CN1300428C - 金属屋顶桁架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属屋顶桁架(10)，它包括下弦杆(12)，其相反的端部分别连接一对上弦杆(14)和(16)。该金属屋顶桁架(10)还包括多个细长的加强腹杆(18)和(20)，其相反的端部分别连接下弦杆(12)和其中一个上弦杆(14)。加强腹杆(18)和(20)由钢带冷轧形成槽形断面构形，该槽形断面构形包括腹板(26)和一对相对的翼缘(28)和(30)。根据本发明的一个方面，加强腹杆(18)和(20)的相反端部按下列形状形成，各个加强腹杆(18)和(20)的相对翼缘(28)和(30)，与下弦杆(12)和其中一个上弦杆(14)接合。在另一方面提供一种形成细长的加强腹杆(18)和(20)和/或弦杆(12)-(16)的方法。该方法包含在细长的钢带(40)中预先形成一对或多对相对的凹槽(36)和(38)。该对相对的凹槽(36)和(38)在相邻的加强腹杆(18)和(20)的接合处形成脆性连接。由此，金属屋顶桁架的各种构件可形成“串”，并且在建立起金属屋顶桁架(10)之前是可分离的。

Description

金属屋顶桁架

技术领域

本发明涉及一种金属屋顶桁架，尤其涉及但不只限于，形成金属屋顶桁架以及包含细长加强腹杆和弦杆的金属屋顶桁架的构件的方法。

背景技术

桁架通常用于屋顶结构中。这些桁架通常包括由加强腹杆相互连接的弦杆。这些构件由钢制成，通常为槽形轮廓，具有一对从腹板延伸出的翼缘。通常，当使用此种结构时，弦杆的腹板以“背靠背”结构抵靠翼缘的腹板设置。此外，为了便于运输和装设，各构件通常使用紧固件现场进行组装以将各构件相互连接在一起。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种由多个按照本发明第五方面所述的细长桁架构件构成的金属屋顶桁架，桁架的各构件包括：

下弦杆，其相对的端部分别连接一对上弦杆的相应端部；

多个受压腹杆，其相对的端部分别连接到下弦杆和其中一个上弦杆上；

具有槽形断面的受压腹杆和弦杆带有腹板和一对相对的翼缘，每个翼缘都具有在腹板之上延伸的向内弯折的自由边缘部分，该受压腹杆和弦杆互联，从而桁架基本呈平面状，而受压腹杆和弦杆面向相同方向取向；

每个受压腹杆的相反端部的构形使得腹板的一部分突出于翼缘，通过将腹板突出部分和与之对齐的相应的弦杆的腹板部分安装，而使受压腹杆与对应的弦杆连接，翼缘的边缘表面与突出腹板部分相邻，翼缘的边缘表面抵靠于相连的弦杆的相应翼缘，受压腹杆通过至少一个紧固件固定在其位置上，该紧固件延伸穿过每个突出腹板部分和与其齐平安装的弦杆的腹板部分。

已发现受压腹杆的翼缘与上或下弦杆的接合或接触能够提高屋顶桁架的结构性能。

最好下弦杆的至少一个翼缘的相反端部被切割，或以其它形式预先成形，以接合或接触各个上弦杆。

弦杆和/或受压腹杆最好具有非对称的断面构形，其中的一个翼缘的高度比另一翼缘矮。在一个形态中，一对弦杆和/或一对受压腹杆设计为彼此互锁，以形成封闭的断面。在一个实施例中，弦杆和/或受压腹杆的腹板和/或翼缘包括沿纵向延伸的加强肋。

弦杆和受压腹杆最好包括预先形成用于安装屋顶桁架的相互对齐的孔。弦杆和受压腹杆还最好通过一个或多个紧固件安装在一起，该紧固件与预先形成并对齐的孔配合。

该对上弦杆最好在其上端通过顶板连接。该顶板最好为细长形，并且至少一个相对的纵向边缘含有加强翼缘。在一个实施例中，加强翼缘包括与顶板呈直角的凸缘，并且该顶板通过多个顶部紧固件固定在弦杆上。

