一种基于木折板的双向结构受力体系

摘要

本发明公开了一种基于木折板的双向结构受力体系，以解决现有的大跨方向结构与悬挑方向结构并存时两者不能协同受力的问题。本发明包括上弦木板；与所述上弦木板板面平行间隔设置的下弦木板；设置于上弦木板和下弦木板之间的木质三角空间折板单元，若干木质三角空间折板单元并排相连以作为上弦木板和下弦木板之间的腹杆结构。本发明整体构筑巧妙，能够实现悬挑方向以及大跨方向上的协同受力和造型统一，且在该两个方向上均具有较强的抗变形能力。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种基于木折板的双向结构受力体系。

背景技术

现有的木结构体系中，通常采用木梁或者钢木结构实现大跨度和悬挑建筑。大跨度和悬挑相互垂直是常见的结构体系，在现有技术方案中，木梁或者钢木结构需在两个方向单独设置，分别承担两个方向的内力，大跨方向往往布置桁架、大梁等用以抵抗大跨荷载，悬挑方向往往布置大梁用以抵抗悬挑荷载，两个方向上的结构没有协同受力和造型统一，结构体系即不经济、也不好看。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何使悬挑方向结构和大跨方向结构能够协同受力，目的在于提供一种基于木折板的双向结构受力体系。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于木折板的双向结构受力体系，包括：

上弦木板；

与所述上弦木板板面平行间隔设置的下弦木板；

设置于上弦木板和下弦木板之间的木质三角空间折板单元，若干木质三角空间折板单元并排相连以作为上弦木板和下弦木板之间的腹杆结构。

在一些实施例中，所述木质三角空间折板单元包括：两个木质侧板，所述木质侧板具有矩形部和直角三角部，直角三角部的其中一直角边部作为所述矩形部的其中一边部，所述矩形部连接于所述上弦木板和下弦木板之间且所述矩形部的板面与所述上弦木板的板面形成夹角，两个木质侧板的矩形部通过“Π”字形连接件与上弦木板或下弦木板连接；木质盖板，所述木质盖板与两个直角三角部的斜边部连接，该两个直角三角部的斜边部相交于靠近上弦木板的一侧。

在一些实施例中，所述“Π”字形连接件包括第一“Π”字形连接件、第二“Π”字形连接件和第三“Π”字形连接件；所述第一“Π”字形连接件具有第一横板、第一左斜板及第一右斜板，第一左斜板及第一右斜板连接于第一横板上，所述第一横板与所述上弦木板连接，所述第一左斜板与左侧的矩形部外板面连接，所述第一右斜板与右侧的矩形部外板面连接；所述第二“Π”字形连接件具有第二横板、第二左斜板及第二右斜板，第二左斜板及第二右斜板连接于第二横板上，所述第二横板与所述下弦木板连接，所述第二左斜板与左侧的矩形部内板面连接，所述第二右斜板与右侧的矩形部内板面连接；所述第三“Π”字形连接件具有第三横板、纵板、第三左斜板及第三右斜板，第三左斜板及第三右斜板连接于第三横板的上板面，纵板连接于第三横板的下板面，所述第三左斜板与左侧的矩形部外板面连接，所述第三右斜板与右侧的矩形部外板面连接，所述纵板隔断下弦木板并用于与型钢支座连接。

在一些实施例中，所述“Π”字形连接件通过第一组螺钉与上弦木板连接、通过第二组螺钉与左侧矩形部连接、通过第三组螺钉与右侧矩形部连接、通过第四组螺钉与下弦木板连接；其中，每一组螺钉中至少有两个螺钉的轴线与所连接的板面形成锐角，其余螺钉的轴线与所连接的板面形成直角。

在一些实施例中，所述木质三角空间折板单元中相邻的木质侧板之间形成45～60°夹角。

在一些实施例中，所述木质侧板、木质盖板、上弦木板和下弦木板均被配置成正交胶合木板。

在一些实施例中，所述上弦木板、下弦木板的顺纹方向相同，均平行于上弦木板的长度方向；所述木质侧板的顺纹方向垂直于所述上弦木板的长度方向；所述木质盖板的顺纹方向平行于上弦木板的长度方向。

