下弦杆承载梁、支撑系统及下弦杆承载梁制造方法

专利名称：下弦杆承载梁、支撑系统及下弦杆承载梁制造方法
技术领域：
本发明涉及冷成形钢梁，以及由这种梁形成的用于在建筑行业中 支撑楼板和顶板的组件，例如包括防火型钢-混凝土复合结构在内的支 承结构。由上弦杆或下弦杆支撑的梁都包含在本发明的范围之内。
背景技术：
梁(joist)被广泛应用于建筑行业，用于在对置的壁之间跨越一 段距离，并且为楼板(地板)、顶板等提供结构支撑。梁可以由各种材 料构成，包括软质木材，基于木材的层合板，以及金属，特别是钢。
钢梁可以被构造成开式梁腹型结构，其主要包括沿其纵向延伸的 彼此相隔的上下弦杆元件，二者通过曲折形梁腹固定在一起。这种开 式梁腹型梁通常由热轧钢结构件制成，即上下弦杆和梁腹。梁腹通常 可以由热轧钢棒制成，其被形成为曲折形模式并且焊接在上下弦杆上。 梁腹上的整体部件即端部角形支承部将下弦杆的端部连接到上弦杆， 以应对梁端部的应力集中问题。开式梁腹型梁通常为上弦杆支撑型的， 也就是说，被上弦杆的底侧支撑，从而上弦杆在端部角形支承部处纵 向延伸超出下弦杆和端部角形支承部，以提供出与对置壁之间的承载 界面。
由于它们的本质特点，开式梁腹型梁在其承载能力方面具有很高 的用户可定制性。弦杆和曲折形梁腹都可以由具有不同厚度的钢制成， 并且构成曲折形梁腹的部件可以沿梁的长度改变厚度。梁腹被称作开 式的，是由于沿着中央梁腹部在弦杆之间具有纵向空间，该空间可以 容纳线材、管路、空气导管等。开式梁腹型梁可以是同心式的，也就是说由承载的负荷所施加的力基本上穿过梁的重心。如果梁以其它方 式被加载，则它们被称作偏心式的。
制梁行业已经产生了多种类型的用于建筑行业的复合钢-混凝土 不可燃楼板和顶板系统，其中上弦杆嵌入混凝土板中，这种板同时具
有负荷承载和防火性能。复合梁(composite joist)的例子可以见于美 国专利No. 5,941,035、 4,741,138、 4,454,695和美国专利申请公开文献 No. 2002/0069606 Al中。复合梁允许梁的上弦杆元件被设计成同非复 合系统相比使用更少的钢，这是因为混凝土板在被结合到上侧钢梁上 后可以向楼板或顶板系统提供额外的负荷支撑。
一般而言，对于复合型的结构性梁元件，必须设置与混凝土机械 互锁的装置，以提供抗剪结合(sheer bonding)。利用钢梁设计钢和混 凝土复合楼板通常是困难且高成本的。在许多法律管辖范围内，出于 安全原因，禁止向上弦杆上固定竖直支柱，这些法律声称结构件不能 具有在结构性楼板元件上方延伸的会阻碍行人行走路径的物体。
现有技术中用于在复合梁中的梁和混凝土之间提供抗剪结合的方
法通常是高成本的o
此外，梁拱(定义为添加到梁上的略微弧形)已经被引入开式梁 腹型梁技术中，以补偿与死负载相关的偏斜，从而在设计梁时只需要 考虑梁的活负载偏斜。然而，由于梁腹通常会抵抗成拱过程，因此为 向梁的弦杆施加梁拱，需要采用大型机器或夹具。
另外，热轧开式梁腹型梁通常需要涂覆或精饰彩色底漆。钢梁制 造商通常使用大的漆罐，完全焊接好的梁组件浸入漆罐中，以经受涂 覆底漆涂料。然而，由于使用包含挥发性溶剂的浸没漆罐，因此出于 环境方面的考虑，这种方法更为昂贵。
此外，利用开式梁腹型梁进行建筑，需要有技术工人参与，而在 技术工人紧缺的繁忙建筑季节，需要在许多建筑项目之间通过"关键 途径法"进行合理调节。由于制造商和建筑行业中的用户都是劳动密 集型的，因此开式梁腹钢梁是高成本的，因此它们的使用只适合于需
要跨越40英尺或以上的较大商业和工业建筑中。
开式梁腹钢梁的一种替代是冷成形钢梁。冷成形钢结构性设计已
12用于楼板和顶板梁一段时间了。然而，现有技 术的冷成形钢梁已被发现由于在建筑组装方面成本高而使其应用受到
限制，并且在跨越距离远大于24英尺时成本效率低，因此应用局限于 单或多家庭房屋以及商用矮型结构。
假定使用轻型钢，则低成本地批量制造冷成形钢梁是可行的，这 是因为高自动化的成形操作例如扎制成形是商业上可用的。现有技术 中的梁是这样制成的，即单块金属板材被冷成形为梁，梁包括上弦杆、 梁腹和下弦杆，以形成连续的单一结构，并且梁主要被用于下弦杆承 载状态。这些梁通常是偏心式的，其中负荷力不穿过梁重心。现有技 术中最普通的例子是C形梁，其横截面轮廓类似于字母C。冷轧结构 的其它例子显示于美国专利专利申请公开文献No. 2002/0020138 Al和 2003/0084637 Al。
利用冷成形梁构成的复合防火楼板结构已是商业供应的。它们的 例子包括HambroD510和Speed Floor， 二者均具有的端部连接件，所 述连接件被焊接、栓接或螺纹连接到单条冷成形部分上，以提供上弦 杆承载梁。然而，由于端部连接件与冷成形梁元件之间局部连接的本 质，这些梁只能提供有限的负载能力。此外，它们的制造成本高。冷 成形梁制造商沿着中央梁腹部分形成纵向孔，所述孔的尺寸使得它们 能够容纳后续行业里所用的设备。由于冷成形梁材料可能已被预精加 工(即钢巻材可以被镀锌或涂漆)，因此同前面描述的开式梁腹涂覆过 程相比，制造过程对工人和环境的危害较小。
尽管冷成形梁具有优异的表面精度，并且由于不太取决于人工(与 取决于人工的开式梁腹型梁技术不同)因此而可以低成本地批量生产， 但目前的冷成形梁技术状态不能充分开发钢的固有强度重量比，也不 能在梁的全长内使材料的用量最优化。相同厚度的钢被用于弦杆和梁 腹，该厚度沿梁的长度恒定。由于偏心设计中存在绕纵向轴线的机械 力距，因此具有不稳定的趋势。所以，梁之间需要使用很多系杆以对 抗这种作用。
这些性能与开式梁腹钢梁相比较为不利，因为开式梁腹钢梁的弦 杆和梁腹可以具有不同的厚度，并且梁腹元件的厚度可以根据负载要
13求而在整个跨越长度内改变。
因此，希望有这样的梁和制造所述梁的方法，即能够利用有利的 因素，同时避免开式梁腹型梁技术和冷成形梁技术存在的缺点。此外， 希望利用自动冷成形方法制造梁，以避免开式梁腹钢梁建造中采用的 劳动密集型焊接和处理方法。还希望具有基于整体附着在混凝土板上 的冷成形钢梁的低成本防火复合楼板和顶板。
