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木料结构部件

阅读:593发布:2021-08-30

专利汇可以提供木料结构部件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型提供一种木料结构部件。所述结构部件包括:第一木料圆形件,具有沿它的长度纵向延伸的第一配合表面;以及第二木料圆形件,具有沿它的长度纵向延伸的第二配合表面。所述第一配合表面成形为与是第二配合表面进行配合,且所述两个木料圆形件固定在一起以便形成整体结构的单元,在所述单元中,所述第一配合表面与所述第二配合表面 接触 ,且所述第一木料圆形件与所述第二木料圆形件基本平行。所述第一木料圆形件通过沿所述部件的长度间开的多个 紧 固件 而固定在所述第二木料圆形件上,所述多个紧固件包括与所述结构部件的所述纵向轴线成锐 角 和钝角而设置的紧固件。,下面是木料结构部件专利的具体信息内容。

1.一种木料结构部件,包括:
第一木料圆形件,具有沿其长度纵向延伸的第一配合表面;以及
第二木料圆形件,具有沿其长度纵向延伸的第二配合表面;
其中,所述第一配合表面成形为与所述第二配合表面进行配合,且所述两个木料圆形件固定在一起以形成结构上成一体的单元,在所述单元中,所述第一配合表面与所述第二配合表面接触,且所述第一木料圆形件与所述第二木料圆形件基本平行,并且其中,所述第一木料圆形件通过沿所述部件的长度间隔开的多个固件固定在所述第二木料圆形件上,所述多个紧固件包括与所述结构部件的纵向轴线成锐和钝角而设置的紧固件。
2.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述多个紧固件包括与所述结构部件的所述纵向轴线成交替的锐角和钝角而设置的相邻紧固件。
3.根据权利要求1或2所述的木料结构部件,其中:
所述第一配合表面是通过沿所述第一木料圆形件的长度除去劣弧段而提供的平表面,以及
所述第二配合表面是通过沿所述第二木料圆形件的长度除去劣弧段而提供的平表面。
4.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述结构部件设置有多个穿过所述第一和第二圆形件的孔,各孔成形为容纳所述多个紧固件中的一个。
5.根据权利要求4所述的木料结构部件,其中:所述多个孔包括与所述结构部件的所述纵向轴线成锐角而形成的孔和与所述结构部件的所述纵向轴线成钝角而形成的孔。
6.根据权利要求5所述的木料结构部件,其中:所述成锐角而形成的孔包括与所述结构部件的所述纵向轴线成在45°和70°之间的角度而形成的孔,所述成钝角而形成的孔包括与所述结构部件的所述纵向轴线成在110°和135°之间的角度而形成的孔。
7.根据权利要求5所述的木料结构部件,其中:所述成锐角而形成的孔包括与所述结构部件的所述纵向轴线成60°角度而形成的孔,所述成钝角而形成的孔包括与所述结构部件的所述纵向轴线成120°角度 而形成的孔。
8.根据权利要求4所述的木料结构部件,其中:所述紧固件通过粘接剂而固定在孔中。
9.根据权利要求8所述的木料结构部件,其中:所述孔的尺寸设置成能够在它们的边缘和所述紧固件之间有足够间隙,以便使得各紧固件能够由在相关孔中的粘接剂来包封。
10.根据权利要求9所述的木料结构部件,其中:所述紧固件由粘接剂包封防止所述紧固件与它们位于其中的所述孔的侧部接触。
11.根据权利要求9或10所述的木料结构部件,其中:所述紧固件的端部设置有帽,所述帽防止所述紧固件的端部暴露于环境中。
12.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述紧固件是增强杆。
13.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述第一木料圆形件的端部设置有第一径向切口,所述第二木料圆形件的端部设置有第二径向切口,所述第一和第二木料圆形件的端部在所述木料结构部件中彼此相邻,且所述径向切口的形状和位置设置成使得所述木料结构部件能够与又一部件啮合,所述又一部件具有圆形截面。
14.根据权利要求13所述的木料结构部件,其中:所述第一和第二径向切口的轴线对齐。
15.根据权利要求13所述的木料结构部件,其中:所述第一和第二径向切口的轴线平行。
16.根据权利要求13所述的木料结构部件,其中:所述第一和/或第二径向切口的轴线倾斜,以使得所述木料结构部件能够与所述又一木料圆形件形成倾斜连接。