在一些实施例中，包括设置于相邻木质盖板之间的连接架；所述连接架包括三角桁架，所述三角桁架的三个角部上分别连接有第一角钢、第二角钢以及第三角钢；所述第一角钢以及第二角钢均用于连接相邻的木质盖板和木质侧板；所述第三角钢用于连接相邻的木质侧板。

在一些实施例中，该双向结构受力体系还包括：第一钢桁架，所述第一钢桁架连接于上弦木板和下弦木板之间且第一钢桁架的长度方向沿上弦木板的长度方向布设；与所述第一钢桁架平行间隔设置的第二钢桁架，所述第二钢桁架连接于上弦木板和下弦木板之间且第二钢桁架的长度方向沿上弦木板的长度方向布设；沿所述上弦木板的宽度方向，所述第一钢桁架与所述第二钢桁架位于上弦木板的相对两端。

在一些实施例中，第一钢桁架中的第一腹杆与所述矩形部一一对应连接；第二钢桁架中的第二腹杆与所述矩形部一一对应连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种基于木折板的双向结构受力体系，在大跨度和悬挑相互垂直的结构体系中，在悬挑方向布置空间木质三角折板单元实现悬挑结构，同时，该空间木质三角折板单元伸入垂直的大跨方向成为斜腹板，与大跨方向的上下弦木板共同组成大跨方向的桁架实现大跨结构。整个结构体系利用空间折板结构具有的较大刚度，抵抗悬挑荷载，同时悬挑方向结构作为大跨度方向结构中的腹杆与木桁架共同受力抵抗大跨，巧妙地实现了两个方向一套结构体系的协同受力和造型统一。

2、本发明提供的一种基于木折板的双向结构受力体系，整体结构采用木质材料作为主要的结构材料，结构自重较小；在悬挑方向采用三角空间折板结构，具有较大的结构刚度和强度，相较于普通木梁，提供了更高的承载能力以及抗变形能力；大跨度方向采用木板桁架结构，具有较大的结构刚度和强度，相较于普通木梁，提供了更高的承载能力以及抗变形能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的木质双向结构受力体系结构示意图；

图2为本发明实施例提供的木质三角空间折板单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的木质双向结构受力体系断面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的木质双向结构受力体系的爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例提供的木质双向结构受力体系顺纹方向示意图；

图6为本发明实施例提供的木质侧板结构示意图；

图7为本发明实施例提供的连接架的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的木质双向结构受力体系大跨方向结构的连接结构示意图；

图9为图8中A处的局部放大结构示意图；

图10为本发明实施例提供的第一“Π”字形连接件的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的第二“Π”字形连接件的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的第二“Π”字形连接件的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的钢木混合双向结构受力体系的爆炸结构示意图；

图14为本发明实施例提供的钢木混合双向结构受力体系断面结构示意图；

图15为本发明实施例提供的钢木混合双向结构受力体系大跨方向结构的连接结构示意图；

图16为本发明实施例提供的辅助示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

10-上弦木板，11-下弦木板，12-木质三角空间折板单元，121-木质侧板，1211-矩形部，1212-直角三角部，122-木质盖板，13-连接架，131-三角桁架，132-第一角钢，133-第二角钢，134-第三角钢，14-封边梁，15-“Π”字形连接件，151-第一“Π”字形连接件，1511-第一横板，1512-第一左斜板，1513-第一右斜板，152-第二“Π”字形连接件，1521-第二横板，1522-第二左斜板，1523-第二右斜板，153-第三“Π”字形连接件，1531-第三横板，1532-第三左斜板，1533-第三右斜板，1534-纵板，16-型钢支座，17-第一钢桁架，171-第一腹杆，18-第二钢桁架，181-第二腹杆，19-加强钢板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

在本发明提供的一种基于木折板的双向结构受力体系的一个实施例中，可参阅图1～图11，该基于木折板的双向结构受力体系包括上弦木板10、下弦木板11和木质三角空间折板单元12；上弦木板10与下弦木板11板面平行间隔设置；木质三角空间折板单元12设置于上弦木板10和下弦木板11之间，若干木质三角空间折板单元12并排相连以作为上弦木板10和下弦木板11之间的腹杆结构。