由于开式梁腹和冷成形钢梁楼板和顶板结构通常要求采用桥接系 统，其包括钢元件以跨越楼板或顶板组件中的梁之间的间隙，从而稳 定组件以防止相应于所施加的负荷而相对于纵向作任何侧向运动或旋 转运动。实践中通常现场将桥接系统焊于开式梁腹型梁之间，而具有 桥接结构的冷成形梁系统通常通过螺钉或焊接而实现紧固。因此，非 常希望有一种低成本的措施在梁之间提供桥接。

发明内容
本发明的一个方面提供了一种梁，其包括至少一个细长弦杆元 件，每个弦杆元件由单块钢板材冷成形制成，弦杆元件具有凸缘部和 与其正交的梁腹容纳部，梁腹容纳部具有两个突片；大致平坦的钢制
梁腹，其在所述两个突片之间连接至弦杆元件的梁腹容纳部。在不对 本发明构成任何限制的前提下，这种梁可以是同心的或基本同心的， 以提高稳定性。
本发明的另一方面提供了所述梁的上下弦杆承载的实施例，以使 得上弦杆承载梁还带有端部角形支承元件。
本发明的另一方面提供了支撑系统，其包括多个根据本发明构造 出的梁。在不对本发明构成任何限制的前提下，这种支撑系统可以形 成复合楼板系统的一部分。
本发明的另一方面提供了一种复合楼板系统，包括多个金属梁， 每个梁包括细长上弦杆元件，其由单块冷成形钢形成，并且具有凸缘 部和从凸缘部向上延伸的混凝土嵌合部，所述混凝土嵌合部包括两倍 厚度的钢(两层钢板)；承板，其支撑在上弦杆元件上；混凝土板，其 布置在所述多个梁的上弦杆元件和所述承板上，上弦杆元件的混凝土嵌合部埋入混凝土板中，以形成复合楼板。
本发明的另一方面在于，所述梁腹被以被替换为分段梁腹，包括 由不同厚度的钢板材冷成形出的段，这些段被紧固在一起。
本发明的另一方面提供了一种桥接装置，其包括桥接元件和位于 梁中的容纳孔，所述桥接元件可以卡扣紧固在所述梁上，而不需要使 用工具。
本发明的另一方面提供了一种制造梁的方法，包括以下步骤由 金属板材冷成形出上弦杆元件，所述上弦杆元件具有凸缘部和与凸缘
部正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个突片；由金属板材形
成至少一个梁腹元件；利用机械紧固件将梁腹元件紧固在弦杆的梁腹
容纳部的两个突片之间。
本发明提供了一种下弦杆承载梁，包括细长的下弦杆元件，其 由单块钢板材冷成型制成，所述下弦杆元件具有凸缘部和与其正交的 梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片和一对内凸缘部，
每个所述内凸缘部分别从相应的一个梁腹容纳突片向外延伸；细长的
上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆元件基本相同的
长度；以及大致平坦的钢制梁腹，其在所述两个梁腹容纳突片之间连 接至所述下弦杆元件的梁腹容纳部，并且连接至所述上弦杆元件。
本发明提供了一种下弦杆承载梁，包括细长的下弦杆元件，其
由单块钢板材冷成型制成，所述下弦杆元件具有凸缘部和与其正交的
梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片；细长的上弦杆 元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆元件基本相同的长度； 以及大致平坦的钢制梁腹，其在所述两个梁腹容纳突片之间连接至所 述下弦杆元件的梁腹容纳部以及所述上弦杆元件，所述梁腹包括连接 在一起的多个平坦梁腹元件。
本发明提供了一种支撑系统，包括多个如前所述的下弦杆承载梁， 所述下弦杆承载梁被对置的支撑元件支撑并且跨越所述支撑元件之间 的间隔距离。
本发明提供了一种制造下弦杆承载梁的方法，包括以下步骤由
金属板材冷成型出细长的下弦杆元件，所述下弦杆元件具有凸缘部和与凸缘部正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片 和一对内凸缘部，每个所述内凸缘部分别从相应的一个梁腹容纳突片 向外延伸；冷成型出细长的上弦杆元件，其中所述卜.弦杆元件具有与 所述下弦杆元件基本相同的长度；由金属板材成型出至少一个平坦的 梁腹元件；利用机械紧固件将梁腹元件紧固在下弦杆元件的梁腹容纳 部的两个梁腹容纳突片之间。
本发明提供了一种制造下弦杆承载梁的方法，包括以下步骤由 金属板材冷成型出细长的下弦杆元件，所述下弦杆元件具有凸缘部和 与凸缘部正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片； 冷成型出细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆 元件基本相同的长度；成型出平坦的梁腹，所述梁腹包括分别由板材 制成的多个梁腹元件；利用机械紧固件将梁腹元件紧固在下弦杆元件 的梁腹容纳部的两个梁腹容纳突片之间。
下面将参照附图描述本发明的上述以及其它对象和特征。


图1示出了一种现有技术的开式梁腹钢梁(OWSJ); 图2示出了一种现有技术的冷成形C形梁；
图3示出了本发明的一个实施例，其中同心上弦杆承载着分段梁 腹式钢梁；
图4示出了分段梁腹的各段；
图5是本发明的第二实施例的透视图，显示了由同心上弦杆承载 的具有三个梁腹段的冷成形梁； 图6是图5的侧视图7是沿着图5中的线7-7所作的剖视图； 图8是具有桥接元件的多个梁的侧视图9是同时具有水平桥接和交叉桥接元件的多个梁的侧视图； 图IO是由同心上弦杆承载的分段梁腹式冷成形梁的透视图，该梁 可被用于复合楼板或顶板结构； 图11是图10的侧视16图12是沿着图10中的线12-12所作的剖视图，显示了相连的混 凝土板；
图13是具有多个梁的复合楼板系统的侧视图； 图14是本发明的另一个下弦杆承载型实施例的透视图，图14a是 其局部放大图15是本发明的另一个下弦杆承载型实施例的透视图； 图16是沿着图6中的线16-16所作的梁腹自己的剖视图； 图17是沿着图6中的线17 -17所作的梁腹自己的剖视图； 图18是分段梁腹的局部侧视图； 图19是图18俯视图20图18中的线20-20所示区域的局部放大图，显示了用于将 梁腹的两段结合的铆钉；