17.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述第一木料圆形件的端部设置有第一轴向孔,所述第一轴向孔的尺寸设置成容纳第一连接钉,所述第二木料圆形件的端部设置有第二轴向孔,所述第二轴向孔的尺寸设置成容纳第二连接榫钉,所述第一和第二木料圆形件的端部在所述木料结构部件中彼此相邻。
18.根据权利要求17所述的木料结构部件,其中:所述第一连接榫钉中心定位在第一孔中以与所述第一木料圆形件同轴,且而所述第二连接榫钉中心定位在第二孔中以与所述第二木料圆形件同轴。
19.根据权利要求18所述的木料结构部件,其中:所述第一和第二连接榫钉通过定心环而分别定心在第一和第二孔中。
20.根据权利要求17所述的木料结构部件,其中:所述连接榫钉从包括软杆和高强度钢杆的组中选择。
21.根据权利要求17所述的木料结构部件,其中:所述连接榫钉通过粘接剂而固定在各孔中。
22.根据权利要求21所述的木料结构部件,其中:所述孔的尺寸设置成能够在它们的边缘和相关连接榫钉之间有足够间隙,以使得所述连接榫钉能够由在相关孔中的所述粘接剂来包封。
23.根据权利要求1所述的木料结构部件,其中:所述第一木料圆形件通过使用施加在第一和/或第二配合表面上的粘接剂而固定在所述第二木料圆形件上。

说明书全文

木料结构部件

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种用于建筑构造的结构部件。

背景技术

[0002] 木料结构部件在建筑结构的构造中起到重要的作用。由于它用于承受负载的强度以及它承受各种的自然能力,木料通常用于各种结构和下部结构,例如托梁、梁、柱、椽和框架。而且,当与基于金属的材料比较时,木料结构部件通常成本更低,并更容易切割和加工,以用于特定建筑需要。
[0003] 不过,存在与木料结构部件相关联的多个缺点和复杂性。木料中的任何缺陷都能够损害部件的强度,且因此损害使用该部件建造的任意结构。因此,需要相对高质量的木材来制造木料部件(该木料部件例如包括木料托梁)。这对特定年龄和质量的特殊种类树木有大的要求,这继而导致生产成本增加以及提出自然资源保护问题。依赖于锯出实心木料的原木部分,木料可能有关于劈裂、腐朽、节子、异常生长和纹理结构的缺陷或问题。另外,当锯成和制备用于商业用途时,木料容易有加工缺陷,例如碎片、毛刺沟痕和木料缺棱。
[0004] 而且,使用实心木料的附加困难是必须找到具有用于所需用途的合适尺寸和强度重量比的木料。应当知道,这取决于能够找到合适尺寸和形状的、用于切成所述木料的树木。
[0005] 为了解决与实心木料相关联的问题,已经寻找用于制造木料托梁的可选类型木材。这些包括工程木头复合材料,例如胶合板、旋切板胶合木(“LVL”)、定向木片胶合木(“OSL”)和定向木片板(“OSB”)。木头复合材料的优点是原材料成本便宜(因为它们能够由更低等级的木头或者甚至木头废料而形成),且没有与实心木材缺陷相关联的问题。不过,在工程木头复合材料的制造中的能量和资源需求通常更高,因为加工的结构木料需要比自然形成的木料更多的切割、粘接和固化
[0006] 由木头复合材料制造的木料托梁还有关于连接的问题。它们通常通过搁置在另一部件上来连接,并钉钉以便防止侧向扭转和/或运动。为了使得托梁在例如用作梁/柱时能够承受轴向压缩和横向弯曲,需要附加扭转限制,例如木砖(noggins)或端部封堵(end blocking)。这些扭转限制可能在例如使用安装金属托架时成为设计阻碍。另外,金属托架容易在火中化和坍塌,因为它们的强度在升高温度下明显降低。
[0007] 因此,希望提供一种木料结构部件,它改进或克服一个或多个上述缺陷、或者至少提供一种有利的替代方案。
[0008] 在说明书中对任意现有技术的所述并不能认为是承认或以任意形式认为这些现有技术形成在澳大利亚或任意其它管辖区中的公知常识,或者承认或认为这些现有技术可以由本领域技术人员合理预期地发现、理解和认为相关。实用新型内容
[0009] 在一个方面,本实用新型提供一种木料结构部件,包括:第一木料圆形件,具有沿它的长度纵向延伸的第一配合表面;以及第二木料圆形件,具有沿它的长度纵向延伸的第二配合表面,其中,所述第一配合表面成形为与所述第二配合表面进行配合,且所述两个木料圆形件固定在一起以便形成结构上成一体的单元,在所述单元中,所述第一配合表面与所述第二配合表面接触,且所述第一木料圆形件与所述第二木料圆形件基本平行,并且其中,所述第一木料圆形件通过沿所述部件的长度间隔开的多个固件而固定在所述第二木料圆形件上,所述多个紧固件包括与所述结构部件的纵向轴线成锐和钝角而设置的紧固件。
