CN104870727A - 桁架结构 - Google Patents

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Abstract

本文中所公开的桁架结构的实现包括多个桁架，每个桁架都包括上弦杆、底弦杆、多个外部支撑件以及多个内部支撑件，其中，多个外部支撑件中的每个的长度都基本相似，其中，在外部支撑件中的每个与上弦杆之间的角度都基本相似。另外，多个内部支撑件中的每个的长度都基本相似，其中，在交替的内部支撑件中的每个与上弦杆之间的角度都基本相似。

Description

桁架结构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月18日提交的、题为“桁架结构(TrussConfiguration)”的第14/133,151号美国非临时申请的优先权，该申请通过引用全文并入本文，其中，该美国非临时申请为于2012年12月19日提交的、题为“桁架结构(Truss Configuration)”的第61/739,217号美国临时申请的非临时专利申请，并且要求该美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及建筑建设组件，更具体地，涉及在商业和住宅结构中所使用的桁架组件。
发明内容
本“发明内容”用于以简化形式介绍在以下“具体实施方式”中进行进一步描述的一组构思。本“发明内容”并不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题的其他特征、细节、效用和优点将在如在附图中所示以及所附权利要求书中所限定的各种实施方式以及实现的以下更具体撰写的“具体实施方式”中变得显而易见。
本申请公开了一种标准化的开放式腹板桁架。本文中所公开的桁架结构的实现包括多个桁架，每个桁架都包括上弦杆、底弦杆、多个外部支撑件以及多个内部支撑件，其中，多个外部支撑件中的每个的长度都大致相似，其中，在外部支撑件中的每个与上弦杆之间的角度都大致相似。另外，多个内部支撑件中的每个的长度都大致相似，其中，在交替的内部支撑件中的每个与上弦杆之间的角度都大致相似。
附图说明
图1示出了示例桁架的示例三维视图。
图2示出了图1的桁架中所使用的示例弦杆的示例剖视图。
图3示出了图1的桁架中所使用的示例支撑件的示例剖视图。
图4示出了本文中所公开的示例桁架的示例主视图。
图5示出了本文中所公开的示例桁架的示例替代主视图。
图6示出了用于本文中所公开的桁架的引导孔和焊接槽的示例。
图7示出了本文中所公开的桁架的示例主视图和示例侧视图。
图8示出了本文中所公开的多个桁架的布置的示例示意图。
图9示出了本文中所公开的多个桁架的布置的示例替代图。
图10示出了制作本文中所公开的桁架的过程的示例流程图。
具体实施方式
桁架在住宅和商业建筑的建设中用于为诸如屋顶防护物和地板的面板提供支承。桁架的上部和下部被称为“弦杆(chord)”，并且在弦杆之间延伸的构件被成为“支撑件(brace)”。在住宅结构中使用的桁架由木材建造。然而，由于木材成本上升以及其对火灾和虫害、腐烂等的脆弱性，很多房屋建筑商现在都转而选择钢材作为框架材料。实际上，由于钢框架材料的成本效率、尺寸稳定性、不燃性、抗虫性、耐久性、高强度重量比以及可回收性等，钢框架材料正在迅速获得房屋建筑商和房主等的认同。
本文中所公开的桁架的实现提供使用标准化组件的桁架结构。另外，本文中还公开了由冷轧镀锌钢制造桁架的方法。具体地，该桁架的各种组件及其在桁架结构中的布置的标准化允许使用冷辊轧机制造该桁架。在本文中所公开的实现中，连接的角度、长度、深度等是标准化的。这种标准化降低了对重复工程设计和桁架的分析的需要。另外，该标准化还降低了制造桁架的成本。本文中所公开的桁架可用于支承建筑的地板和/或天花板跨度。
本文中所公开的制造桁架的方法的实现包括辊轧成形上弦杆、辊轧成形底弦杆、辊轧成形多个外部支撑件、辊轧成形多个内部支撑件、在上弦杆和底弦杆中开引导孔、在上弦杆和底弦杆中切割焊接槽、通过引导孔和焊接槽将多个外部支撑件中的一个或多个连接至上弦杆和底弦杆、以及通过引导孔和焊接槽将多个内部支撑件中的一个或多个连接至上弦杆和底弦杆。