其中，木质三角空间折板单元12可以包括木质盖板122和两个木质侧板121；木质侧板121具有矩形部1211和直角三角部1212，直角三角部1212的其中一直角边部作为矩形部1211的其中一边部，矩形部1211连接于上弦木板10和下弦木板11之间且矩形部1211的板面与上弦木板10的板面形成夹角，两个木质侧板121的矩形部1211通过“Π”字形连接件15与上弦木板10或下弦木板11连接；木质盖板122与两个直角三角部1212的斜边部连接，该两个直角三角部1212的斜边部相交于靠近上弦木板10的一侧。

具体而言，上弦木板10与下弦木板11均被构造成长条板状，上弦木板10与下弦木板11的长度方向平行且板面相对；木质侧板121整体呈条形板状，沿木质侧板121的长度方向，木质侧板121分为矩形部1211和三角部，三角部的其中一直角边与矩形部1211的其中一边共用一边，若干矩形部1211首尾相连的设置于上弦木板10和下弦木板11之间，矩形部1211上相对的两个边部分别与上弦木板10、下弦木板11连接，两个矩形部1211之间通过“Π”字形连接件15与上弦木板10或下弦木板11固定连接，该两个边部分别位于三角部的两侧，三角部的长度方向垂直于上弦木板10的长度方向，此时，两个三角部的斜边部便形成V形缺口，该V形缺口的开口朝向背离上弦木板10；木质盖板122的整体形状与前述的V形缺口对应，亦即木质盖板122的整体形状呈三角形，木质盖板122的两个边部分别与两个三角部的斜边部通过角钢连接，角钢一边与木质盖板122贴合、另一边与木质侧板121贴合，两个三角部的角部则位于木质盖板122剩余边部的两端，所有的木质盖板122上远离上弦木板10的边部分别与封边梁14连接。

本实施例中，上弦木板10、下弦木板11与若干矩形部1211共同构成木桁架体系以在大跨方向起到支撑作用；木质侧版121与木质盖板122共同构成三角空间折板结构以在悬挑方向起到支撑作用。其中，木质侧板121既作为木桁架体系中的构件，又作为三角空间折板结构中的构件，大跨方向结构在承力时，木质侧板121作为木桁架中的腹板，通过木质盖板122将每两个木质侧板121进行连接，使得木质侧板121具有较大的抗变形能力，从而使得木桁架整体的抗变形能力、承载能力得以提高；悬挑方向结构在承力时，木质侧板121与木质盖板122形成的三角空间折板结构本身具有较大的结构强度，并且所有的木质侧板121被连接为一个整体且作为了桁架结构中的腹杆，使得桁架结构能够与三角空间折板结构协同受力，从而减小悬挑方向结构的变形量。

本实施例中，木质盖板122、木质侧板121的材质均被配置成木材并形成三角空间折板结构的悬挑，悬挑本身具有较好的承载能力，且由于材料的选用悬挑方向结构整体的质量较轻，悬挑方向结构由于自身重力产生的变形量较小，不会为桁架结构带来过大的承载负荷。

在一些可选的实施例中，“Π”字形连接件15的材料设置为钢以保证连接强度；请参阅图9～图11，“Π”字形连接件15具体包括第一“Π”字形连接件151、第二“Π”字形连接件152和第三“Π”字形连接件153；第一“Π”字形连接件151具有第一横板1511、第一左斜板1512及第一右斜板1513，第一左斜板1512及第一右斜板1513连接于第一横板1511上，第一横板1511与上弦木板10连接，第一左斜板1512与左侧的矩形部1211外板面连接，第一右斜板1513与右侧的矩形部1211外板面连接；第二“Π”字形连接件152具有第二横板1521、第二左斜板1522及第二右斜板1523，第二左斜板1522及第二右斜板1523连接于第二横板1521上，第二横板1521与下弦木板11连接，第二左斜板1522与左侧的矩形部1211内板面连接，第二右斜板1523与右侧的矩形部1211内板面连接；第三“Π”字形连接件153具有第三横板1531、纵板1534、第三左斜板1532及第三右斜板1533，第三左斜板1532及第三右斜板1533连接于第三横板1531的上板面，纵板1534连接于第三横板1531的下板面，第三左斜板1532与左侧的矩形部1211外板面连接，第三右斜板1533与右侧的矩形部1211外板面连接，纵板1534隔断下弦木板11并用于与型钢支座16连接。