[0010] 所述多个紧固件可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成交替的锐角和钝角而设置的相邻紧固件。
[0011] 所述第一配合表面可以是通过沿所述第一木料圆形件的长度除去劣弧段而设置的平表面,而所述第二配合表面可以是通过沿所述第二木料圆形件的长度除去劣弧段而设置的平表面。
[0012] 所述结构部件可以设置有多个穿过所述第一和第二圆形件的孔,所述各孔形成为容纳所述多个紧固件中的一个。
[0013] 所述多个孔可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成锐角而形成的孔和与所述结构部件的所述纵向轴线成钝角而形成的孔。
[0014] 所述成锐角而形成的孔可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成在45°和70°之间的角度而形成的孔,所述成钝角而形成的孔可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成在110°和135°之间的角度而形成的孔。
[0015] 所述成锐角而形成的孔可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成60°角度而形成的孔,所述成钝角而形成的孔可以包括与所述结构部件的所述纵向轴线成120°角度而形成的孔。
[0016] 所述紧固件可以通过粘接剂而固定在所述孔中。
[0017] 所述孔的尺寸可以设置成能够在它们的边缘和所述紧固件之间有足够间隙,以便使得所述各紧固件能够由在相关孔中的所述粘接剂来包封。
[0018] 所述紧固件由所述粘接剂包封可以防止所述紧固件与它们位于其中的所述孔的侧部接触。
[0019] 所述紧固件的端部可以设置有帽,所述帽防止紧固件的端部暴露于环境中。
[0020] 所述紧固件可以是增强杆。
[0021] 所述第一木料圆形件的端部可以设置有第一径向切口,而所述第二木料圆形件的端部可以设置有第二径向切口,所述第一和第二木料圆形件的端部在所述木料结构部件中彼此相邻,且所述径向切口的形状和位置设置成使得所述木料结构部件能够与又一部件啮合,所述又一部件具有圆形截面。
[0022] 所述第一和第二径向切口的轴线可以对齐。
[0023] 所述第一和第二径向切口的轴线可以平行。
[0024] 所述第一和/或第二径向切口的轴线可以倾斜,以便使得所述木料结构部件能够与又一木料圆形件形成倾斜连接。
[0025] 所述第一木料圆形件的端部可以设置有第一轴向孔,所述第一轴向孔的尺寸设置成容纳第一连接钉,而所述第二木料圆形件的端部可以设置有第二轴向孔,所述第二轴向孔的尺寸设置成容纳第二连接榫钉,所述第一和第二木料圆形件的所述端部在所述木料结构部件中彼此相邻。
[0026] 所述第一连接榫钉可以中心定位在所述第一孔中以便与所述第一木料圆形件同轴,且所述第二连接榫钉可以中心定位在所述第二孔中以便与所述第二木料圆形件同轴。
[0027] 所述第一和第二连接榫钉可以通过定心环而分别定心在第一和第二孔中。
[0028] 所述连接榫钉可以从包括软杆和高强度钢杆的组中选择。
[0029] 所述连接榫钉可以通过粘接剂而固定在所述各孔中。
[0030] 所述孔的尺寸可以设置成能够在它们的边缘和相关连接榫钉之间有足够间隙,以便使得所述连接榫钉能够由在相关孔中的粘接剂来包封。
[0031] 所述第一木料圆形件可以通过使用施加在第一和/或第二配合表面上的粘接剂而固定在所述第二木料圆形件上。
[0032] 本实用新型还延伸至用于形成如上所述的木料结构部件的方法和装置。
[0033] 除非上下文中另外需要,这里使用的术语“包括”和它的变化形式,诸如“现在进行时的包括(comprising)”、“一般现在时的包括(comprises)”、以及“一般过去时的包括(comprised”),将并不排斥其它添加物、构件、整数或步骤。附图说明
[0034] 图1表示根据本实用新型一个实施例的结构部件的透视图。
[0035] 图2表示适合用于构造根据本实用新型一个实施例的结构部件的三种可选尺寸的基础木料的剖视图。
[0036] 图3表示图2中所示的三种基础木料的剖视图,这些基础木料连接以便产生根据本实用新型实施例的结构部件。
[0037] 图4A表示根据本实用新型又一实施例的结构部件的侧剖图。