在替代实现中，将多个内部支撑件中的一个或多个连接至上弦杆还包括以基本相似的角度把多个内部支撑件中的相邻的内部支撑件中的每个都连接至上弦杆。还可替代地，将多个内部支撑件中的一个或多个连接至上弦杆还包括以彼此基本相似的距离把多个内部支撑件中的相邻的内部支撑件中的每个都连接至上弦杆。
另外，本文中所公开的实现还公开了弦杆，该弦杆包括第一法兰、第二法兰和腹板，其中，第一法兰具有内端部和外端部，外端部具有位于第一法兰的内端部处的第一边缘，第二法兰具有内端部和外端部，外端部具有位于第二法兰的内端部处的第二边缘，腹板连接至第一法兰的外端部以及第二法兰的外端部，并且在第一法兰与第二法兰之间延伸。该弦杆可用作桁架的底弦杆或用作桁架的上弦杆。
图1示出了示例桁架100的三维图。该桁架100包括上弦杆102、底弦杆104、各外部支撑件106以及各内部支撑件108。在桁架的一个实现中，上弦杆102和底弦杆104彼此平行。外部支撑件106中的每个都具有彼此基本相似的长度。类似地，内部支撑件108中的每个也都具有彼此基本相似的长度。在一个实现中，在内部支撑件108与上弦杆102之间的角度以及在内部支撑件108与底弦杆104之间的角度也可进行标准化。例如，在交替的内部支撑件中的每个与上弦杆之间的角度可基本相似。类似地，在交替的内部支撑件中的每个与底弦杆之间的角度也可基本相似。
上弦杆、底弦杆、内部支撑件和外部支撑件中的每个都可由诸如镀锌钢(诸如使用冷辊轧机冷辊轧的镀锌钢)制成。例如，将一卷镀锌冷钢切割成与内部支撑件的长度相等的预定长度，以制造内部支撑件。接着，将切割长度的冷辊轧钢形成为内部支撑件的形状，以包括由腹板连接的两个侧法兰。
图2示出了桁架200中使用的示例弦杆202的剖视图204。具体地，弦杆202是经由各内部支撑件和外部支撑件附接至上弦杆的底弦杆。弦杆202的实现包括经由腹板214彼此连接的两个法兰210。在一个实现中，法兰210在法兰210的外端部230处连接至腹板214。另外，两个法兰210中的每个都具有位于法兰210的内端部232处的边缘212。法兰210的外端部232面向由底部法兰、顶部法兰和支撑件制成的桁架结构的内部。法兰210的外端部230连接至腹板214，腹板214面向由底部法兰、顶部法兰和支撑件制成的桁架结构的外部。
在所示示例中，法兰210和腹板214中每个的宽度均为2英寸。然而，在替代实现中，还可为这些元件设置其他宽度。2英寸腹板214给出了较大的表面面积，以将结构地板隔膜附接至腹板214。
另外，在所示实现中，边缘12的厚度是四分之一英寸。然而，在其他实现中可为边缘12设置替代厚度。四分之一英寸的边缘212抵抗横向偏转和/或平面外偏转和扭转，从而排除了需要用于将托梁连接至托梁的块，该块在使用“C”形托梁或其他桁架来阻止托梁的扭转时是很典型的。
图3示出了桁架300中使用的示例支撑件302的剖视图304。具体地，支撑件302包括宽度为1.8英寸的腹板310以及宽度为1.5英寸的两个法兰312。腹板310的宽度使得能够将支撑件302安装在上弦杆和底弦杆的腹板的内侧。虽然所示出的支撑件302为内部支撑件，但是可使用相似结构来形成用于桁架300的内部支撑件。
图4示出了示例桁架410的主视图400。如图4所示，桁架410包括上弦杆402、底弦杆404，外部支撑件406以及各种内部支撑件408。在图4中示出的实现中，桁架包括仅有两种长度的支撑件，其中，内部支撑件408中的每个都具有相同长度，并且外部支撑件406中的每个(在本文中仅示出一个外部支撑件)都具有相同长度。例如，在一个实现中，内部支撑件408中的每个的长度均为20英寸，而外部支撑件406中的每个的长度均为18英寸。然而，在替代实现中，这些标准化支撑件的长度可以不同。
图5示出了示例桁架500的替代主视图。具体地，桁架500包括上弦杆502、底弦杆504、外部支撑件506和多个内部支撑件508。内部支撑件508的交替件基本上彼此平行。因而，例如，内部支撑件508a基本上平行于内部支撑件508c。
另外，如图5所示，内部支撑件508中的每个都配置成以基本相似的角度结合弦杆502和504。因而，角度510和512中的每个都基本相似。在图5的示例实现中，角度510和512为59度。然而，在替代实现中，可使用其他大小的角度510和512。例如，角度510和512的大小可在55度与65度之间。