本实施例中，对于第一“Π”字形连接件151来说，其第一左斜板1512和第一右斜板1513分别连接于左侧矩形部1211和右侧矩形部1211的内板面，故第一左斜板1512和第一右斜板1513之间无间隙；而对于第二“Π”字形连接件152或第三“Π”字形连接件153来说，其第二左斜板1522/第三左斜板1532和第二右斜板1523/第三右斜板1533分别连接于左侧矩形部1211和右侧矩形部1211的外板面，故第二左斜板1522和第二右斜板1523之间、第三左斜板1532和第三右斜板1533之间具有间隙。“Π”字形连接件15的设置一方面保证了结构的整体稳定性，另一方面其能够满足本实施例中木质三角空间折板结构中复杂的受力要求。

本实施例中，对于矩形部1211的内、外板面应做这样的理解：请参阅图15，两个矩形部1211的边部对应相接，其中，左侧矩形部1211、右侧矩形部1211中朝向相对的两个板面分别为左侧矩形部1211、右侧矩形部1211的内板面，而朝向相背的两个板面分别为左侧矩形部1211、右侧矩形部1211的外板面。

在一些可选的实施例中，“Π”字形连接件15通过第一组螺钉与上弦木板10连接、通过第二组螺钉与左侧矩形部1211连接、通过第三组螺钉与右侧矩形部1211连接、通过第四组螺钉与下弦木板11连接；其中，每一组螺钉中至少有两个螺钉的轴线与所连接的板面形成锐角，其余螺钉的轴线与所连接的板面形成直角。

可参阅图9，以第一“Π”字形连接件151的第一组螺钉为例，第一组螺钉将第一横板1511和上弦木板10连接在一起，一般情况下，螺钉的轴线垂直于第一横板1511的板面，在本组螺钉中，除了轴线垂直与第一横板1511板面的螺钉外，还具有两个轴线与第一横板1511板面形成锐角的螺钉。如此设置，能够在提供一定的抗剪强度的基础上亦提供一定的抗拉强度，从而保证连接结构的连接强度。

特别的，上弦木板10上与相邻两个矩形部1211的相接处对应的地方连接通过螺钉还连接有加强钢板19。连接加强钢板19的螺钉中，至少有两个螺钉的轴线与加强钢板19的板面形成锐角。

在一些可选的实施例中，可参阅图8，木质三角空间折板单元12中相邻的木质侧板121之间形成45～60°夹角。相邻木质侧板121的板面形成45～60°的夹角时，能够使悬挑方向的折板结构具有较好的空间结构，从而使得悬挑方向的承载能力更强；并且，能够使木桁架在更多方向上进行有效承载，提高木桁架的承载能力。

在一些可选的实施例中，木质侧板121以及木质盖板122均被配置成正交胶合木板，即CLT板。CLT材料具有较好的抗震耐久性且具有较高的强度重量比，能够保证整个受力体系的抗变形能力。并且突破了CLT只能作为墙、板构件的局限，将其用作混合梁系支撑结构，充分发挥材料性能，拓展了CLT应用场景，有效丰富建筑创作上结构构成。

在一些可选的实施例中，可参阅图5，其中，双向箭头标注即为对应的顺纹方向，上弦木板10、下弦木板11的顺纹方向相同，均平行于上弦木板10的长度方向；木质侧板121的顺纹方向垂直于上弦木板10的长度方向；木质盖板122的顺纹方向平行于上弦木板10的长度方向。