根据本发明的第二方面，提供一种形成金属屋顶桁架的多个细长的桁架构件的方法，该桁架构件为桁架的加强腹杆和/或弦杆，所述方法包括下列步骤：

在细长金属带上形成一对或多对相对的凹槽；

轧制成形细长的金属带，以形成具有槽形断面构形的桁架构件，该桁架构件是连续的，并通过该对相对的凹槽形成相邻桁架构件之间的接合部，并且形成使得相邻的桁架构件在轧制成形之后能够分离的连接。

每个槽形桁架构件最好包括腹板和一对相对的翼缘，各个相邻桁架构件的翼缘通过一对相对的凹槽的相应槽口分隔开，从而相邻桁架构件仅通过它们的腹板互联。易折断连接一般位于相邻腹杆和/或弦杆的腹板接合处。而且所述分离最好仅由手工操作，而不需要切割或分离工具。

形成凹槽的步骤最好包括对金属带模压或冲压。

该方法最好还包含在加强腹杆和/或弦杆的相反端部预先成形紧固件孔。而且该紧固件孔最好在具有槽形断面构形的腹杆中预先冲孔。

根据本发明的方法，优选地，所述计算机处理装置设置成与印制装置操作通讯，所述方法还包括下列步骤：

向处理装置中输入设计信息，在处理装置中计算金属屋顶桁架的构形和安装细节；

将安装细节(detail)至少打印在金属屋顶桁架的构件上。

安装细节最好打印在应用该细节的屋顶桁架的构件上。该安装细节还最好打印在金属屋顶桁架的细长加强腹杆和/或弦杆上。

安装细节的打印最好包含在金属带上进行喷墨打印，该金属带在以后可轧制成金属屋顶桁架的构件。

设计信息的输入最好包含输入与建筑结构有关的尺寸和荷载数据，在该建筑结构上架设金属屋顶桁架。

根据本发明的第三方面，提供一种形成金属屋顶桁架的方法，所述方法包括下列步骤：

提供设计信息输入其中的处理装置，以计算屋顶桁架的构形，还提供一种用于在金属带上开槽的装置，该金属带用以轧制形成金属屋顶桁架的构件，所述开槽装置与处理装置可操作地连通；

利用开槽装置在金属带上开槽，其中在金属带上形成相对的各对凹槽，所述各对相对的凹槽在金属屋顶桁架的相邻构件之间形成可折断连接，并且其形状根据屋顶桁架的构形而定。

根据本发明的第四方面，提供一种形成金属屋顶桁架的设备，该设备包括：

设计信息输入其中的处理装置以计算屋顶桁架的构形；

用于在金属带上开槽的装置，用金属带轧制形成金属屋顶桁架的构件，所述开槽装置与处理装置可操作地连通，在金属带上形成相对的各对凹槽，所述各对相对的凹槽在金属屋顶桁架的相邻构件之间形成可折断连接，并且其形状根据屋顶桁架的构形而定。

相邻的构件一般包括一个或多个细长的加强腹杆和/或弦杆。

该设备最好还包括与开槽装置操作连接的轧制成型装置，由此可将预先开槽的金属带轧制成槽形断面构形。

根据本发明第五方面方面，本发明提供多个细长的桁架构件，这些构件由连续的金属带形成，并相互首尾连接，相邻的桁架构件之间的接合由一对相对的凹槽确定，并形成允许相邻构件分离的连接，其中各凹槽的形状和位置由桁架的构形确定，从而在于连接处将相邻桁架构件分离后，各构件的尺寸和形状适于桁架的组装。

