一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架[发明专利]

*CN102071772A*

(10)申请公布号 CN 102071772 A(43)申请公布日 2011.05.25

(12)发明专利申请

(21)申请号 201010611487.9(22)申请日 2010.12.29

(71)申请人西安建筑科技大学

地址710055 陕西省西安市雁塔路13号(72)发明人胡长明 刘兴才 曾凡奎 祝甲阳

田飞(74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务

所 61216

代理人王彩花(51)Int.Cl.

E04C 3/292(2006.01)E04B 7/00(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页

(54)发明名称

一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架(57)摘要

本发明属于建筑屋架结构领域，具体涉及一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架。该屋架由两榀全等的、长为8-15m、高跨比为1/4-1/2的等腰三角形平面钢木桁架和节点板组装连接成空间立体结构，在受力点分布上更加科学合理，下弦杆用钢筋代替大截面木材，节省了材料，并充分利用了不同材料之间的特性，降低了结构的自重，同时降低了造价，适合村镇公共活动场所中横向和纵向大跨空间的要求。

CN 102071772 ACN 102071772 ACN 102071776 A

权 利 要 求 书

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1.一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，包括两榀全等的、长为8-15m、高跨比为1/4-1/2的等腰三角形平面钢木桁架（1）和节点板（5）；

所述两榀平面钢木桁架（1）以立式交叉，且各平面钢木桁架（1）的过顶点的中线相重合，所述相重合的过顶点的中线位置处固定有支杆（4），支杆（4）上端与各上弦杆（2）相连接，下端固定于节点板（5）上，各平面钢木桁架（1）的下弦杆（3）相交并固定于节点板（5）上，下弦杆（3）两端与上弦杆（2）相连接；

以支杆（4）为轴，以半榀平面钢木桁架（1）为单位，上弦杆（2）和下弦杆（3）之间设有五根腹杆，其中腹杆一（6）、腹杆二（7）和腹杆三（8）斜式安装，腹杆四（9）和腹杆五（10）竖式安装；腹杆一（6）的上下端分别与上弦杆（2）和节点板（5）相连接；腹杆二（7）的上下端分别与上弦杆（2）和下弦杆（3）相连接，且其上端的连接点与腹杆一（6）上端的连接点为同一个连接点；腹杆三（8）上下端分别与上弦杆（2）和下弦杆（3）相连接，且其下端的连接点与腹杆二（7）下端的连接点为同一个连接点；腹杆四（9）的上下端分别与上弦杆（2）和下弦杆（3）相连接，且其上端的连接点与腹杆三（8）上端的连接点为同一个连接点；腹杆五（10）的上下端分别与上弦杆（2）和下弦杆（3）相连接；腹杆与下弦杆（3）的各连接点为等间距分布，且同一榀平面钢木桁架（1）两半榀的腹杆分布位置以支杆（4）为轴对称、数量相同；

所述节点板（5）由钢板制成；所述平面钢木桁架（1）的下弦杆（3）为两根平行的、直径为 18-22的钢筋；

所述平面钢木桁架（1）的上弦杆（2）和各腹杆由木材制成，上弦杆（2）所使用木材直径为12cm，各腹杆所使用的木材直径为8cm。

2.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，所述同一榀平面钢木桁架（1）的下弦杆（3）的两根钢筋之间焊接有钢质支撑点，所述钢质支撑点焊接在腹杆与下弦杆（3）的连接点处。

3.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，所述上弦杆（2）与支杆（4）上端采用锚固钉连接固定。

4.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢桁架屋架，其特征在于，所述支杆（4）下端采用锚固钉连接固定在节点板（5）上。

5.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，所述各平面钢木桁架的下弦杆（3）焊接于节点板（4）上。

6.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，所述上弦杆（2）与下弦杆（3）之间采用锚固钉连接。

7.根据权利要求1所述的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，所述腹杆与上弦杆（2）、腹杆与下弦杆（3）以及腹杆与节点板（5）的连接采用锚固钉连接。

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说 明 书

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一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架

技术领域

本发明属于建筑屋架结构领域，具体涉及一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架。

[0001]

背景技术

现有的村镇大型公共活动场所建筑大都采用纯木质平面桁架作为屋架，且各平面

桁架平行布置在建筑中，在受力分布上较单一，使得屋架体系有一定的不稳定性，在材料选择上也没有充分利用不同建筑材料之间成本和受力特性互补的特点，盲目使用截面过大的木材，造成了严重的浪费，而且木质材料受资源和环境因素的影响较大，作为桁架下弦杆件时不利于形成大跨空间。

[0002]

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种大跨度轻型钢

木桁架屋架，以主要适用于村镇大型公共活动场所建筑。[0004] 为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

一种适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，包括两榀全等的、长为8-15m、高跨比为1/4-1/2的等腰三角形平面钢木桁架和节点板；