[0038] 图4B表示标注有各种尺寸的、图4A中所示的结构部件的部分剖视图。
[0039] 图5表示根据本实用新型又一实施例的结构部件的透视图。
[0040] 图6表示图5的结构部件的右视图。
[0041] 图7A和7B分别表示图5的结构部件的俯视图和仰视图。
[0042] 图8表示使用图5的结构部件构造的桁架的弯头接合的剖视图。
[0043] 图9表示根据本实用新型又一实施例的结构部件的左侧透视图。
[0044] 图10表示图9的结构部件的俯视图。
[0045] 图11表示用于制造根据本实用新型实施例的结构部件的定心环的平面图。
[0046] 图12表示用于制造和连接根据本实用新型实施例的结构部件的垫片的平面图。

具体实施方式

[0047] 概括来说,参考图1,本实用新型的一个实施例是结构部件100,结构部件100通过将一对真正圆形件101和102固定在一起而形成。圆形件的制备、它们可以固定在一起的方式以及结构部件的一些示例用途将在下面详细介绍。
[0048] 1.制备基础材料
[0049] 图1提供根据本实用新型实施例的结构部件100的透视图。结构部件100包括与第二木料圆形件102连接的第一木料圆形件101。圆形件101和102各自提供有支承表面(后面将介绍),并沿在这些支承表面之间的交界面112来连接。
[0050] 用于第一和第二木料圆形件101和102的木料为所谓的“真正圆形部分”或者(如本文中使用的)“真正圆形件”或“圆形件”。圆形件在澳大利亚标准1720的部分6中介绍,并通常由商业上生长为可再生植树造林木料的针叶树来制造。这些木料通常快速生长、容易收获,并具有较低的自然缺陷率。多种木料适用于形成真正圆形件,特别是往往在它们的长度的相当大部分上具有相对恒定直径的那些类型木料,以便在修剪和形成圆形的加工过程中使得废料减至最少。种植松材料例如湿地松或加勒比松(carribaea)杂合体将用于形成合适的真正圆形件。可以考虑的其它材料包括花旗松和各种桉树。
[0051] 将木料加工成真正圆形件是一种简单的工艺,其中仅有的废料是较小的枝杈和树皮部分。这些“废料”都可以简单和高效地加工成服务于景观和建材行业的材料。在加工真正圆形件时涉及的能量大大低于锯成截面所需的能量。
[0052] 通过使用整个截面,(在澳大利亚标准1720中认可的)真正圆形件101和102的优点将由结构部件100继承。与同等锯成截面相比,真正圆形件的整个截面的固有强度使得它们理想地用于本实用新型。例如,已选择使用真正圆形件是由于它们提供了优于其它木料产品例如锯成木料或层叠木料产品的多个优点。例如,一个优点是真正圆形件相对便宜,且简单地通过砍下合适直径的树木和然后修剪树木的外表面以便形成沿它的整个长度具有恒定直径的杆来制造。只有废料例如树皮和枝杈从杆的外表面切除
[0053] 真正圆形件特别坚固,因为并没有通过锯或其它处理来破坏木料纤维的自然强度。圆形件的整体性得到保持,且使圆形件圆化所需的修剪处理并不会对圆形件的总强度产生大的影响。木料的自然特性是圆形件的中心的芯或髓相对较软且具有较低的结构强度。另一方面,木料的周边硬得多,且木料纤维能够承载较高拉伸负载。还有,该较硬外层更加防止吸和防昆虫侵害,因此通过在预制真正圆形件的加工中使得木料的外周保持大致完整,从而保持木料的结构整体性。
[0054] 参考图2,图中表示了可以合适地用于本实用新型中的三个不同尺寸的真正圆形件:具有125mm直径的圆形件202、具有150mm直径的圆形件204、以及具有200mm直径的圆形件206。当然,能够使用任意直径,但是真正圆形件通常在75mm-300mm的范围内。选择的实际直径将取决于结构部件的预定用途。
[0055] 图3表示利用图2中所示的125mm的圆形件202、150mm的圆形件204和200mm的圆形件206已形成的结构部件302、304和306的端视图。
[0056] 针对本实用新型的目的,圆形件进行机械加工以便沿圆形件长度除去劣弧段,以便提供平支承表面208。平支承表面208与圆形件直径的比例选择成为正在制造的结构部件(例如结构部件100)提供合适尺寸的截面。为了本实用新型,除去的合适劣弧段尺寸为深度是圆形件直径的大约0.2倍的弧段-即对于125mm的圆形件,除去深度为大约25mm的劣弧段。当然,该比例可以根据可能需要的特殊结构用途而变化。劣弧段可以例如通过使用粗木锯或刨板机而除去。