附图的简要说明

为了更好的理解本发明特征，下面仅用举例的方式，参照附图详细描述本发明的金属屋顶桁架的最佳实施例和其它各个方面，其中：

图1是金属屋顶桁架的透视图；

图2是图1中金属屋顶桁架的分解透视图；

图3A、3B示出了图1中屋顶桁架的腹杆与弦杆连接的前视和后视详图；

图4A、4B示出了图1中金属屋顶桁架的拱座连接的前视和后视详图；

图5是在轧制成形之前，屋顶桁架构件的预先开槽的钢带的透视图；

图6是图1中金属屋顶桁架的顶板透视图；和

图7是根据本发明的实施例，形成金属屋顶桁架的一般处理步骤的框图。

最佳实施例的详细描述

如图1所示，金属屋顶桁架10包括下弦杆12，其相反的两端分别连接一对上弦杆14和16。该金属屋顶桁架10还包括多个细长的加强腹杆18和20，其相反的端部分别连接下弦杆12和其中一个上弦杆14。在此实施例中，加强腹杆18为受压腹杆，而加强腹杆20为受拉腹杆。本实施例中的金属屋顶桁架10的形状大致为三角形，其中上弦杆14和16的相邻端部在顶连接机构22处连接。上弦杆14和16的相反端部与下弦杆12的相反端部在各自的拱座连接机构24处连接。但是应该理解，金属屋顶桁架的构形在不脱离本发明的范围的情况下可不同于上面所描述的构形，例如下弦杆可包括多于一个的弦杆，同样，该对上弦杆可延伸到多个弦杆处。

如图2所示，下和上弦杆12-16与加强腹杆18和20一起都由钢带冷轧成形为槽形断面构形，其包括腹板26和一对相对的翼缘28和30。该翼缘28和30包含彼此向内弯折的自由边缘部。下和上弦杆12-16与加强腹杆18和20一起一般由厚度为0.75mm的具有相当轻型的钢带制成。

根据本发明的一个方面，加强腹杆18和20的相对端部如下构成：各个加强腹杆18或20的相对翼缘28和30，与下弦杆12和其中一个上弦杆14或16接合。从图3可以很清楚地看出，根据一个实施例，作为受压腹杆的加强腹杆18的翼缘如28和30的接合或接触加强了屋顶桁架10的结构性能。下和上弦杆12-16与加强腹杆18和20一起排列在相同平面中，加强腹杆18的各个腹板26，与弦杆12彼此齐平。重要的是，作为受压腹杆的加强腹杆18的翼缘28和30在其端部被切割、或预先以其它形式形成为分别与下和上弦杆12和14接合或连接的形状。切割翼缘28和30的“深度”由加强腹杆分别相对于弦杆14、16和12的方向决定。

加强腹杆18和20与下或上弦杆12-16包括预先成形的孔32和34，该孔相互对齐以用于安装屋顶桁架10。具有相当粗糙螺纹的螺旋紧固件，可与对齐的孔32或34配合，以将加强腹杆分别安装到下弦杆12上。对齐的孔32和34一般在形成为弦杆12的钢带上或轧制的加强腹杆18上预先打好。

如图4所示，上弦杆14的相对翼缘28和30在其中的一端同时预先成形，以形成拱座连接机构24。翼缘28和30被切割，或在上弦杆14的相反端部预先成形，其中翼缘28和30与下弦杆12接合或接触。下和上弦杆12和14还包括预先成形并相互对齐的孔38，该孔与紧固件接合，以装配下和上弦杆12和14。上弦杆14的翼缘28和30与相对应的弦杆12的翼缘28的接合或接触，进一步加强了屋顶桁架10的结构性能。上弦杆14或16的翼缘28和30的切割“深度”，或预先形成的形状由屋顶桁架10的构形决定，尤其由上弦杆14或16相对于下弦杆12的角度决定。

本实施例中的槽形断面弦杆12-16和加强腹杆18和20在断面构形上是非对称的。相对翼缘中的一个如翼缘28的高度比另一个如翼缘30的矮，其中一对槽形断面弦杆或加强腹杆12或18设计成为彼此互锁的，以形成封闭断面的弦杆或加强腹杆。弦杆12-16和/或加强腹杆18和20可包括一个或多个沿纵向延伸的加强肋。该加强肋最好形成于槽形断面的腹板26中。