图21是图5所示加强件84的局部侧视图； 图22是图21的局部放大图； 图23是加强件的局部俯视图。
图24是梁的另一实施例的剖视图，其中梁腹和下弦杆由同一钢制 板材冷成形制成；
图25是梁的另一实施例的剖视图，其中梁腹和下弦杆由同一钢制 板材冷成形制成；
图26是本发明另一弦杆承载复合型实施例的透视图，图26a是其 局部放大图27是本发明另一弦杆承载复合型实施例的透视图； 图28是用于制造冷成形梁的自动组装线的示意图； 图29是沿着图14中的线116-116所作剖视图； 图30是一个实施例中的结合在混凝土板上并且集成在侧壁中的 下弦杆承载复合冷成形梁的一端的侧视图； 图31是图30的局部放大图； 图32是沿着图26中的线112-112所作剖视图； 图33是本发明的梁间具有水平桥接元件的实施例的侧视图； 图34是本发明的具有隔板桥接元件的实施例的侧视17图35是由下弦杆承载的冷成形梁的一端的侧视图，所述梁被地基
墙支撑，并且支撑着立柱墙；
图36a是图35中的加强折板件的俯视图36b是图35中的加强折板件的透视图37示出了图35中的其它加强折板件的俯视图38示出了本发明的另一个下弦杆承载型实施例，显示了端部加
强折板件；
图40是复合楼板或顶板结构中的冷成形梁另一实施例的剖视图。
具体实施例方式
在下面的描述中，相同的元件以相同的附图标记表示。附图中并 未完全按比例绘制，有时为了清晰地反应本发明的某些特点而被有意 放大。
图1示出了一种现有技术开式梁腹型梁结构2，其包括彼此相隔 的上弦杆组件4和下弦杆组件6。弦杆通过曲折梁腹8而彼此结合， 梁腹一般可通过诸如焊接等多种方式连接到上下弦杆组件4、 6。
图2示出了一种现有技术的由轻型钢轧制形成的冷成形梁结构 10，其包括梁腹部12和上下弦杆11和13，其中所述梁腹部具有穿通 形成的用于接收诸如线材等物体的多个孔14。
图3和5示出了本发明的两个类似的实施例，即上弦杆承载型同 心梁，其中组装好的梁20具有彼此相隔的第一或上弦杆元件22和第 二或下弦杆元件24。
还揭示了钢制梁腹元件26。梁腹元件26通过紧固装置28紧固在 上下弦杆元件22和24上。紧固装置可以包括各式各样的紧固装置， 例如螺栓一螺母、螺钉、焊接结构或点式反敲钉紧结构(未示出)，或 是如图7所示的铆钉30。
上下弦杆元件22和24分别由单一钢板材制成。梁可以以同心方 式形成，如显示于图7，其中上下弦杆元件22和24基本对称地布置 在梁腹26上。在这些实施例中，上弦杆元件22是冷成形的，以提供出基本平坦 的上负荷承载面34，其以图7所示方式形成，并且提供出下负荷承载 翼或延伸部36和38。上负荷承载面34接触下负荷承载延伸部36和 38以产生坚固的结构性实体元件，它们可以利用点式反敲钉紧部(spot clinch) 32紧固在一起。点式反敲钉紧过程是以本领与技术人员公知的 方式进行的，并且大致上包括下述机理，即利用冲头(未示出)对材 料进行压制以产生图中所示的蘑菇头40，从而将各元件紧固在一起。
在这种情况下，上负荷承载面34和下负荷承载延伸部36和38相 对于梁腹26对称布置，梁腹的延伸方向限定了 Y轴27，如显示于图7。 因此，在Y轴27的一侧(左侧)；上负荷承载面34与下负荷承载延伸 部36相符，以限定出水平延伸部42，而在Y轴27的另一侧(右侧)， 上负荷承载面34与下负荷承载延伸部38相符，以限定出位于Y轴27 另一侧的水平延伸部44。下负荷承载延伸部36和38被冷成形有如图 所示的彼此相隔的梁腹容纳突片46和48。梁腹26的上部50可以包 括多个孔52，它们适于接收紧固装置28。图7示出了紧固装置28的 一个例子，其包括铆钉30，用于在突片46和48处将梁腹26紧固到 上弦杆22上。
冷成形弦杆中采用的点式反敲钉紧部32将所述两个翻折部分34 和36以及34和38彼此相连，以降低横截面上的宽度/厚度比，从而 避免局部鼓出。点式反敲钉紧部32与冷作成型相组合，可以提高钢制 件的屈服强度。
如显示于图7，下弦杆24被类似地构成，即成形金属板材，以提 供出弯折的下弦杆表面54，从而产生相对于Y轴27对称布置的下弦 杆延伸部56和58。下弦杆表面54以及下弦杆延伸部56和58限定出 下弦杆水平延伸部60和62，它们在本例中相对于梁腹26对称布置。 下弦杆延伸部56和58带有两个彼此相隔的梁腹容纳突片64和66， 用于接收梁腹26的下部68。下弦杆还通过铆钉或其它方式紧固在梁 腹26的下部。
梁腹26可以包括多个设备孔72，以便能够触及到诸如电线、空 气管道等设备。如图所示，孔72是圆的，当然也可以制作出其它形态
19的孔，包括方孔等。此外，孔72可以包括冷成形唇缘74，如显示于 图16。孔72降低了梁20的总重，同时冷成形唇缘74提高了梁腹26 的结构的刚度，特别是在Y轴27方向上的刚度。
梁腹26还可以包括多个加固装置80，所述加固装置用于加固梁 腹元件26。
加固装置80包括第一加固装置82和第二加固装置84。第一加固 装置82大致包括由梁腹元件26的端部构成，所述端部被弯折以形成 与梁腹26成大致90度角度的加固突片82。第二加固装置84可以由 中空的压制肋结构86形成，如显示于图21。
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用冲压机(未示出)冲压梁腹材料26以产生加固结构84。加固结构 具有两个相隔的侧壁88和90，以及上下壁92和94和加固前壁96。 加固前壁96具有加固孔98，用于以将在后文中详细描述的方式接收 桥接(跨接)元件170和171。