所述两榀平面钢木桁架以立式交叉，且各平面钢木桁架的过顶点的中线相重合，所述相重合的过顶点的中线位置处固定有支杆，支杆上端与各上弦杆相连接，下端固定于节点板上，各平面钢木桁架的下弦杆相交并固定于节点板上，下弦杆两端与上弦杆相连接；

以支杆为轴，以半榀平面钢木桁架为单位，上弦杆和下弦杆之间设有五根腹杆，其中腹杆一、腹杆二和腹杆三斜式安装，腹杆四和腹杆五竖式安装；腹杆一的上下端分别与上弦杆和节点板相连接；腹杆二的上下端分别与上弦杆和下弦杆相连接，且其上端的连接点与腹杆一上端的连接点为同一个连接点；腹杆三上下端分别与上弦杆和下弦杆相连接，且其下端的连接点与腹杆二下端的连接点为同一个连接点；腹杆四的上下端分别与上弦杆和下弦杆相连接，且其上端的连接点与腹杆三上端的连接点为同一个连接点；腹杆五的上下端分别与上弦杆和下弦杆相连接；腹杆与下弦杆的各连接点为等间距分布，且同一榀平面钢木桁架两半榀的腹杆分布位置以支杆为轴对称、数量相同；

所述节点板由钢板制成；

所述平面钢木桁架的下弦杆为两根平行的、直径为

[0003]

18-22的钢筋；

所述平面钢木桁架的上弦杆和各腹杆由木材制成，上弦杆所使用木材直径为12cm，各腹杆所使用的木材直径为8cm。

所述同一榀平面钢木桁架的下弦杆的两根钢筋之间焊接有钢质支撑点，所述钢质

支撑点焊接在腹杆与下弦杆的连接点处。

[0006] 所述上弦杆与支杆上端采用锚固钉连接固定。

[0005]

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说 明 书

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所述支杆下端采用锚固钉连接固定在节点板上。[0008] 所述各平面钢木桁架的下弦杆焊接于节点板上。[0009] 所述上弦杆与下弦杆之间采用锚固钉连接。[0010] 所述腹杆与上弦杆、腹杆与下弦杆以及腹杆与节点板的连接采用锚固钉连接。[0011] 本发明所提供的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，采用两榀以立式交叉的等腰三角形平面钢木桁架组成空间立体结构，在受力点分布上更加科学合理，下弦杆用钢筋代替大截面木材，节省了材料，并充分利用了不同材料之间的特性，降低了结构的自重，同时降低了造价，适合村镇公共活动场所中横向和纵向大跨空间的要求，同时又满足一定的住宅安全节能要求。附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

[0013] 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

[0012]

具体实施方式

[0014] 本发明所提供的适用于村镇公共活动场所的大跨度轻型钢木桁架屋架，其特征在于，

包括两榀全等的、长为8-15m、高跨比为1/4-1/2的等腰三角形平面钢木桁架1和节点板5；

所述两榀平面钢木桁架1以立式交叉，且各平面钢木桁架1的过顶点的中线相重合，所述相重合的过顶点的中线位置处固定有支杆4，支杆4上端与各上弦杆2相连接，下端固定于节点板5上，各平面钢木桁架1的下弦杆3相交并固定于节点板5上，下弦杆3两端与上弦杆2相连接；

以支杆4为轴，以半榀平面钢木桁架1为单位，上弦杆2和下弦杆3之间设有五根腹杆，其中腹杆一6、腹杆二7和腹杆三8斜式安装，腹杆四9和腹杆五10竖式安装；腹杆一6的上下端分别与上弦杆2和节点板5相连接；腹杆二7的上下端分别与上弦杆2和下弦杆3相连接，且其上端的连接点与腹杆一6上端的连接点为同一个连接点；腹杆三8上下端分别与上弦杆2和下弦杆3相连接，且其下端的连接点与腹杆二7下端的连接点为同一个连接点；腹杆四9的上下端分别与上弦杆2和下弦杆3相连接，且其上端的连接点与腹杆三8上端的连接点为同一个连接点；腹杆五10的上下端分别与上弦杆2和下弦杆3相连接；腹杆与下弦杆3的连接点为等间距分布，且同一榀平面钢木桁架两半榀的腹杆分布位置以支杆为轴对称、数量相同；

其中的节点板5由钢板制成，平面钢木桁架1的下弦杆3为两根平行钢筋，平面钢木桁架1的上弦杆2和各腹杆由木材制成；

为使选材更加科学合理，避免材料资源的浪费和结构上的过剩，下弦杆3为两根直径为

18-22的钢筋，上弦杆2所使用的木材直径为12cm，各腹杆所使用的木材直径为

8cm。

[0015]