[0057] 在图2中,圆形件202、204和206表示为制备成在圆形件202、204和206的相对侧上有一对平支承表面208和210。通过在圆形件202、204和206的相对侧上设置两个扁平支承表面208和210,一个支承表面(例如208)可以用于使得所述圆形件与另一圆形件连接,以便形成结构部件(如后面所述),而另一个支承表面(例如210)可以用于提供固定其它材料例如包覆元件的表面。而且,除去了两个弧段的对称截面更少可能有不均匀分布的干燥应力
[0058] 不过,可替代地且对于图1中所示的每个结构部件100,圆形件可以制备有单个平支承表面208,圆形件沿该支承表面208连接。
[0059] 在连接机械加工的圆形件101和102以便产生结构部件100之前,圆形件101和102可以进行防腐处理,以便提供使用寿命保护。根据结构部件100的预定用途能够给与不同程度的保护-例如从H2(其中,结构部件用于地上隐蔽用途)至H5(其中,结构部件用于地面结构用途)。合适的防腐可以通过无铬和砷的称为季铵(ACQ)工艺来提供。
[0060] 2.形成结构部件
[0061] 2.1层叠
[0062] 为了形成结构部件100,已经制备有配合支承表面(如上所述)的两个圆形件101和102匹配并固定在一起。圆形件101和102使用夹具而拉拢在一起,且结构部件100沿连接交界面112进行层叠。
[0063] 2.2交叉榫钉接合
[0064] 一旦圆形件101和102已层叠,孔109例如通过穿过两个圆形件101和102进行钻孔而穿过结构部件100形成。紧固件110然后插入孔109内,并使用粘接剂粘合材料而固定就位。
[0065] 可以知道,多种可选类型的紧固件110都可以合适使用,例如销、榫钉、杆或螺栓。不过,在本实施例中,使用的紧固件110是变形增强杆,如在混凝土建材行业中通常使用的。
[0066] 可选的紧固件110例如包括热浸电变形或Y形杆榫钉或者具有结构部件和环境条件(结构部件将暴露于所述环境条件中)所需的合适强度特性的任意其它榫钉/杆/紧固件。例如,而且根据结构部件的预计用途,可以部署具有不同防腐性的紧固件。它们的范围可以从标准的高拉伸增强杆(例如用于内陆的非侵蚀性环境)至高等级不锈钢变形杆(例如用于侵蚀性的海洋环境)。
[0067] 孔109的位置和角度选择为保证一旦紧固件110固定就位,在部分101和102之间产生充分的结合,以便保证结构部件100的真实复合作用。
[0068] 孔109的直径和紧固件110的直径根据结构部件100的预计用途来选择。孔109的尺寸设置成使得紧固件110能够装配成具有由使用的粘接剂粘合材料的性能特征所规定的充分间隙。例如,典型的孔-杆比率可以为如下:22mm孔用于16mm变形杆;18mm孔用于12mm变形杆;以及30mm孔用于20mm杆。
[0069] 当紧固件110在孔109中固定就位时,预先形成的环形定心环可以用于保证紧固件110中心定位在孔109中。(后面所述的)定心环使得粘接剂能够流过所述环进入孔109中,以便保证由粘接剂实现完全包封紧固件110。粘接剂从孔109的一端环绕榫钉110而注入,孔109的另一端允许空气在注入处理过程中逸出。这保证粘接剂在孔109中环绕榫钉100均匀分布。粘接剂可以使用例如扳机打胶枪或气动打胶枪来注入。(后面所述的)垫片160还能够横过在两个圆形件101和102之间的交界面112用于孔109内部,以便阻止任何胶在交界面112处逸出。
[0070] 一旦部件101、102布置在夹具中,紧固件110就插入孔109内,并进行胶注入。圆形件101和102被保持就位,同时粘接剂开始固化。这通常在4个小时内进行,但是这取决于包括温度、木料的水含量和胶的配方的多个变量。当需要拱形结构部件时,这可以通过在成形夹具中使得圆形件101和102成拱形而实现。当粘接剂固化时向圆形件施加初始设置(initial set)将保证在结构部件中保持预先形成的拱形。
[0071] 粘接剂粘合材料例如可以包括双组分环氧树脂材料,或者在一些用途中可以使用单相环氧树脂。理想的是,环氧树脂完全封闭紧固件110,从而沿紧固件110的整个长度提供了它的腐蚀屏障。具体地说,合适的粘接剂是结构环氧树脂例如防水触变无溶剂环氧树脂。粘接剂粘合材料提供了使得埋入的紧固件110防腐蚀的附加优点。
[0072] 紧固件110穿过结构部件100扎入,这使得结构部件100能够抑制纵向裂纹,所述纵向裂纹是典型的高负载失效。紧固件110的精确数目、类型和插入角度将取决于结构部件100的预计用途。