根据本发明的另一个方面，阐述了一种形成细长加强腹杆18和20、和/或弦杆12-16的方法。如图5所示，本方法的实施例包括：在细长的钢带40中预先形成一对或多对相对的凹槽36和38。该对相对的凹槽36和38在本实施例中相邻加强腹杆18和20的接合处形成可折断连接。预先形成的相对的凹槽36和38如此成形，从而：

i)在轧制成断面后，本实施例中相邻的加强腹杆18和20可通过手工操作(manipulation)，或者通过反复弯折相邻的腹杆18和20而被分离；

ii)当屋顶桁架10树立起来时，各个加强腹杆28或20的相对翼缘28和30与下弦杆12或上弦杆14或16接触。

在本实施例中，相对的凹槽36和38部分延伸进入对应的加强腹杆18或20的腹板26中。这样，腹板26在加强腹杆18和20的接合处足够脆弱，以使加强腹杆18和20可分离。但是，该可折断连接有足够的强度以使相邻的金属屋顶构件，如加强腹杆28和20在轧制成形的过程中保持连接。由此，金属屋顶桁架的多个构件如加强腹杆18和20，可形成为“串”。例如，加强腹杆如18和20与其它的屋顶桁架10的加强腹杆可形成为一个“串”，并且可在组建好屋顶桁架10之前分离。同样对于相对小的桁架，其上和下弦杆，如12-16可连接成“串”。这样可增加制造金属屋顶桁架构件的速度，降低损失构件的危险，并且便于组建金属屋顶桁架如10。

预先形成有凹槽的弦杆12-16与加强腹杆18和20也可预先穿孔，以便于随后的装配。在本实施例中，紧固件孔32和34形成于各个加强腹杆18和22的相反端部，同时本实施例中相互对齐的紧固件孔形成于下弦杆12中。在钢带40预先形成凹槽之前、之后或期间，在各个屋顶桁架构件的腹板26中都可预先凿出紧固件孔32和34。将预先形成的孔和预先形成孔的钢带40冷轧成图2所示的槽形断面。轧制模型相当便宜并且是“非智能”的，但可使钢带预先形成的凹槽和预先形成的孔达到相当高的精确度。这样可保证在安装和组建金属屋顶桁架如10时，例如加强腹杆18和20的翼缘28和30能够分别承担住下和上弦杆12和14。

图6示出了顶部连接机构22所包含的顶板42。该顶板42为细长形，并且包括沿其一个纵向边缘延伸的加强翼缘44。该加强翼缘44由与顶板42呈直角弯折的凸缘形成。该顶板42由螺栓或其它方式固定在邻接的上弦杆4和16的腹板上。顶板42与上弦杆14和16之间设置的加强翼缘44基本水平，并直接朝向屋顶桁架10的内侧。顶板42适于顶部连接构件向上至约40度角的范围内。顶板42包括多个预先形成的孔46，以将顶板42安装到上弦杆14和16与加强腹杆20上。

图7示出各个步骤的框图，包括设计和制造上述的金属屋顶桁架。形成金属屋顶桁架10的一般步骤如下：

i)将设计信息输入到处理机中，该处理机可向预先形成凹槽和预先穿孔的设备输出控制信息；

ii)将钢带传送入预先形成凹槽和预先穿孔的设备，该设备根据处理机的控制信息形成钢带；

iii)在预先形成凹槽和预先穿孔的钢带上打印由处理机产生并输出的安装细节；

iv)在普通的相当便宜的轧制模型中轧制出钢带。

安装细节最好打印在适用该细节的构件，如弦杆12或者加强腹杆18上。例如，加强腹杆18可包括安装细节或说明，其中在其每个端部都需要两个紧固件，以保证固定在指定的上和下弦杆上。

另外，屋顶桁架构件还可包括用于由第三部分检测的杆的组装确认信息。构件标记也有助于屋顶桁架的设计完整性和其组装速度。

处理机包括在CAD“环境”中操作的软件，该软件根据与建筑结构有关的尺寸和荷载数据，确定金属屋顶桁架的最佳构形。

另外，根据各个屋顶桁架构件的相对角度，程序精确地确定了所需的预先形成的凹槽和穿孔。例如，这对于确保加强腹杆的翼缘接触到上和下弦杆尤其重要。

本领域所属技术人员应理解，此处所描述的本发明除特殊描述之外，还可附加各种变形和修正。例如，加强腹杆和/或弦杆的断面构形是可变化的，从而可突出相对翼缘与弦杆接合的结构优点。钢带的预先形成的凹槽是可变化的，从而可在金属屋顶桁架的相邻的构件如加强腹杆之间形成脆性连接。

所有这些变化和修正都应认为是不脱离前面描述所确定的特征范围。

Claims (38)

