许压应力减小。因而,减小屋顶板110的长细比可增大屋顶板的最大容许压应力。此外,在一些实施例中,可选择或修改屋顶板Iio的轮廓构造和厚度以增大回转半径,由此在不增大长细比的情况下允许增大的有效长度(且随后减小最大容许压应力)。
[0090] 连接臂130被构造成为其它的相邻的屋顶板提供联接点,使得能够通过将一个板的连接臂与相邻的板的连接臂相配而使屋顶板彼此联接。在该示例中,每个连接臂130包括凸缘134和悬伸突出138,凸缘134上配置有孔136的图案,且悬伸突出138从凸缘开始延伸。凸缘134和突出138—起限定用于接收相邻的板的边缘构造(例如连接臂)的凹部140。可通过将一个板的连接臂130插入另一个板的凹部140、对准板的孔136并将机械紧固件(例如螺栓、铆钉、螺钉等)引入对准的孔来使相邻且同样的屋顶板彼此连接。在一些可选示例中,使用用于联接相邻屋顶板的其它适当的组件或方法(例如,焊接、缝接等)。
[0091] 图8A是另一个示例的屋顶板IlOa的示意性侧视图。屋顶板I IOa被设置成与屋顶板110(以上已详细说明)相似的构造。然而,在本示例中,屋顶板IlOa包括中央段128a,该中央段128a具有与中心线144对准的加强结构142。图8B是加强结构142的详细侧视图。如图所示,加强结构142被设置成具有平板式明槽轮廓(flatbed open channel profile),该平板式明槽轮廓限定有效宽度“wl”以及深度“d”。在典型的实施例中,为了起到效果,力口强件必须具有最小尺寸。在一些实施例中,加强结构142的宽度“wl”为大约I英寸,且深度“d”在大约0.25英寸和0.375英寸之间。在一些示例中,加强结构142被设置成沿着屋顶板IlOa的跨度延伸的连续通道的形式。然而,在一些其它示例中,加强结构包括沿着屋顶板跨度向下的以规则或不规则模式间隔的多个离散的焊道(beads)。此外,在一些可选示例中,可使用具有其它适当的形状和/或轮廓的加强结构。
[0092] 增加加强结构142可以减小屋顶板的宽厚比。因此,可以极大地增大屋顶板的负弯曲强度。例如,不具有加强结构的厚度为大约0.038英寸的屋顶板(例如屋顶板110)可预期具有大约-16.2kip.1n/ft的标称弯矩承载能力,而厚度相同且具有大约I英寸宽和大约0.25英寸深的连续的加强结构(例如图7A和7B所示的加强结构142)的相似的屋顶板(例如屋顶板IlOa)可预期具有大约-30.4kip.1n/ft的额定弯矩承载能力。因而,具有加强结构的屋顶板可能不容易在载荷下失效(例如,屈服),且能够在不增大其厚度的情况下具有较长的长度或跨度。
[0093] 图9A是屋顶板110与壁板148之间的联接部146的立体外部视图。壁板148可具有与屋顶板110相似的轮廓(例如,参见图7A和7B)。此外,如图所不,联接部146被设置成拱形角件的形式,该拱形角件具有被连接到屋顶板110的连接臂130的第一端和被连接到壁板148的第二端,第二端被布置成与第一端成角度(大约90° )。在本示例中,使用一套机械紧固件将角件联接到屋顶板和壁板。在一些示例中,密封剂150 (例如发泡材料)可被布置于联接部146与侧板148之间的空间。密封剂150可抑制、减少或阻止流体在由静定结构100包围的空间与周围环境之间渗漏。
[0094] 图9B是屋顶板110和端壁108 (由多个连接的壁板148形成)的立体内部视图。如图所示,端壁108由加强构件149支撑。加强构件149联接到端壁108并且被定位于门楣的高度或者定位于具有桁架组件的下弦(例如桁架组件112的下弦114)的平面中。