[0073] 图4A表示根据本实用新型实施例的结构部件400的侧剖视图。图4B表示部件400的部分视图,其中表示了多个尺寸和角度。如能看到的,在结构部件400中的相邻孔408以交替的锐角和钝角(从部件400的纵向轴线沿相同方向来测量)来钻出。如能看到的,通过交替角度,相邻孔408(因此和已经固定在孔中的紧固件)并不相互平行,而是成重复的V形图形。一旦紧固件固定就位,这种重复的V形图形提供了桁架效果,以便给予结构部件400附加强度。桁架效果是处于其倾斜构型的榫钉从支承表面向外部连接节点传递强所施加的负载的能力,从而减少必须由木纤维单独承受的应力大小。
[0074] 精确的交替锐角和钝角根据木料的负载承载特性以及在榫钉和木料之间产生的胶粘合强度来选择。例如,当使用15°和165°的交替角度(它们使得各孔/紧固件与垂直方向成75°角度)时,将需要非常长的紧固件长度,并将产生很高的粘合强度。不过,在这样的角度下,需要专用设备来形成所需的孔,且每米的紧固件量将非常低,从而导致在各紧固件上的、不可接受的高应力(从而引起粘接剂失效的危险)。也可选择,当紧固件都提供为90°时(即垂直于结构部件的纵向轴线),紧固件将并不提供任何桁架效果,并将导致每个紧固件的非常短的胶粘合长度(每个销大约2直径)。
[0075] 总的来说,如图4中所示,已经发现大约60°和120°的交替角度(它们使得各孔/紧固件与垂直方向成30°角度)将提供上述考虑因素的合适平衡。不过,在与垂直方向成20°(即与纵向轴线成70°至110°的交替角度)至与垂直方向成45°(即与纵向轴线成45°至135°的交替角度)之间的其它角度也能够用于特定用途。
[0076] 在图4所示的实施例中,在结构部件400的相同边缘上的相邻紧固件408的端部之间的距离是D/3(即结构部件400的横截面D的1/3)。这也提供了在竞争因素之间的合适平衡。当距离大于D/3时,桁架效果将削弱或完全失去。当负载在销之间传递时,这会继而导致在销之间的应力裂纹。相反,小于D/3的分开距离(当然)将增加所需的紧固件的数目,这将使得它们昂贵(在紧固件自身和所需粘接剂的成本方面以及在形成更多的孔和将紧固件固定于其中的制造时间方面),还将降低结构部件的经济可行性,同时不能使得性能等价增加。
[0077] 孔和紧固件的角度以及在相邻紧固件之间的距离(如图4中所示)当然同样可用于前面和后面所述的本实用新型可选实施例中。
[0078] 3.端部连接
[0079] 依赖结构部件的预计用途,结构部件100的圆形件101和102的一端或两端106可以设置有轴向孔103和/或径向切口107,以便于结构部件100与其它部件或结构连接。
[0080] 轴向孔103能够在结构部件100的各端部处制造用于榫钉类型的端部纹理(end grain)连接件。轴向孔103机械加工于圆形件101和102的该端部(或两端)中至预定深度。各孔103的尺寸设置成接收钢榫钉104(或类似件),如图所示。榫钉104可以例如是变形增强杆,类似于用于在圆形件101和102之间交叉榫钉接合的榫钉110。
[0081] 当每次插入紧固件时,如上所述,孔103的直径都将大致稍微大于榫钉104,以便使得粘接剂粘合材料能够注入和完全包围榫钉104,从而保证在榫钉104和圆形件101或102之间的高强度粘合连接。粘接剂可以使用例如扳机打胶枪或气动打胶枪来注入。
[0082] 为了保证榫钉104定心在孔103内,可以使用环形的预制定心环150。图11提供了定心环150的视图,定心环150包括中心孔152,中心孔152的直径基本与要使用的榫钉104相同(或者稍微更大)。定心环的周边设置有多个凸154,所述多个凸耳154的尺寸/位置设置成与孔103的边缘啮合。在使用中,定心环150沿榫钉104来布置和固定,其中,对于榫钉104需要穿过的每一个部件都有至少一个定心环(多个部件可被连接在一起,例如当连接横杆和柱和第二横杆时)。榫钉104然后穿过定心环的中心孔152而插入孔103中。定心环150保证榫钉104中心定位在孔103内,并使得粘接剂能够在孔103的边缘和凸耳154之间注入孔103内。定心环150可以由塑料、金属或复合材料来制造。
[0083] 参考图12,垫片160可以横过在结构部件100和它附接的任意其它部件之间的交界面来使用,从而限制胶泄漏至部件之间的接头中。垫片160包括具有中心孔161的环带163,环带163的内径162基本与榫钉103相同,且环带163的外径165基本与插孔相同,所述插孔与孔103轴向对齐地钻出。垫片160的长度能够在2和10mm之间,且插孔的长度因此需要至少足以容纳垫片160,其中,垫片160横过在一个部件和另一部件之间的交界面而从所述一个部件交叉至另一部件中。环带163的内表面具有多个凸耳164,所述多个凸耳