此外，梁腹26可以包括多个梁腹段104、 106和108，如显示于 图4,其中，作为示例，三个段被示出。每个梁腹段104、 106和108 适于被彼此紧固在一起。特别地讲，梁腹段104、 106和108包括由金 属板材折板形成的第一加固装置82，所述被从梁腹材料26弯折大致 卯度。第一加固折板件82可以包括多个孔110，它们适于接收紧固件 例如铆钉、螺栓一螺母，或者可以接收点式反敲钉紧部，以将所述多 个梁腹段104、 106和108紧固在一起而形成梁腹26。梁腹段104、 106 和108还包括第二加固装置84，如显示于图3。
梁腹段可以具有全都相同的厚度，也可以具有彼此不同的选定厚 度。例如，梁端部处的梁腹段可以比梁中部的梁腹段厚，因为在负载 下梁端部的剪应力大于梁中部。
显示于图3和5的梁包括角形端部支撑件140，用于紧固下弦杆 24和上弦杆22的端部。
部分地显示于图8和9中的一种包括多个梁20的结构性组件可以 限定出支撑面160，用于支撑平台162例如顶板或楼板。在横截面图 中显示的每个梁20包括彼此相隔的冷成形钢制上下弦杆元件22和24以及夹在上下弦杆元件22和24之间的钢制梁腹26。
紧固件28用于将梁腹紧固到上下弦杆上，并且上弦杆22的顶面 限定出支撑面160。
多个桥接元件170和171可以被用来将相邻的梁20连接在一起， 如图所示，从而加固所述梁组件。可如图8所示使用平行的桥接元件 170，或者可以伴以十字交叉桥接元件171，后者在附图标记173处被 适宜地紧固在水平桥接元件170上，如图9所示。桥接元件170通过 压制加固装置84中的孔向梁20上的紧固被更详细地显示于图21、 22 和23中，从而在不使用工具的情况下在现场连接操作中有效地产生卡
桥接元件例如170可以由钢板材形成为具有L形横截面，以产生 第一表面172和第二表面174。第二表面174如图所示在附图标记176 处被开槽，并且表面174的宽度W小于孔98的深度D，以允许桥接 元件170的端部178可以插入孔98中并且随后被转动，从而将槽176 的边缘锁合在与孔98相邻的加强面96上。十字交叉桥接元件171随 后可以如图9所示被添加和紧固。
图12和13示出了本发明另一实施例，其限定出复合楼板或顶板 结构。特别地讲，上弦杆22可以被冷成形，以产生相对于中央梁腹 26对称布置的水平延伸部l卯，并且产生彼此相隔的竖直延伸部192 和201，它们适于容纳梁腹26的顶部50，以限定出竖直延伸部194。 铆钉196可被用于将上弦杆22紧固到梁腹26上，如图所示。
钢制承板(deck) 198适于支撑在水平上弦杆延伸部190的顶表面 上，如显示于图12和13。丝网205被添加上。然后，混凝土 206可 被浇注到承板198上，从而产生地板或天花板。由于竖直延伸部194 嵌入并结合于混凝土 200中，因此可以产生非常结实的复合楼板系统。 竖直延伸部194可以还包括大致水平的混凝土嵌合延伸部202，其沿 着弦杆22的长度方向延伸。由于水平混凝土嵌合延伸部202沿着弦杆 22的长度方向延伸，所以钩住操作者的脚或衣服的可能性被最小化， 从而同现有技术中将混凝土 206浇注在承板198上的方式相比，可以 是梁具有更多的安全特征。通过使用铆钉点式反敲钉紧部等来增加混凝土和上弦杆之间的接
触面积，可以增强延伸部194和202与混凝土之间的抗剪结合。尽管 水平嵌合延伸部202产生了非对称性，但梁的这个实施例是基本上同 心的，因为延伸部194和202结合在混凝土中，并且钢-混凝土复合结 构可以将施加的负载穿过每个梁的重心有效地分布在每个梁上。
图24示出了本发明另一实施例，其包括通过紧固件30紧固在钢 制梁腹26上的冷成形钢制上弦杆22。在图示的实施例中，下弦杆24 是梁腹的冷成形延伸部，^^皿成形为具有水平延伸部250和252， 它们可以具有如图所示的两倍厚度(两层钢板)，并且可以被形成孔式 反敲钉紧结构(未示出)，而且可以相当于梁腹所在平面对称或非对称 布置。
图25示出了本发明另一实施例，其与图24所示结构类似，其中 上弦杆22由金属板材制成，该金属板被弯折以产生彼此相隔的水平延 伸部190用于容纳梁腹26的端部50，从而限定出上侧竖直延伸部194， 其具有水平混凝土嵌合延伸部202。水平混凝土嵌合延伸部202可以 包括多个孔式反敲钉紧结构，以进一步强化混凝土和上弦杆22之间的 结合，并因此而提高复合结构的抗剪强度。显然，其它不同的实施例 也是可行的，其中包括，作为梁腹冷成形延伸部的下弦杆，可以具有 不同的形式，可以相对于梁腹轴线对称或不对称，并且可以部分地具 有等于梁腹厚度的不同倍数的厚度。
接下来描述将梁定位并固定在对置的支撑壁上的方法。梁20可以 沿着下弦杆24被支撑，如显示于图30和31，图中显示了由下弦杆24 承载的下弦杆承载复合梁20的实施例。
特别地讲，梁的端部400如图所示布置在下立柱墙402和上立柱 墙404之间。下立柱墙402包括立柱墙轨406，其为在端部弯折的大 致平坦钢板件408，从而向梁提供出实体表面。上立柱墙404包括类 似的立柱墙轨406。立柱墙402和404还包括靠近梁20的端部400的 楼板梁轨412。
显示于图30的梁20可以具有多种形态，如前面结合显示于图12 的复合梁所做描述。复合梁以前面描述过的方式构成。可以采用架设
22夹414，从而在浇注混凝土以产生复合梁之前对梁20进行定位。特别 地讲，架设夹414包括横截面为大致J形的夹子，其被固定在立柱墙 轨406和延伸部202的底部。在混凝土 200被浇注后，复合式的冷成 形钢梁即在梁20的端部400由下弦杆24支撑。
图35以及图36a和36b中的放大图本发明的另一个下弦杆承载实 施例，其在住宅中由地基墙支撑并且支撑着立柱墙。
特别地讲，梁20支靠在具有承载元件410的地基墙401上。梁 20的端部400包括加强折板件82，所述加强折板件提供支撑作用，以 抵抗通过立柱墙404施加的负载所产生的压力，并且进一步详细显示 于图36a和36b中。特别地讲，折板件82沿着切割线600、 602和604 被切割，从而产生各部分620和622。特别地讲，各部分620和622 沿着折叠线606和608被折叠。