[0095] 图10是静定结构的屋顶组件102a的截面侧视图。如图所示,屋顶组件包括屋顶板110、桁架组件112和间隔构件154。间隔构件154被联接到屋顶板110且布置于桁架组件112之间。每个间隔构件154可包括沿着屋顶板110的跨度纵向延伸的单个的连续构件,或者包括沿着板跨度间隔地定位的多个离散构件。在一些示例中,间隔构件154被定位成跨越屋顶板110之间的联合部或结合部156 (例如接缝或连接点)。如以下更详细地描述地,桁架组件112也可以通过角撑板122被定位成靠近板结合部156,使得每个结合部以交替的方式由间隔构件或者桁架组件加强。采用这种方式,每个屋顶板110的一侧由桁架组件112支撑,而相反侧由间隔构件154支撑。结果,保持了屋顶组件的结构整体性,且屋顶板能够在不包括任何多余的桁架构件或组件的情况下分散载荷。
[0096] 图1lA是屋顶板IlOa之间的结合部156的详细的截面图。如图所示,角撑板122被定位于结合部156。在本示例中,角撑板122被一体化到屋顶板的连接臂之间的接缝中。图1lB是结合部156的截面主视图。在本示例中,斜腹板116关于中心线158成镜像取向地联接到角撑板122,使得由屋顶板IlOa承载的载荷能够在桁架组件112的其它构件之中均匀地分散。
[0097] 图12是使桁架组件112的下弦114彼此连接的第一示例支撑系统160的立体图(为了清楚起见,只示出了与支撑系统结合的桁架组件的下弦和支柱)。支撑系统可加强或稳定会尤其长或高度受到应力的桁架的弦和腹板。如图所示,支撑系统160包括跨越静定结构的长度的多个纵向加强构件162。加强构件162可被设置成单个的连续的主梁或次梁,或者被设置成端对端联接的多个这种构件。在本示例中,加强构件162被定位在与下弦114相同的高度处、大致与桁架组件112的平面垂直、且被联接到下弦。加强构件可被设置成具有用于支撑桁架组件112的任何适当的尺寸、形状或轮廓。
[0098] 图13是被联接到桁架组件112的下弦114的另一示例性支撑系统160a的立体图(为了清楚起见,未示出桁架组件的上弦(即屋顶板110))。如图所示,支撑系统160a在与桁架组件112的平面垂直的平面上包括成角度(例如大约45° )地横切下弦114的多个斜加强构件162a。加强构件162a在其端部164处被联接到下弦114,且可在沿着其长度的一些点处联接到其它的下弦。加强构件可被设置成具有用于支撑桁架组件112的任何适当的尺寸、形状或轮廓。在一些示例中,支撑系统160和160a串联(in tandem)设置以形成加强构件的网路,从而有助于载荷在桁架组件112之间传递。
[0099] 图14A是又一支撑系统160b的截面图;图14B是图14A的支撑系统160b的局部立体图。图示的支撑系统160b包括联接到相邻的桁架组件112的腹板116的斜加强构件162b。图示的加强构件162b以如下方式倾斜:其在桁架组件的下弦元件附近连接到一个腹板116,且在桁架组件的上弦元件附近连接到另一个腹板116。
[0100] 图示的支撑系统160b还包括水平间隔构件154,该间隔构件154联接到上弦元件且在相邻的屋顶板的上弦元件之间延伸。
[0101] 图示的支撑系统160b还包括纵向加强构件162,该纵向加强构件162联接到桁架组件112的下弦元件。
[0102] 图15A是自由跨度屋顶板IlOa的立体图,除了图15A中的侧壁板111利用侧壁加强件202结构性加强并且下弦加强件120沿着桁架组件112的下弦114的大致整个长度延伸之外,该自由跨度屋顶板IlOa与图5A中的自由跨度屋顶板110相似。
[0103] 桁架组件112包括在多个接合部例如通过角撑板122彼此互连以及与静定结构100的其它构件互连的下弦114、腹板116(例如梁腋和斜杆)、支柱118以及加强件120。图15B和图15C提供了两个这种接合部的详细视图。下弦114确立了桁架组件112的下边缘,且被构造成承载张力或压力。
[0104] 图16A是侧壁板111的局部立体图,该侧壁板111具有联接到侧壁板111的背对背的C形槽件216形式的结构加强件,侧壁板111位于混凝土基座218 (例如建筑物的地板)上且具有安装到侧壁板111的上端的波纹连接板113。图示的侧壁板111具有上部156、中间部158和下部160。在一个实施例中,上部156长约44英寸,中间部158长约65英寸,且下部160长约121英寸。当然,这些尺寸可以变化,并且可在不同的实施例中使用各种数量的部分(包括一个部分)。图示的部分156、158和160通过搭接接头220彼此接合。