为了保证下弦杆3的两根钢筋在使用过程中保持平行，可在两根钢筋之间焊接钢质支撑点，并且该钢质支撑点可焊接在腹杆与下弦杆3的连接点处。

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说 明 书

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在支杆的固定连接方式上，支杆4上端可与各上弦杆2采用锚固钉连接固定，支杆4下端可采用锚固钉连接固定在节点板5上，锚固钉一端可焊接在节点板5上。[0017] 其中各平面钢木桁架1的下弦杆3焊接于节点板5上。[0018] 其中上弦杆2与下弦杆3之间采用锚固钉连接，锚固钉一端可焊接在下弦杆3的钢筋上。

其中腹杆与上弦杆2采用锚固钉连接，腹杆与下弦杆3、腹杆与节点板5的连接采

用锚固钉连接，锚固钉一端可焊接在下弦杆3的钢筋上或焊接在节点板5上。[0020] 以下提供本发明七个具体的实施例：

实施例1：如图1所示，本实例中，主体结构由两榀长为10m、高跨比为1/4的全等等腰三角形平面钢木桁架1以立式交叉，且两榀平面钢木桁架1的过顶点的中线相重合，在该中线位置处固定有支杆4，支杆4上端与各上弦杆2通过锚固钉相连接，下端通过锚固钉固定于节点板5上，各平面钢木桁架1的下弦杆3相交并焊接于节点板5上，下弦杆3两端与上弦杆2通过锚固钉相连接；且各腹杆与上弦杆2、下弦杆3和节点板4之间通过锚固钉连接。

[0019]

在材质上，其中下弦杆3为两根平行的直径为8cm的杉木。

[0021]

18钢筋，上弦杆2为直径12cm的杉木，各腹杆为

实施例2：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为10m，高

20钢筋，各腹杆采用

跨比为1/4，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的

[0022]

直径为8cm的杨木，并在两根钢筋之间、位于腹杆与下弦杆3的连接点处焊接钢质支撑点。

实施例3：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为10m，高

22钢筋，各腹杆采用

跨比为1/4，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的直径为8cm的杉木。

[0023]

实施例4：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为12m，高

20钢筋，各腹杆采用

跨比为1/3，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的

[0024]

直径为8cm的榆木，并在两根钢筋之间、位于腹杆与下弦杆3的连接点处焊接钢质支撑点。

实施例5：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为12m，高

22钢筋，各腹杆采用

跨比为1/4，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的直径为8cm的榆木。

[0025]

实施例6：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为15m，高

20钢筋，各腹杆采用

跨比为1/3，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的直径为8cm的杨木。

[0026]

实施例7：本实施例与实施例1不同之处在于，两榀平面钢木桁架1的长为15m，高

22钢筋，各腹杆采用

跨比为1/2，上弦杆2采用直径12cm的杉木，下弦杆3为两根平行的直径为8cm的杨木。

[0027]

通过相关试验对上述实施例中屋架的受力稳定性作了评价：

屋架荷载的确定：屋架荷载主要考虑屋面自重，因该大跨度轻型钢木桁架屋架应用于村镇地区，而村镇建筑中屋面自重主要包括粘土平瓦（0.55kN/m2）和椽子芦席 （0.13kN/m2）以及檩条自重（4KN/ m3），屋面坡度取最小值1:2（即斜面长度系数为1.12），跨度取15m，对

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说 明 书

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屋架承受的屋面荷载进行计算。

[0028] 村镇地区屋面檩条一般采用直径为12cm左右的原木。按檩条间距为80cm（村镇地区屋面常用布置）来计算，跨度为15米时每个坡面所用檩条总长度约为24米，自重大约为0.062×3.14×4 00kg/m3×24m =1.08kN。跨度15m,高跨比1/4时每个坡面的面积大约在31m2，斜面长度系数为1.12，同时平瓦和椽子芦席的厚度一般在0.06m，则每个坡面的荷载大约为：（0.55×0.06+0.13×0.06）×1.12×31+1.08=12.8kN，四个坡面受力为51.2KN左右。

[0029] 以上述所确定的屋面荷载数值为试验中施加外力大小的根据，在上弦杆和腹杆节点处以及中间支杆顶端挂质量相等的沙袋代替屋面荷载，每个沙袋质量取3kN,加载后测量下弦杆中间节点板5处钢筋挠度的变化。

[0030] 上述七个实施例中间节点板5处的钢筋挠度wc分别为：

实施例1：wc=0.02m；实施例2：wc=0.01m；实施例3：wc=0.008m；实施例4：wc=0.012m；实施例5：wc=0.015m；实施例6：wc=0.026m。实施7：wc=0.019m由上可知，各实施例下弦杆3钢筋的挠度wc均小于L/500=15/500=0.03m，都在允许的变形范围之内，满足所适用建筑的力学需求。

[0031] 本发明采用钢木结构组成空间桁架体系，充分利用了不同材料间的特性，空间体系使结构更加稳定，水平拉结筋可承担水平分力和部分屋面荷载下传形成的张力，整个结构连接紧密，设计合理，材料间搭配合理，安装简单，易于操作，有利于村镇公共活动场所大跨空间的形成。

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说 明 书 附 图

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图1

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