类似地，在外部支撑件(仅示出一个，506)与上弦杆502以及底弦杆504之间的角度514和516中的每个都彼此基本相似，并且与在其他外部支撑件(未示出)与弦杆502和504之间的角度基本相似。在示出的实现中，角度514和516中的每个都基本上等于71度。然而，在替代实现中，角度514和516中的每个都可大约在65度至75度之间。支撑件的这种标准化定位使得能够进行桁架500的快速和自动化组装，而无需支撑件的重新定位和任何测量。
图6示出了用于桁架600的引导孔和焊接槽布置602的示例。在该具体实现中，桁架600的支撑件由14号镀锌钢卷辊轧使用专门的辊轧成形机形成。这种辊轧成形机可通信地连接到配置成接收宏文件的机器，其中，宏文件具有用于以预定距离和预定角度切割钢卷的指令，以使得其能够被辊轧成形以生成用于桁架600的支撑件。另外，这种辊轧成形机还配置成接收来自宏文件的、关于桁架600的弦杆中的引导孔604和焊接槽606的放置或开孔的指令。引导孔604和焊接槽606允许把弦杆置于将被连接至支撑件的专门的装配夹具中。
另外，开孔和焊接焊接槽的标准化还使得能够以电脑机器人焊接将支撑件焊接至弦杆。因为焊接连接强于轻型材料，所以这种焊接连接提高了桁架600的总体强度，因而，排除了在弦杆与支撑件之间的连接点处的失效。另外，焊接连接不像机械紧固件那样会松动，因而，提高了桁架600的强度，并且消除了由松动的紧固件造成的任何地板矶声。另外，弦杆与支撑件的焊接连接使该桁架比典型“C”形托梁或典型轻钢桁架强度更大，从而允许均匀的2英尺中心间隔。这种2英尺中心间隔高效并且节省使用该桁架结构的建设的成本。
图7示出了桁架700的示例主视图702和侧视图704。在一个实现中，桁架700可以以2英尺的增量配置。换言之，每2英尺的桁架700在其特征、属性等都基本相似。在图7中示出的实现中，桁架700具有如标号706示出的18”的深度。因而，上弦杆与底弦杆之间的距离使得从上弦杆的顶部至底弦杆的底部的距离为18”。桁架的该深度提高了桁架的强度，并且能够使声音传递阻力更大，从而使地板更隔音。这种桁架结构还延长了使用这种桁架建设的地板组件的烧穿时间，从而提供更高的防火性能。
另外，支撑件在桁架内的均匀间隔对齐使用多个桁架建设的天花板组件和地板中的所有边带(webbing)，该均匀间隔允许HVAC管道工程、用于废物和排水管的水管装置、电接线等将通过边带行进的暗管(chasing)，从而消除了对工程暗管的需要。图8示出了多个桁架802的布置800的示意图，该示意图示出了用于诸如水管、管道工程等的各种设施的管道工程804的这种暗管。具体地，图8示出了在多个桁架802中的两个相邻内部支撑件之间的间隔810沿与上弦杆的方向垂直的方向对齐。
图9示出了多个桁架902的布置900的替代视图。如图9所示，用于各种设施的管道工程904能够通过由各种桁架提供的均匀边带设置暗管。
图10示出了制作本文中所公开的桁架的过程的示例流程图1000。具体地，流程图1000示出了制造本文中所公开的桁架的自动实现的各种操作。操作1002在用于生成桁架的组件的辊轧成形机处接收宏文件。在一个实现中，这种宏文件可从基于建筑图的宏文件的软件应用程序接收。在操作1004中，钢卷定位在辊轧成形机中。在操作1006中，辊轧成形机解译来自宏文件的指令，从而辊轧形成用于桁架的上弦杆。接着，在操作1008中，辊轧成形机解译来自宏文件的指令，从而辊轧形成用于桁架的底弦杆。类似地，操作1010和1012按照来自宏文件的指令辊轧形成用于桁架的外部支撑件和内部支撑件。另外，在操作2014中，按照来自宏文件的指令在上弦杆和底弦杆中开引导孔，而在操作2016中，按照来自宏文件的指令切割焊接槽。在各部分配置好后，在操作1018中，组装各部分以配置桁架。操作1020确定是否需要制造更多桁架，必要时，重复一次或多次以上操作。
以上说明、示例和数据提供了对本发明的示例性实施方式的使用和结构的完整描述。由于能够进行本发明的许多实施方式而不脱离本发明的精神和范围，所以本发明存在于所附权利要求中。另外，不同实施方式的结构特征可在又一实施方式中结合而不脱离所述权利要求。虽然已参照优选实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员应认识到的是，可在形式和细节中进行改变而不背离本发明的范围。上述实现和其它实现在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种桁架，包括：