164的尺寸和位置设置成保持和使得插入的榫钉104(或110)定心在孔103(或孔109)中。
[0084] 当结构部件100与另一部件或圆形件连接时(或者当结构部件100的两个圆形件101和102连接在一起时),所述处理通常需要在相关部件或圆形件中钻出所需的孔,插入榫钉/紧固件(使用或不使用定心环),横过接头插入垫片,然后从孔的暴露端(例如孔109的暴露端113)穿过部件或圆形件而注入胶。也可选择,榫钉/紧固件-垫片的组合可以同时插入。当需要时,胶可以在使用通气孔(bleeder hole)的情况下注入。一旦胶已被注入,榫钉/紧固件将由胶包封。通过使用端帽或者将榫钉的端部浸入例如液体橡胶的化合物中以便产生直径基本与孔103的直径相等或稍微更小的帽,能够防止榫钉/紧固件110和104的端部与木料接触。对于紧固件,端帽也可以用于将紧固件定心在孔中,在这种情况下,如上所述的定心装置可以不需要。端帽还防止紧固件的端部暴露于环境中,并用于使得紧固件的端部变平滑/缓冲,从而处置可能的断裂点。
[0085] 除了能够固定榫钉104,中心孔103还除去圆形件101和102的中心和通常最弱的部分。这继而提高了结构部件100作为整体的强度/结构完整性。
[0086] 一旦榫钉104固定在结构部件100中,它们的自由端105能够用于使得结构部件100与附加部件/结构连接。这样的组合结构受到的负载力再通过结构部件100的圆形件
101和102来轴向传递。这用于增加组合结构的强度。
[0087] 而且,通过将连接榫钉104容纳于圆形件101或102中,榫钉104大致受到保护和与火隔离。其它已知的连接系统使用在外部装配的连接器(例如榫钉、销、钉、螺栓、板等)。当起火时,已发现这些在外部装配的连接器将热量传递至托梁的木料中,从而导致托梁的不稳定性不合适地增大。理论上,不稳定性的这样增大是由于连接器变得太热以使得孔中的木料烧焦和收缩而引起的,因此在这时运动的部件中产生动态应力。
[0088] 通过提供内部的榫钉连接器104,这种问题将被避免,且结构部件100的防火等级取决于圆形件101和102。还应当知道,在本实用新型中使用的圆形件101和102自身的可燃烧性小于锯成的木料。
[0089] 在使用中,设想榫钉104的自由端105将插入在固定在结构部件100上的部件/结构中的孔内。与上述类似的粘合结构用于保证榫钉104的两端合适地锚固在它们各自的孔内。
[0090] 通过由一对轴向榫钉来提供与结构部件100的连接,当施加负载时将防止结构部件100扭转。需要时,结构部件100的两端都能够以这种方式来固定,在这种情况下,使用四个高强度轴向榫钉连接件来将部件100固定就位。
[0091] 当结构部件100要与圆形柱等(例如又一真正圆形件)连接时,圆形件101和102的端部106还可以设置有径向切口107。尽管使用了术语“径向”,但是应当知道,切口不需要为精确的圆形,而是可以有更通常的扇贝形或凹形形状。切口107的曲率半径或形状选择为使得圆形柱的直径或者结构部件100将要连接的另一部件的大致凹形形状镜像。这提供了与圆形柱或其它部件的、简洁和结构合理的连接。
[0092] 径向切口107可以使用例如定制的大孔径锯床而机械加工至圆形件101和102中。而且,径向切口107的轴线的角度可以选择为能够在任意方位与另一部件连接。例如,端部可以在各种角度设置,例如,切口107的轴线与圆形件101和102的轴线成45°角度(如图5至8中所示),或者切口107的轴线与圆形件101和102的轴线成90°角度(如图1中所示),或者在它们之间的任意角度。这使得结构部件能够以用于要构造的结构或下部结构的所需角度来与圆形柱或另一部件连接。
[0093] 应当知道,选择用于特殊结构部件的端部将取决于部件的预计用途/布置。例如,图1提供了在各端部106处有径向切口107的结构部件100,从而使得结构部件100适用于在各端板处与圆形部件/结构(例如真正圆形件)连接。另一方面,图4表示具有两个平坦/平端部410和412的结构部件400。结构部件400将适合布置在两个平表面之间。也可选择,图5的结构部件500的一端510设置有径向切口506和508(用于与圆形部件/结构连接),且相对端512设置有平端部(用于与平表面连接/固定在平表面上)。