[0105] 图16B和图16C示出了在示例性实施例中背对背的C形槽件216如何连接到侧壁板111的细节。在图示的实施例中,一个或多个夹片装置270被螺栓固定(例如在272处)或者以其它方式紧固到侧壁板111。每个夹片装置270被构造成以距侧壁板111的距离为“d”(例如大约I英寸)的方式支撑背对背的C形槽件。夹片装置270至少在两个背对背的C形槽件之间延伸,且设置一个或多个螺栓以将C形槽件固定到夹片装置270。
[0106] 图16C中下夹片装置270的部分270a延伸到背对背C形槽件216之外。利用单个螺栓280a将下弦元件114连接到该延伸的部分270a。同样地,利用单个螺栓280b将腹板116连接到下夹片装置270的延伸的部分270a。
[0107] 除了图17示出了在示例性实施例中单个C形槽件240如何连接到侧壁板111以对侧壁板111提供结构加强的细节之外,图17与图16B相似。
[0108] 尽管此处公开的结构和技术的实施能够在不使用从屋顶结构朝向建筑物的地板竖直地延伸的中间梁的情况下使得屋顶跨度非常大,但是增加一个或多个这种中间梁能够更进一步地延伸屋顶跨度。在图18和图19A-图19E中示出了这种中间梁302的示例。
[0109] 例如在图18中示出的中间梁302通过角撑板122被联接到桁架组件112的下弦114。更特别地,中间梁302通过四个螺栓304联接到角撑板122,且角撑板122通过两个螺栓306联接到桁架组件112的下弦114。中间梁302可具有例如包括C形槽轮廓、背对背的C形槽轮廓等任何的各种可能的轮廓。
[0110] 中间梁302包括在各接合部利用小接合板308彼此联接的多个部分。中间梁302通过夹片312联接到地板310 (例如混凝土板)。
[0111] 图19A-图19E示出了在大约200英尺宽的建筑物中(图19A-图19B)、在大约300英尺宽的建筑物中(图19C-图19D)和在大约400英尺宽的建筑物中(图19E)的中间梁302之间的间隔的示例。
[0112] 尽管为了图示的目的已经说明了多个示例,但是上述说明并不限制本发明的范围,本发明的范围由权利要求的范围进行限定。在权利要求的范围内具有且将具有其它示例和变型例。

Claims (36)

1.一种建筑物结构,包括: 上弦元件; 下弦元件; 多个腹板元件,所述腹板元件在所述上弦元件和所述下弦元件之间延伸, 其中所述上弦元件形成所述建筑物结构的屋顶的外表面的一部分。
2.根据权利要求1所述的建筑物结构,其特征在于,所述建筑物结构还包括: 第一连接板,所述第一连接板连接到所述上弦元件的第一端, 其中所述第一连接板是弯曲的。
3.根据权利要求2所述的建筑物结构,其特征在于,所述建筑物结构还包括: 第一侧壁板,所述第一侧壁板连接到所述第一连接板的第一端且朝向所述建筑物结构的地板延伸, 其中所述第一侧壁板形成所述建筑物结构的第一侧壁的一部分。
4.根据权利要求3所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件被构造成以实质上防风雨的方式 与具有与所述上弦元件相似的形状的相邻的结构元件接合, 其中所述上弦元件和所述相邻的结构元件共同形成所述建筑物结构的屋顶的外表面的一部分。
5.根据权利要求3所述的建筑物结构,其特征在于,所述建筑物结构还包括: 第二连接板,所述第二连接板连接到所述上弦元件的第二端, 其中所述第二连接板是弯曲的。
6.根据权利要求5所述的建筑物结构,其特征在于,所述建筑物结构还包括: 第二侧壁板,所述第二侧壁板连接到所述第二连接板的第二端且朝向所述建筑物结构的地板延伸, 其中所述第二侧壁板形成所述建筑物结构的第二侧壁的一部分。