上弦杆；
底弦杆；
多个外部支撑件，其中，所述多个外部支撑件中的每个的长度都大致相似，其中，所述外部支撑件中的每个与所述上弦杆之间的角度都大致相似；以及
多个内部支撑件，其中，所述多个内部支撑件中的每个的长度都大致相似。
2.如权利要求1所述的桁架，其中，交替的所述内部支撑件的彼此平行。
3.如权利要求2所述的桁架，其中，彼此平行的交替的内部支撑件中的每个与所述上弦杆之间的角度基本相似。
4.如权利要求2所述的桁架，其中，彼此平行的交替的内部支撑件中的每个与所述上弦杆之间的角度基本为五十九(59)度。
5.如权利要求1所述的桁架，其中，所述外部支撑件与所述上弦杆之间的角度基本为五十九(59)度。
6.如权利要求1所述的桁架，其中，所述底弦杆包括：
第一法兰，具有内端部以及外端部，所述第一法兰的外端部具有位于所述第一法兰的内端部处的第一边缘；
第二法兰，具有内端部以及外端部，所述第二法兰的外端部具有位于所述第二法兰的内端部处的第二边缘；以及
腹板，连接至所述第一法兰的外端部以及所述第二法兰的外端部，并且在所述第一法兰与所述第二法兰之间延伸。
7.如权利要求1所述的桁架，其中，所述上弦杆包括：
第一法兰，具有内端部以及外端部，所述第一法兰的外端部具有位于所述第一法兰的内端部处的第一边缘；
第二法兰，具有内端部以及外端部，所述第二法兰的外端部具有位于所述第二法兰的内端部处的第二边缘；以及
腹板，连接至所述第一法兰的外端部以及所述第二法兰的外端部，并且在所述第一法兰与所述第二法兰之间延伸。
8.如权利要求1所述的桁架，其中，所述上弦杆还包括多个焊接槽布置，所述焊接槽布置中的每个都包括引导孔和焊接槽，其中，所述焊接槽布置用于将所述内部支撑件和所述外部支撑件中的一个牢固地附接至所述上弦杆。
9.如权利要求8所述的桁架，其中，所述内部支撑件和所述外部支撑件中的每个都使用所述焊接槽焊接至所述上弦杆。
10.如权利要求1所述的桁架，其中，内部桁架的宽度比所述上弦杆和所述底弦杆中的每个的宽度都小。
11.一种桁架结构，包括：
多个桁架，所述多个桁架中的每个都包括上弦杆、底弦杆、多个外部支撑件以及多个内部支撑件，
其中，所述多个桁架中的每个的上弦杆均被定位为在相同平面水平中彼此平行，并且所述多个桁架中的每个的底弦杆也均被定位为在相同平面水平中彼此平行。
12.如权利要求10所述的桁架结构，其中，所述多个桁架中的每个中的所述多个外部支撑件中的每个的长度均基本相似。
13.如权利要求10所述的桁架结构，其中，所述多个桁架中的每个中的两个相邻内部支撑件之间的间隔沿着与所述多个桁架中的每个的上弦杆的方向基本垂直的方向对齐。
14.一种制造桁架的方法，所述方法包括：
辊轧成形上弦杆；
辊轧成形底弦杆；
辊轧成形多个外部支撑件；
辊轧成形多个内部支撑件；
在所述上弦杆和所述底弦杆中开引导孔；
在所述上弦杆和所述底弦杆中切割焊接槽；
通过所述引导孔和所述焊接槽将所述多个外部支撑件中的一个或多个连接至所述上弦杆和所述底弦杆；以及
通过所述引导孔和所述焊接槽将所述多个内部支撑件中的一个或多个连接至所述上弦杆和所述底弦杆。
15.如权利要求13所述的方法，其中，将所述多个内部支撑件中的一个或多个连接至所述上弦杆还包括以基本相似的角度把所述多个内部支撑件中的相邻内部支撑件中的每个都连接至所述上弦杆。
16.如权利要求13所述的方法，其中，将所述多个内部支撑件中的一个或多个连接至所述上弦杆还包括以彼此基本相似的距离把所述多个内部支撑件中的相邻内部支撑件中的每个都连接至所述上弦杆。
17.一种用于桁架的弦杆，所述弦杆包括：
第一法兰，具有内端部以及外端部，所述第一法兰的外端部具有位于所述第一法兰的内端部处的第一边缘；
第二法兰，具有内端部以及外端部，所述第二法兰的外端部具有位于所述第二法兰的内端部处的第二边缘；以及
腹板，连接至所述第一法兰的外端部以及所述第二法兰的外端部，并且在所述第一法兰与所述第二法兰之间延伸。
18.如权利要求17所述的弦杆，被用作桁架的底弦杆，其中，所述法兰的内端部面向所述桁架的内侧。
19.如权利要求17所述的弦杆，其中，所述边缘的厚度基本等于0.25英寸。
20.如权利要求17所述的弦杆，其中，所述腹板的宽度基本等于2英寸。
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