然后，所述部分620和622被沿着折叠线621和623进一步弯折， 从而产生翼部624和626,它们适于分别接触上弦杆元件22的下表面 和下弦杆元件24的上表面，如最佳显示于图35。可以使用紧固装置 将加强翼部624和626紧固到上下弦杆元件22和24上，从而进一步 提高梁20的刚度和强度。
木制或金属制支持板412也可被使用，如显示于图35。也可以如 图所示布置木制件414。上弦杆22提供了支撑面，用于支撑胶合板416 等。
可以使用附加的端部加强件700，其包括细长段的金属板材，具 有梁腹接触部702和大致垂直于梁腹接触部702延伸的硬化部704。 硬化部704的端部在附图标记706和708所指示的位置处被弯折，并 且适合于分别接触上弦杆22和下弦杆24。还可以采用另外的紧固装 置将硬化部700紧固到梁腹26和上下弦杆22和24上。
另外，图38示出了下弦杆承载冷成形梁的一个实施例，其采用了 图37所示的加强结构700。
图28总体上示出了一种制造冷成形梁的所述实施例的方法。上弦 杆22是这样制成的，即沿着路径114展开一圈钢板材112，并被输送 到滚压成型机116，例如加拿大多伦多的Samco Machinery公司出售的成型机。滚压成型机116可以包括一个工位，其进行矫平并且以上弦 杆元件22的选定长度进行切割。类似地，下弦杆元件24可以这样制 成，即展开一巻钢板材118，并将其沿路径120矫平，从而供应到滚压 成型机116，然后被切割成预定长度。此外，梁腹26可以这样制成， 即展开一巻钢板材122并在矫平工位123将其矫平。剪床125可以用 于将梁腹元件26剪切成所需长度。然后，梁腹26到达加固工位128， 从而产生如前所述的第一和第二加固装置82和84。
剪床125可以用于产生所述多个梁腹段104、 106和108。每个梁 腹段104、 106、 108可具有由加固工位130和132制出的左侧和右侧 加固折板件82。适宜的冲压机133被用于通过拉伸操作而产生前述第 二加固装置84。同样，冲压机133被用于产生孔72和区域压制凸出 部184。
如有必要，在成型加工之前，钢板材112、 118和122可以在料巻 所在工位中被镀锌或涂漆。此外，滚压成型机116可以包括冲头，用 于在上下弦杆元件22和24中冲压出适宜的孔52，以便容纳适宜的紧 固装置28。
或者，滚压成型机116可以包括用于产生点式反敲钉紧部32以将 各元件连接在一起的装置。
这样，如此制成的梁可以被涂覆各式各样的彩漆，所述漆是在加 工之前涂覆的，从而产生具有不同色彩的各种梁，并且避免开式梁腹 型梁结构的浸渍涂覆过程。这里描述的发明相对于现有技术提供了多 个优点。例如，现有技术中的许多开式梁腹钢梁需要对上下弦杆4和 6进行成拱处理，从而产生略微的弧形以提高梁的负荷承载能力。现 有技术中的成拱技术要求在成拱处理过程中对梁腹进行操作。相反， 本发明可以获得这样的优点，即上下弦杆元件22和24可以被分别并 且与梁腹26分开地进行成拱处理。在上下弦杆元件22和24被成拱后, 它们被如前所述附加到梁腹26上，而梁拱的深度被适宜地包含在上弦 杆的梁腹容纳突片46、 48和下弦杆的梁腹容纳突片64、 66内，如图 7所示。在梁腹26不是上下弦杆元件22和24的一部分的情况下，在 成拱过程中，成拱阻力非常小。本发明的其它实施例被显示于图14和
2414a、图15、图29，它们显示了上下弦杆承载形式；以及图26和26a、 图27，它们显示了复合梁的上下弦杆承载形式。在图14和图29中， 上弦杆22和下弦杆24利用自攻铆钉(self piercing rivet) 30或其它紧 固装置例如螺钉或铆钉通过梁腹容纳突片连接在梁的限定出Y轴27 的大致平坦的梁腹26上。所述梁腹中形成有纵向相隔的孔72，每个 孔带有冷成形唇缘74，以提高负载下的刚度，以便可以穿设管线、电 线、管道以及来自其它地方的物体。通过如图所示沿着梁腹长度在选 定位置上冷成形出区域压制凸出部184，可以提供附加的梁腹加固， 以抵抗施加的负载；或者，可以可以通过竖直加固压制凸出部例如前 面以84表示的部分提供附加的梁腹加固。利用通过紧固件130附加在 梁腹端部的压制板101，可以为梁端部提供附加加固，所述压制板的 尺寸被设置成能够同时抵抗梁端部的压应力和剪应力。这种压制板可 以紧固在每个梁端部的两侧，并且可以沿纵向在末端形成冷成形折板 件182，以提高刚并且提供出用于在末端向梁附加的途径。
如显示于图29，本实施例的上弦杆22和下弦杆24的结构相对于 前述实施例被简化。然而同前面参照图7所描述的结构相比由提供了 额外的特点。特别地讲，上弦杆的梁腹容纳突片46和48被被显示为 延长并且被冷成形，从而产生向外突伸的内凸缘45和47，它们分别 大致与梁腹26正交布置。所述凸缘增加了梁的总强度；所述凸缘形成 有孔198，这些孔沿弦杆长度规则相隔，并且被设计成适于接收卡扣 式桥接元件，如显示于图33和34。下弦杆24还显示了内凸缘65和 67，它们是容纳突片64和66的冷成形延伸部。不失一般性，图29中 的剖视图所示的本实施例的上弦杆承载形式还以透视图显示于图15 中。
本实施例的上下弦杆承载复合梁形式的透视图被显示于图26、26a 和图27中，沿着线112-112所作的剖视图显示于图32中。在图32中， 上弦杆22利用自攻铆钉196或其它器件通过竖直延伸部194的紧固突 片192和201连结在梁腹26上。由两倍厚度的钢(两层钢板)形成的 水平延伸部202如图所示通过铆钉199或其它紧固装置被紧固，所述 铆钉的头部位于延伸部202的顶面的上方，以增大延伸部202的顶面的表面面积并且因此而增强与混凝土之间的结合力。下弦杆内凸缘65 和67形成有规则相隔的孔198，用于接收卡扣式桥接元件，如图33 和34中大致显示。