7.根据权利要求6所述的建筑物结构,其特征在于,在所述第一侧壁板和所述第二侧壁板之间不具有从所述建筑物结构延伸到所述地板的中间结构元件的情况下,所述第一侧壁板和所述第二侧壁板之间的距离大于50英尺且小于120英尺。
8.根据权利要求6所述的建筑物结构,其特征在于,所述第一侧壁板和所述第二侧壁板以相对于铅垂方向向外的角度分别从所述第一连接板和所述第二连接板朝向所述地板延伸。
9.根据权利要求8所述的建筑物结构,其特征在于,所述向外的角度在大约8度至15度之间。
10.根据权利要求3所述的建筑物结构,其特征在于,所述建筑物结构还包括: 加强构件,所述加强构件连接到所述第一侧壁板。
11.根据权利要求10所述的建筑物结构,其特征在于,所述加强构件是从由C形槽件、包括背对背的C形槽件的装置、I形梁、具有矩形截面的梁、具有I形截面的梁和H形梁构成的组中选择的结构元件。
12.根据权利要求1所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件包括: 大致平坦的中央段; 一对倾斜侧段,所述一对倾斜侧段分别从所述大致平坦的中央段的两相反端部延伸;以及 一对凸缘,其中各凸缘从所述倾斜侧段中的一个的末端延伸, 其中所述一对凸缘位于与所述大致平坦的中央段基本平行的平面中。
13.根据权利要求12所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件还包括: 所述大致平坦的中央段中的加强槽,其中所述加强槽宽度在大约0.75英寸至大约1.25英寸之间,且所述加强槽的深度在大约0.25英寸至大约0.375英寸之间。
14.根据权利要求12所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件还包括: 一对悬伸突出,所述一对悬伸突出联接到各自的凸缘的末端, 其中各悬伸突出在与所述倾斜侧壁中的相应的一个倾斜侧壁相反的方向上与所述凸缘中相邻的一个凸缘形成角度。
15.根据权利要求3所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件、所述第一连接板和所述第一侧壁板具有大致相似的截面且被接合以形成连续的结构。
16.根据权利要求1所述的建筑物结构,其特征在于,所述上弦元件在横向上的跨距为大约24.5英寸至大约49.0英寸。
17.根据权利要求1所述的建筑物结构,其特征在于,所述多个腹板元件包括斜杆以及从所述上弦元件上的点沿着最短路径延伸到所述下弦元件的一个或多个构件。
18.根据权利要求1所述的建筑物结构,其特征在于,还包括:` 支撑系统,所述支撑系统包括多个大致平行且联接到所述下弦元件的纵向加强构件。
19.一种建筑物,包括: 第一建筑物结构,所述第一建筑物结构包括: 上弦元件; 下弦元件;和 多个腹板元件,所述多个腹板元件在所述上弦元件和所述下弦元件之间延伸,以及第二建筑物结构,所述第二建筑物结构与所述第一建筑物结构相邻,所述第二建筑物结构包括被构造成以实质上防风雨的方式与所述第一建筑物结构的所述上弦元件接合的结构元件, 其中所述第一建筑物结构的上弦元件与所述第二建筑物结构的结构元件共同形成所述建筑物的屋顶的外表面的一部分。
20.根据权利要求19所述的建筑物,其特征在于,还包括: 第一连接板和第二连接板, 所述第一连接板连接到所述第一建筑物结构的所述上弦元件, 所述第二连接板连接到所述第二建筑物结构的所述结构元件, 其中所述第一连接板和所述第二连接板是弯曲的。
21.根据权利要求20所述的建筑物,还包括: 第一侧壁板,所述第一侧壁板连接到所述第一连接板;和 第二侧壁板,所述第二侧壁板连接到所述第二连接板, 其中所述第一侧壁板和所述第二侧壁板共同形成所述建筑物的第一侧壁的一部分。
22.根据权利要求21所述的建筑物,其特征在于,所述第一建筑物结构的所述上弦元件被构造成以实质上防风雨的方式与所述第二建筑物结构的所述结构元件接合,其中所述第二建筑物结构的结构元件具有与所述第一建筑物结构的所述上弦元件大致相似的形状,并且 所述第一建筑物结构的所述上弦元件和所述第二建筑物结构的结构元件共同形成所述建筑物的屋顶的外表面的一部分。