[0094] 在图5中,结构部件500使用第一圆形件502和第二圆形件504而形成。如上所述,部分502和504的端部进行机械加工,这样,圆形件502和504的端部506成形为能够以一定角度与另一圆形部分连接。通过端部506的径向切口508的倾斜轴线,有助于所述倾斜连接,如图6和7中所示。在所示实施例中,部件500的、与径向切口508相对的端部为平坦,以便使得部件500能够固定在平表面或部件上。
[0095] 参考图8,与结构部件500连接的部件自身能够是这里所述类型的又一结构部件。图8表示了桁架连接件800,其中,通过与结构部件500的双销钉端部纹理连接件804,结构部件500与倾斜部件802连接。由径向切口和轴向榫钉提供的接头806提供了优良销接头连接件,它有局部瞬时稳固性。与正方形切口的锯成部分相比,它获得了另外增加的支承。
[0096] 在图1和5所示的实施例中,两个圆形件(图1中的101和102以及图5至8中的502和504)形成有径向切口,所述径向切口的形状和位置设置成与圆形部件或结构啮合。为了便于此,图1中的凹形切口的轴线轴向对齐。
[0097] 在可选实施例中,如图9和10中所示,结构部件900包括第一圆形件902和第二圆形件904,第一圆形件902和第二圆形件904的端部906机械加工为使得端部由相邻切口908形成,所述相邻切口908具有平行和间开的轴线。因此,该实施例方便横过两个相邻圆形件(例如本实用新型的结构部件)的宽度来啮合。
[0098] 上述连接方法的用途通过非限制实例而包括:地板系统,例如在托架与托梁的平面连接中;框架系统,例如包括弯头(柱/支脚与椽子)或脊(椽子与椽子)的框连接件;梁/柱连接件;以及倾斜连接件(对角桁架)。
[0099] 除了通过使用上述木料圆形件而获得的优点,结构部件(一旦装配就)用作复合部件,所述复合部件用于提供进一步的结构强度和稳定性。因此,由木料圆形件形成结构部件有多个优点,包括相对较低损耗和保持圆形件的结构完整性。
[0100] 这样形成的结构部件的能力与相同尺寸和种类的等效锯成部分相当。不过,应当强调,用于形成结构部件的树木的成熟期比等效锯成部分所需的成熟期少很多年。
[0101] 本实用新型的结构部件使用的木料的年龄通常比等效锯成部分少很多年。与否则可能使用普通锯成部分的情况相比,这使得森林的生长周期能够提供年轻得多的树木用于建筑用途。另外,已经提出,与成熟的树木相比,年轻的树木从大气中留住更大容积的,因此,优选是收获相对年轻的木料(如在本实用新型中使用)和重新种植(例如见西澳大利亚森林产品委员会的媒体说明,2009年9月4日)。
[0102] 在制造上述结构部件中涉及的净损耗和能量消耗基本小于在制造结构相当的锯成部分时所涉及的。工程木料例如LVL(旋切板胶合木)具有非常高的环境覆盖区。尽管具有使用较小木料部分的明显优点,但是在高压形成处理中涉及的能量和粘合部件所需的一定量树脂将对环境有害。
[0103] 4.用途
[0104] 由本实用新型的结构部件形成的复合托梁具有优于传统单个部件部分的多个优点。例如,结构部件提供了用作梁所需的合适深度与宽度比:所述比率近似为2比1,从而使得它非常适合作为弯曲部件。部件通过利用低成本的原料(通常是更便宜的针叶树种的整个圆木部分)来进行经济地制造。
[0105] 根据本实用新型实施例的结构部件的特性为这样,所述结构部件能够承受轴向压缩和横向弯曲,而不需要任何附加的扭转限制。这使得结构部件例如适合用作梁/柱。而且,结构部件的扇贝形端部有利于与又一部件的销连接,这使得桁架连接能够(以各种角度)使用双销钉连接。这样的双销钉连接有利的是它们相对简单,但是也提供了增加的支承和具有局部瞬时稳固性。
[0106] 本实用新型的结构部件的用途与任意其它梁或梁/柱材料的用途相同,包括普通的家用构造。结构部件的尺寸设置成适合更高负载的用途,并能够有效代替在家用构造中的更大锯成部分和在商用构造中的层压木板部分(laminated veneer sections)。
[0107] 结构部件的用途包括(只是通过非限制实例):地板部件,例如托架或托梁;墙框架部件,例如过梁和承重墙骨;天花板框架部件,例如椽子或悬挂/支撑梁;门框部件,例如柱、椽子或底弦杆;以及梁/柱部件,包括墩和声屏障柱。
[0108] 各种元件还能够进行连接,以便形成一定范围的连接件,例如桁架结点(弯头和脊连接件)。
[0109] 应当知道,在说明书中公开并限定的本实用新型将延伸至由文本或附图所述或所示的两个或更多单独特征的所有可选组合。所有这些不同组合构成本实用新型的各种可选方面。
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