一个替代性实施例显示于图40中，其类似于图12中所示的实施 例。在本实施例中，梁700只包括上弦杆22，而不包括梁腹、下弦杆。 本领域技术人员可以理解，这种梁只能应用于相对小的跨距。梁700 包括混凝土嵌合延伸部202，其具有从水平上弦杆延伸部190向上延 伸的竖直延伸部194。如前所述，钢制承板198适于支靠在水平上弦 杆延伸部190的顶面上。丝网205被添加，然后，混凝土 200被浇注 到承板198上。
部分地显示于图33的包括多个梁20的结构性组件限定出支撑面 160，用于支撑平台162例如顶板或楼板。在横截面图中显示的每个梁 20包括相隔的冷成形钢制上下弦杆元件22和24以及紧固在上下弦杆 元件22和24之间的钢制梁腹26。多个桥接元件170被用于加固组件 20，所述桥接元件平行于支撑面布置；所述凸缘可以在上弦杆22的内 凸缘45和47和下弦杆24的内凸缘65和67中的孔198处连接到相邻 的梁。桥接元件可以由具有角形横截面的一定长度的钢制成，其每端 在末端形成一种卡扣结构270，该结构可以与孔198配合，并且使得 桥接元件能够卡扣紧固在相邻梁的内凸缘上。
本发明的另一个方面显示于图34中，该图部分地显示了梁20的 一种结构性组件，其限定了支撑面160，用于支撑平台162例如楼板 或顶板，其中平行和十字交叉桥接元件都必须采用。这种组合的桥接 方式由隔板(diaphragm)组件370提供，其包括通过紧固件670固定 在上下桥接元件170上的钢板470，每个桥接元件分别在每个末端形 成卡扣结构270。所述钢板可以设有孔570，所述孔具有冷成形唇缘， 以便能够被穿设电线、管线、管道以及来自其它地方的物体。通过卡 扣式结构270与上下弦杆的内凸缘中的孔198之间的卡合，同时提供 了平行和十字交叉桥接功能的隔板组件370可以卡扣紧固在相邻的梁 上。
图33和34所示的卡扣式桥接相对于现有技术而言可以提供下述优点，即显著降低了建筑现场手工组装桥接元件所需的劳动力和成本。
此外，尽管图33和34涉及的是传统楼板或顶板结构，但不失一般性， 所述桥接装置可以应用于任何复合钢-混凝土楼板和顶板的建造。
本发明所描述的支撑结构可以用于单户民居、多户民居、商业或 工业建筑的楼板梁或顶板梁。本领域技术人员还可以理解，这里描述 的系统可以在现场撑架构建系统(stay in place forming system)中用作。
对所述结构的分析和测试表明，相对于现有技术取得了下述优点
一更加经济的下弦杆承载冷成形钢梁，其跨度可高达40英尺； —更加经济的上弦杆承载梁，其能够被大批生产和用户定制生
产；
一更加有效且更加经济的复合楼板和顶板结构。
尽管前面参照附图专门地描述了梁的各个实施例以及它们的制造 方法和在建筑中的应用，但应理解，在不超出权利要求中限定的本发 明的精神的前提下，本领域技术人员可以对这些实施例作出各种改变。
这里使用的术语"包括"和"包含"是开放式的，而非封闭式的。 具体而言，在说明书和权利要求书中使用的术语"包括"和"包含" 意味着存在所列举的特征、步骤和元件。但不意味着排出了其它的特 征、步骤和元件。
可以理解，前面对本发明的描述仅仅是示例性的。本领域技术人 员可以构想出许多变化，不论这些变化是否被着重描述过，它们均包 含在本发明的范围内。
权利要求
1. 一种下弦杆承载梁，包括细长的下弦杆元件，其由单块钢板材冷成型制成，所述下弦杆元件具有凸缘部和与其正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片和一对内凸缘部，每个所述内凸缘部分别从相应的一个梁腹容纳突片向外延伸；细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆元件基本相同的长度；以及大致平坦的钢制梁腹，其在所述两个梁腹容纳突片之间连接至所述下弦杆元件的梁腹容纳部，并且连接至所述上弦杆元件。
2. 如权利要求1所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述下弦杆 元件的内凸缘部包括两层钢板并且大致垂直于所述梁腹容纳部。
3. 如权利要求2所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述上弦杆 元件具有凸缘部和与其正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个 梁腹容纳突片和一对内凸缘部，每个内凸缘部分别从相应的一个梁腹 容纳突片垂直地向外延伸；所述大致平坦的钢制梁腹分别在上下弦杆 元件各自的两个梁腹容纳突片之间连接在上下弦杆元件的梁腹容纳突 片中间。
4. 如权利要求1所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述梁腹与 所述上弦杆元件冷成型在一起。
5. 如权利要求2所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述下弦杆 元件具有大致平坦的底面。
6. 如权利要求5所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述下弦杆 元件从梁腹两侧之一以及梁腹一端向外延伸。
7. 如权利要求3所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述上弦杆 元件具有大致平坦的顶面。
8. 如权利要求1所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述上弦杆 元件具有从所述凸缘部向上且横向延伸的混凝土嵌合部，所述混凝土 嵌合部在下弦杆承载梁为复合梁的情况下与混凝土结合。
9. 如权利要求8所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述混凝土 嵌合部是大致倒L形的，具有大致竖直部分和大致水平部分，所述混 凝土嵌合部包括两层钢板。
10. 如权利要求1至9中任一所述的下弦杆承载梁，其特征在于， 所述下弦杆元件的每个内凸缘部中形成有多个彼此相隔的孔。