木质侧板121的设置能够使悬挑方向结构具备较大的抗压强度，而木质侧板121又作为木桁架结构中的腹杆结构，从而能够极大提高大跨方向结构的抗变形能力以及承载能力；木质盖板122的设置能够进一步加强木质侧板121的连接强度，保证木质侧板121整体的结构强度；并且，木质侧板121以及木质盖板122的顺纹方向正交，使得悬挑方向结构兼具一定的抗拉强度和抗压强度，从而能够提高悬挑方向结构以及大跨方向结构的整体结构强度。上弦木板10、下弦木板11在大跨方向结构中承载较大的变形压力，上弦木板10、下弦木板11的顺纹方向的布置，能够使得上弦木板10、下弦木板11具有较大的抗压能力以及抗弯能力，从而提高大跨方向结构整体的抗变形能力。

在一些可选的实施例中，可参阅图1和图7，该双向结构受力体系还包括设置于相邻木质盖板122之间的连接架13；连接架13包括三角桁架131，三角桁架131的三个角部上分别连接有第一角钢132、第二角钢133以及第三角钢134；第一角钢132以及第二角钢133均用于连接木质盖板122和侧板；第三角钢134用于连接相邻的木质侧板121。

具体而言，三角桁架131被配置成单品桁架，三角桁架131由三个矩管首尾焊接而成。如此设置，能够提高相邻侧板的连接稳定性，三角桁架131配合封边梁14，能够保证悬挑方向结构的整体性，从而提高悬挑方向结构整体的抗变形能力，进而使得大跨方向结构的承载能力、抗变形能力进一步提高。

实施例2

当大跨方向过大时，单纯的采用木质结构作为梁进行支撑时会导致结构本身形变量较大，承力不够稳定，基于此，本实施例在实施例1的任一实施方式的基础上提出一种钢木混合的受力体系；可参阅图12～图14，在上弦木板10和下弦木板11之间还设置有第一钢桁架17和第二钢桁架18；第一钢桁架17连接于上弦木板10和下弦木板11之间且第一钢桁架17的长度方向沿上弦木板10的长度方向布设；第二钢桁架18与第一钢桁架17平行间隔设置，第二钢桁架18连接于上弦木板10和下弦木板11之间；沿上弦木板10的宽度方向，第一钢桁架17与第二钢桁架18位于上弦木板10的相对两端。

具体来说，第一钢桁架17和第二钢桁架18均由若干矩管构成，第一钢桁架17包括第一上弦矩管、第一下弦矩管和若干第一腹杆171，第一腹杆171的长度方向与第一上弦矩管的长度方向形成夹角，所有的第一腹杆171首尾相接，相邻两个第一腹杆171的长度方向形成夹角，第二钢桁架18包括第二上弦矩管、第二下弦矩管和若干第二腹杆181，第二腹杆181的长度方向与第二上弦矩管的长度方向形成夹角，所有的第二腹杆181首尾相接，相邻两个第二腹杆181的长度方向形成夹角；第一钢桁架17的第一上弦矩管的长度方向与上弦木板10的长度方向平行且与上弦木板10通过若干螺钉连接，所有的螺钉沿第一上弦矩管的长度方向间隔排布，第一下弦矩管的长度方向与下弦木板11的长度方向平行且与下弦木板11通过若干螺钉连接，所有螺钉沿第一下弦矩管的长度方向间隔排布；第二钢桁架18的与上弦木板10、下弦木板11的连接方式可参照第一钢桁架17，此处不再赘述，第二钢桁架18的第二腹杆181与第一钢桁架17的第一腹杆171一一对应的平行排布，相对的第一腹杆171、第二腹杆181均与对应位置处的Π形钢件相连；每个第一腹杆171贴合在每个木质侧板121上并通过若干螺栓与木质侧板121连接，每个第二腹杆181贴合在每个木质侧板121上并通过若干螺栓与木质侧板121连接。

本实施例中，第一钢桁架17和第二钢桁架18均可以采用单榀桁架，在其他实施例中，也可以采用双榀桁架、三榀桁架等。

设置第一钢桁架17和第二钢桁架18后，能够提高大跨方向结构的承载能力和抗变形能力，特别适用于跨度较大的大跨支撑体系。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。