23.根据权利要求21所述的建筑物,其特征在于,还包括: 第三连接板,所述第三连接板在所述上弦元件的与所述第一连接板所在端部相反的端部连接到所述上弦元件;以及 第四连接板,所述第四连接板在所述结构元件的与所述第二连接板所在端部相反的端部连接到所述结构元件, 其中所述第三连接板和所述第四连接板是弯曲的。
24.根据权利要求23所述的建筑物,其特征在于,还包括: 第三侧壁板,所述第三侧壁板连接到所述第三连接板;以及 第四侧壁板,所述第四侧壁板连接到所述第四连接板, 其中所述第三侧壁板和所述第四侧壁板共同形成所述建筑物的第二侧壁的一部分。
25.根据权利要求24所述的建筑物,其特征在于,在位于一侧的所述第一侧壁板和所述第二侧壁板与位于另一侧的所述第三侧壁板和所述第四侧壁板之间不具有从所述建筑物延伸到地板的中间结构元件的情况下,所述第一侧壁板和所述第二侧壁板与所述第三侧壁板和所述第四侧壁板的距离大于50英尺且小于120英尺。
26.根据权利要求24所述的建筑物,其特征在于,所述第一侧壁板和所述第二侧壁板以相对于铅垂方向成第一向外角度的方式分别从所述第一连接板和所述第二连接板朝向地板延伸,并且 其中所述第三侧壁板和所述第四侧壁板以相对于铅垂方向成第二向外角度的方式分别从所述第三连接板和所述第四连接板朝向地板延伸。
27.根据权利要求26所述的建筑物,其特征在于,所述第一向外角度和所述第二向外角度在大约8度至15度之间。
28.根据权利要求23所述的建筑物,其特征在于,还包括: 加强构件,所述加强构件连接于所述第一侧壁板、所述第二侧壁板、所述第三侧壁板以及所述第四侧壁板中的一个或多个。
29.根据权利要求28所述的建筑物,其特征在于,所述加强构件是从由C形槽件、包括背对背的C形槽件的装置、I形梁、具有矩形截面的梁、具有I形截面的梁和H形梁构成的组中选择的结构元件。
30.根据权利要求19所述的建筑物,其特征在于,所述上弦元件和所述结构元件均包括: 大致平坦的中央段; 一对倾斜侧壁,所述一对倾斜侧壁分别从所述大致平坦的中央段的两相反端部延伸;以及 一对凸缘,其中每个凸缘从所述倾斜侧壁中的一个的末端延伸, 其中所述一对凸缘位于与所述大致平坦的中央段大致平行的平面中。
31.根据权利要求30所 述的建筑物,其特征在于,所述上弦元件和所述结构元件均还包括: 加强槽,所述加强槽位于所述大致平坦的中央段,其中所述加强槽的宽度在大约0.75英寸至大约1.25英寸之间,其中所述加强槽的深度在大约0.25英寸至大约0.375英寸之间。
32.根据权利要求30所述的建筑物,其特征在于,所述上弦元件和所述结构元件均还包括: 一对悬伸突出,所述一对悬伸突出联接到各自的凸缘的末端, 其中各悬伸突出在与所述倾斜侧壁中的相应的一个倾斜侧壁相反的方向上与所述凸缘中相邻的一个凸缘形成角度。
33.根据权利要求30所述的建筑物,其特征在于,所述上弦元件、所述第一连接板、所述第三连接板、所述第一侧壁板和所述第三侧壁板中的每一个均具有大致相似的截面且被接合以形成连续的结构;并且 所述结构元件、所述第二连接板、所述第四连接板、所述第二侧壁板和所述第四侧壁板中的每一个均具有大致相似的截面且被接合以形成连续的结构。
34.根据权利要求30所述的建筑物,其特征在于,还包括: 间隔构件 ,所述间隔构件连接于所述上弦元件的所述凸缘中的一个凸缘与所述结构元件的所述凸缘中的一个凸缘之间。
35.根据权利要求19所述的建筑物,其特征在于,所述多个腹板元件包括斜杆以及从所述上弦元件上的点沿着最短路径延伸到所述下弦元件的一个或多个构件。
36.根据权利要求19所述的建筑物,其特征在于,还包括: 支撑系统,所述支撑系统包括多个大致平行且联接到所述下弦元件的纵向加强构件。
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