11. 如权利要求1所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述梁腹 包括连接在一起的多个梁腹元件。
12. —种下弦杆承载梁，包括细长的下弦杆元件，其由单块钢板材冷成型制成，所述下弦杆元 件具有凸缘部和与其正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁 腹容纳突片；细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆元件 基本相同的长度；以及大致平坦的钢制梁腹，其在所述两个梁腹容纳突片之间连接至所 述下弦杆元件的梁腹容纳部以及所述上弦杆元件，所述梁腹包括连接 在一起的多个平坦梁腹元件。
13. 如权利要求12所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述梁腹 元件是梁腹段，至少一个梁腹段的厚度与其它梁腹段不同。
14. 如权利要求13所述的下弦杆承载梁，其特征在于，位于梁的 相对两端的梁腹元件的厚度大于位于所述两端之间的梁腹元件。
15. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，所述梁腹还包括加固装置。
16. 如权利要求15所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述加固 装置包括多个压制成型于其中的部分，所述部分的形状选自竖直脊, 以及具有水平和竖直尺寸的形状。
17. 如权利要求16所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述梁腹 包括多个段，所述加固装置包括加固突片，所述加固突片是位于每个 所述段的每端的细长突片。
18. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，还 包括连接在梁的相对两端的一对大致L形端板，每个L形端板的第一 腿部连接着所述梁的梁腹，L形端板的第二腿部适于被连接到第二个 梁。
19. 如权利要求18所述的下弦杆承载，其特征在于，所述L形端 板的尺寸被构造成使之可同时承受梁端部附近的压縮负载和剪切负 载。
20. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，所述梁被形成拱形。
21. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，所述梁被构造成以同心的方式加载。
22. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，所述梁腹中形成有多个孔。
23. 如权利要求22所述的下弦杆承载，其特征在于，每个孔具有 围绕着其外周延伸的唇缘。
24. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，其特征在于，每个所述弦杆元件和所述梁腹被涂以涂覆材 料。
25. 如权利要求1至9、 11至14中任一所述的下弦杆承载梁，其 特征在于，所述梁腹通过铆钉、螺栓一螺母、螺钉、焊接或者点式反 敲钉紧部连接在每个弦杆元件上。
26. 如权利要求25所述的下弦杆承载梁，其特征在于，所述铆钉 为自攻铆钉。
27. —种支撑系统，包括多个如权利要求1至9、 11至14中任一 所述的下弦杆承载梁，所述下弦杆承载梁被对置的支撑元件支撑并且 跨越所述支撑元件之间的间隔距离。
28. 如权利要求27所述的支撑系统，其特征在于，所述支撑元件 是墙壁。
29. 如权利要求27所述的支撑系统，还包括位于相邻的梁之间并 且连接到梁上的多个桥接元件。
30. 如权利要求29所述的支撑系统，其特征在于，所述多个桥接 元件适合于在现场被卡扣安装。
31. 如权利要求30所述的支撑系统，其特征在于，所述下弦杆承 载梁的内凸缘部中形成有多个孔，所述桥接元件的端部被构造成适于 与内凸缘部中的孔卡合，从而在现场通过所述端部与孔之间的卡合而 将桥接元件卡扣安装。
32. 如权利要求29所述的支撑系统，其特征在于，所述桥接元件 包括与梁的上弦杆元件的相邻内凸缘部连接着的至少一个顶部桥接元 件和与梁的下弦杆元件的相邻内凸缘部连接着的至少一个底部桥接元 件。
33. 如权利要求32所述的支撑系统，还包括连接着所述顶部和底 部桥接元件的十字交叉桥接元件。
34. 如权利要求29所述的支撑系统，其特征在于，所述桥接元件 是隔板组件。
35. 如权利要求34所述的支撑系统，其特征在于，所述隔板组件 中形成有孔。
36. 如权利要求27所述的支撑系统，其特征在于，所述上弦杆元 件适合于支撑平台和承板之一。
37. 如权利要求36所述的支撑系统，其特征在于，所述承板支撑 着复合式混凝土板，所述承板、所述多个梁和所述复合式混凝土板一 起用作现场撑架构建系统。
38. 如权利要求37所述的支撑系统，其特征在于，所述上弦杆元 件的内凸缘部适于支撑承板，所述承板支撑着复合式混凝土板，所述 混凝土嵌合部埋入复合式混凝土板中，所述承板、所述多个梁和所述 复合式混凝土板一起用作瑰场撑架构建系统。
39. 如权利要求37所述的支撑系统，其特征在于，所述混凝土板 中埋有丝网。
40. —种制造下弦杆承载梁的方法，包括以下步骤 由金属板材冷成型出细长的下弦杆元件，所述下弦杆元件具有凸缘部和与凸缘部正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容 纳突片和一对内凸缘部，每个所述内凸缘部分别从相应的一个梁腹容 纳突片向外延伸；冷成型出细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下 弦杆元件基本相同的长度；由金属板材成型出至少一个平坦的梁腹元件；利用机械紧固件将梁腹元件紧固在下弦杆元件的梁腹容纳部的两 个梁腹容纳突片之间。