1、一种形成金属屋顶桁架的多个细长的桁架构件的方法，桁架构件为桁架的加强腹杆和/或弦杆，所述方法包括下列步骤：

在细长的金属带上形成一对或多对相对的凹口；

轧制细长的金属带，以形成具有槽形断面构形的桁架构件，各桁架构件是连续的，并且邻接的桁架构件之间的接合部由所述对相对的凹口确定，并且限定出使得邻接的桁架构件在轧制成形之后能够断开的连接。

2、根据权利要求1所述的方法，其中每个槽形桁架构件包括腹板和一对相对的翼缘，各邻接桁架构件的相应翼缘通过一对相对的凹口的相应凹口分隔开，从而邻接的桁架构件仅通过它们的腹板互连。

3、根据权利要求1所述的方法，其中所述连接是易折断的以使邻接的桁架构件仅通过手工操作就可分离，不需切割或分离工具。

4、根据权利要求1所述的方法，其中形成凹口的步骤包括对金属带模压或冲压。

5、根据权利要求1所述的方法，其中该方法还包括在细长的金属带上形成紧固件孔的步骤。

6、根据权利要求5所述的方法，其中在桁架构件的腹板上冲孔以形成所述紧固件孔。

7、根据权利要求1所述的方法，其中该方法还包含下列步骤：

设立所需的屋顶桁架构形；和

在金属带上设立凹口结构，以形成适于在所需屋顶桁架构形中使用的桁架构件；其中

在细长的金属带上形成一对或多对相对凹口的步骤根据所述设立结构在金属带上开设凹口。

8、根据权利要求7所述的方法，其中该方法还包括下列步骤：

设立所需的屋顶桁架构形的桁架构件的安装细节；

在桁架构件上印制关于安装细节的信息。

9、根据权利要求8所述的方法，其中将安装细节印制在应用该细节的屋顶桁架的构件上。

10、根据权利要求9所述的方法，其中将安装细节印制在桁架构件的细长加强腹杆和/或弦杆构件上。

11、根据权利要求8所述的方法，其中安装细节的印制包含在随后用以轧制形成屋顶桁架构件的金属带上进行喷墨印制。

12、根据权利要求8所述的方法，其中由计算机处理器响应由该计算机处理器处理的设计信息设立所需屋顶桁架构形。

13、根据权利要求12所述的方法，其中设计信息包含与装设所述金属屋顶桁架的建筑结构有关的尺寸和荷载数据。

14、根据权利要求12所述的方法，其中所述计算机处理器设置成与所述印制装置操作通讯，所述方法还包括下列步骤：

向计算机处理器输入设计信息，在计算机处理器中计算金属屋顶桁架构形和安装细节；和

在金属屋顶桁架的构件上印制至少关于安装细节的信息。

15、根据权利要求14所述的方法，其中将安装细节印制在应用该细节的屋顶桁架的构件上。

16、根据权利要求15所述的方法，其中将安装细节印制在金属屋顶桁架的细长加强腹杆和/或弦杆上。

17、根据权利要求14所述的方法，其中安装细节的印制包括在随后用以轧制形成屋顶桁架构件的金属带上进行喷墨印制。

18、根据权利要求14所述的方法，其中输入设计信息包括输入与其上架设金属屋顶桁架的建筑结构有关的尺寸和荷载数据。

19、一种形成金属屋顶桁架的多个细长桁架构件的设备，所述设备包括：

设计信息输入其中的处理装置，用以计算屋顶桁架的构形；和

用于在用以轧制形成金属屋顶桁架构件的金属带上开设凹口的装置，所述开设凹口的装置与处理装置操作通讯，其中在金属带上形成相对的各对凹口，所述各对凹口在金属屋顶桁架的相邻构件之间形成可折断连接，并且根据屋顶桁架的构形成型；

轧制成型装置，用以将预先开设凹口的金属带轧制成槽形断面构形。

20、根据权利要求19所述的设备，其中相邻的构件包括一个或多个细长的加强腹杆和/或弦杆。

21、根据权利要求19所述的设备，其中所述轧制成型装置与开设凹口的装置操作连接。

22、一种金属屋顶桁架的多个细长桁架构件，各构件具有槽形断面构形并由连续的金属带形成，并且首尾相互邻接，邻接的桁架构件之间的接合部由一对相对的凹口确定并限定出允许邻接的构件断开的连接，其中各凹口根据桁架的构形成形和定位，从而在于连接处将邻接的桁架构件断开后，各构件的尺寸和形状适于组装所述桁架。

23、根据权利要求22所述的多个细长的桁架构件，其中各构件是槽形的，并包括腹板和一对相对的翼缘，其中邻接的桁架构件的翼缘由相对的一对凹口的相应凹口分隔开，从而邻接的桁架构件仅由它们的腹板互连。

24、根据权利要求23所述的多个细长的桁架构件，其中邻接的桁架构件之间的连接位于凹口的腹板中间区域，从而在桁架构件断开后，每个构件的一端都包括伸出其翼缘之外的腹板部分。

25、根据权利要求23或24所述的多个细长的桁架构件，其中金属带开设凹口时形成的翼缘的边缘表面形成支撑表面，用以在桁架组装时抵靠其它桁架构件。

26、根据权利要求22所述的多个细长的桁架构件，其中桁架构件包括用于接收紧固件的预先成形的孔，以在组装桁架时将桁架构件固定在一起。

27、根据权利要求26所述的多个细长的桁架构件，其中所述构件包括关于用于所需的桁架构形的各构件的安装细节的信息。

28、根据权利要求22-24以及26-27中任一所述的多个细长的桁架构件，其中可折断连接构做成允许仅通过手工操作将邻接的桁架构件断开，而不需切割或分离工具。

29、根据权利要求25所述的多个细长的桁架构件，其中可折断连接构做成允许仅通过手工操作将邻接的桁架构件断开，而不需切割或分离工具。

30、一种由多个按照权利要求22所述的细长桁架构件构成的金属屋顶桁架，所述桁架的各构件包括：

一下弦杆，于其相对的端部处连接于一对上弦杆的相应端部；

多个受压腹杆，于其相对的端部处分别连接到下弦杆和上弦杆之一上；

具有槽形断面轮廓的受压腹杆和各弦杆带有腹板和一对相对的翼缘，每个翼缘具有在腹板之上延伸的向内弯折的自由边缘部分，所述受压腹杆和弦杆互连，使得桁架呈平面状，而受压腹杆和弦杆面向相同方向取向；

其中每个受压腹杆在其相对端部处构做成部分腹板伸出其翼缘之外，受压腹杆通过以伸出腹板部分贴靠安装于弦杆的相应腹板上而与相应弦杆连接，而与伸出腹板部分相邻的翼缘的边缘表面抵靠于所连接的弦杆的相应翼缘，并用至少一个延伸穿过各伸出腹板部分和所述伸出腹板部分与之贴靠安装的弦杆的腹板部分的紧固件固定就位。

31、根据权利要求30所述的金属屋顶桁架，其中各弦杆和受压腹杆都具有相同的断面构形。

32、根据权利要求30或31所述的金属屋顶桁架，其中各弦杆和受压腹杆的断面构形是非对称的，其中相对翼缘中的一个比另一个翼缘高度矮。

33、根据权利要求30所述的金属屋顶桁架，其中各弦杆和/或受压腹杆的腹板和/或翼缘包括沿纵向延伸的加强肋。

34、根据权利要求30所述的金属屋顶桁架，其中各弦杆的腹板和受压腹杆的伸出腹板部分都具有预先形成的孔，各孔相互对齐，并接收一个或多个紧固件，用于使受压腹杆固定在相应弦杆上。

35、根据权利要求30所述的金属屋顶桁架，其中所述对上弦杆的上端部利用一顶板相互连接。

36、根据权利要求35所述的金属屋顶桁架，其中顶板为长形的，并且其相对的纵向边缘中的至少一个包括加强翼缘。

37、根据权利要求36所述的金属屋顶桁架，其中所述加强翼缘包括垂直于顶板形成的凸缘，该顶板通过多个顶部紧固件固定在弦杆上。

38、根据权利要求30所述的金属屋顶桁架，其中一对弦杆和/受压腹杆设计为彼此互锁，以形成封闭的断面。

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