41. 如权利要求40所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 由金属板材成型出所述上弦杆元件，所述上弦杆元件具有凸缘部和与 凸缘部正交的两个梁腹容纳突片，所述梁腹容纳突片包括两层钢板。
42. 如权利要求41所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述上弦杆元件还包括一对内凸缘部，它们分别从相应的一个梁腹容 纳突片垂直地向外延伸。 '
43. 如权利要求42所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述上下弦杆元件的凸缘部分别包括两层钢板。
44. 如权利要求40所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述上弦杆元件还包括从凸缘部向上延伸的混凝土嵌合部。
45. 如权利要求40至44中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于，所述梁腹和上下弦杆元件在紧固步骤之前被涂覆。
46. 如权利要求40至44中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述梁腹和上下弦杆元件在所述步骤之前被涂覆。
47. 如权利要求40至44中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 还包括下述步骤在形成梁腹的金属板材中产生带唇缘的孔，并且在 上下弦杆元件中产生规则相隔的孔。
48. 如权利要求40至44中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 还包括下述步骤形成多个梁腹元件，它们被紧固在一起而限定出梁 腹。
49. 如权利要求48所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述梁腹元件被选择为具有不同的梁腹厚度。
50. 如权利要求40至44中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述弦杆元件包括加强段。
51. —种制造下弦杆承载梁的方法，包括以下步骤 由金属板材冷成型出细长的下弦杆元件，所述下弦杆元件具有凸缘部和与凸缘部正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容 纳突片；冷成型出细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下 弦杆元件基本相同的长度；成型出平坦的梁腹，所述梁腹包括分别由板材制成的多个梁腹元件；利用机械紧固件将梁腹元件紧固在下弦杆元件的梁腹容纳部的两
52. 如权利要求51所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 由金属板材成型出所述上弦杆元件，所述上弦杆元件具有凸缘部和与 凸缘部正交的梁腹容纳突片，所述梁腹容纳突片包括两层钢板。
53. 如权利要求52所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述上下弦杆元件的凸缘部分别包括两层钢板。
54. 如权利要求53所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述上弦杆元件还包括从凸缘部向上延伸的混凝土嵌合部。
55. 如权利要求51至54中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述梁腹和上下弦杆元件在紧固步骤之前被涂覆。
56. 如权利要求51至54中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述梁腹和上下弦杆元件在所述步骤之前被涂覆。
57. 如权利要求51至54中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 还包括下述步骤在形成梁腹的金属板材中产生带唇缘的孔，并且在 上下弦杆元件中产生规则相隔的孔。
58. 如权利要求51至54中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述梁腹元件被选择为具有不同的梁腹厚度。
59. 如权利要求51至54中任一所述的制造下弦杆承载梁的方法， 其特征在于，所述弦杆元件包括加强段。
60. 如权利要求40至44、 51至54中任一所述的制造下弦杆承载 梁的方法，其特征在于，所述梁腹元件通过铆钉、螺栓一螺母、螺钉、 焊接或者点式反敲钉紧部连接在每个弦杆元件上。
61.如权利要求60所述的制造下弦杆承载梁的方法，其特征在于， 所述铆钉为自攻铆钉。
全文摘要
公开了下弦杆承载梁、支撑系统及下弦杆承载梁制造方法。下弦杆承载梁包括细长的下弦杆元件，其由单块钢板材冷成型制成，所述下弦杆元件具有凸缘部和与其正交的梁腹容纳部，所述梁腹容纳部具有两个梁腹容纳突片和一对内凸缘部，每个所述内凸缘部分别从相应的一个梁腹容纳突片向外延伸；细长的上弦杆元件，其中所述上弦杆元件具有与所述下弦杆元件基本相同的长度；以及大致平坦的钢制梁腹，其在所述两个梁腹容纳突片之间连接至所述下弦杆元件的梁腹容纳部，并且连接至所述上弦杆元件。多个梁总体上被用在支撑系统中，用于支撑楼板和顶板结构中的平台或承板。支撑系统特别适合用在复合楼板和顶板系统中。
文档编号E04C3/08GK101481942SQ20091000999
公开日2009年7月15日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者磊 徐, 迈克尔·理查德·斯特里克兰 申请人:最优托梁公司