木材结构件的制作方法

专利名称:木材结构件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于建筑物构建的结构件领域。确切说，但不限于此地，本发明涉及用于龙门架的木材结构件，其能被结合到组合建筑系统中。
背景技术：
木材结构件在建筑结构构建领域中起到非常重要的作用。由于木材的负荷承载强度和承受各种力的固有能力，木材通常用于托梁、横梁、立柱、椽和骨架。此外，与金属基材料相比，木材结构件通常制造成本低并且更容易切削和加工以满足特定的建筑需要。一种牢固且实用的结构件是“工字梁”。工字梁包括两个翼缘构件和联接用腹板件，其横截面像字母“ I ”。工字梁具有良好的负荷承载分布能力，是建筑物构建中的关键部件。
木材工字梁(以下称为木托梁)的翼缘过去由实木材或层压木材制造。为了获得具有合适长度和横截面尺寸的翼缘，需要较粗的木材。翼缘上的任何缺陷都会严重危害翼缘强度，因此木托梁的制造需要相对高质量的木材。而这又导致生产成本提高以及出现自然资源保护的问题。取决于从原木上锯开的部分，实木材可能具有涉及天然缺陷例如开裂、 腐朽、异常生长和纹理结构的问题。此外，当被锯开并准备用于商业用途时，木材容易出现加工缺陷，如碎裂、毛刺沟痕和木材缺棱等。
为了解决与实木相关的问题，人们已在寻求用于制造木托梁的其它形式的木料。这些木料包括工程木质复合材料，如胶合板、单板层积材(“LVL”)、定向木片胶合木 (“0SL”)和定向刨花板(“0SB”)。木质复合材料具有原材料成本低(由于它们能够由低品级木料或者甚至废木料制成)以及没有与实木缺陷相关的问题的优点。然而，由于经过加工的结构木材比自然形成的木材需要更多的切割、胶合和固化，因此其制造所需要的能量和资源通常会显著增加。并且，由木质复合材料制造的木托梁没有有效的端面纹理联接， 并且当使用在建筑构造中时，它们通常通过支承在其它构件上来接合并且用钉子被钉到其上以防止侧扭和/或侧移。此类联接通常需要进一步安装有金属托架，该金属托架会变为设计障碍。此外，金属托架易于在失火时氧化和塌陷，因为金属比木材更易受热变形，导致相邻木材的碳化并支承的丧失。
因此，需要这样一种木材结构件，其被构造成具有优良的强度特性、需要少量加工，材料浪费少并且容易联接到其它结构件上，而不损害该结构件的强度。
在本说明书中任何提到了现有技术并不构成且也不应当被认为是承认该现有技术在所附权利要求
的优先权日之前在澳大利亚或任何其它管辖区域是众所周知的或构成公知常识。

发明内容
根据本发明的一个方案，提供一种木托梁，其包括通过腹板联接在一起的第一翼缘和第二翼缘，该腹板在结构上与两个翼缘一体形成，两个翼缘都包括木桩柱。
优选的是，在每个翼缘中形成有槽，该槽沿翼缘的长度纵向延伸，该槽的尺寸被设定成能接纳腹板，该腹板被粘固在该槽中。
腹板为基本上平面的并可以在翼缘的整个长度上延伸。或者，腹板可延伸超过翼缘长度，或比翼缘长度短。腹板可以包括一个和多个部段，其中翼缘包括一个或多个槽，每个腹板部段被接合到在翼缘中的所述多个相应槽中的一个槽。
腹板可以由任何合适的高强度平面材料形成。合适的材料包括加工木材例如硬纸板、胶合板、金属片、金属板、纤维加强水泥薄板、塑料和纤维加强塑料等。两个翼缘优选彼此平行，该腹板优选为细长矩形形状。
一个或多个翼缘端部被构造成形成榫钉联接结构。榫钉联接结构可包括在翼缘中的且尺寸设定成能接纳榫钉的轴向孔。榫钉优选包括低碳钢棒或高强钢棒。
翼缘的一个或多个端部设有径向切口，该径向切口的形状和定位允许与另一个木桩柱相接合。
本文所使用的术语“木桩柱”旨在表示具有中央芯并具有修剪的周边的天然圆形横截面桩柱，从而桩柱具有沿其整个长度基本不变的横截面。合适的桩柱包括原木种植松树，如湿地松或加勒比海杂交松或其它树种。
根据本发明的另一个方案，提供一种结构，其包括多个相互联接的结构件，其中的一个或多个所述结构件是根据本发明的木材结构件。
根据本发明的另一个方案，提供一种桁架，其包括至少两个没有彼此平行排列的木桩柱，每个桩柱中设有槽，还具有粘固到两个桩柱的槽中以形成结构上一体的组件的腹板。


图1示出了根据本发明的木托梁的一个实施例的立体图；
图2示出了图1所示的木托梁的俯视图；
图3示出了图1所示的木托梁的端视图；
图4示出了图1所示的木托梁的侧视图；
图5示出了根据本发明的木托梁的另一实施例的立体图；
图6示出了图5所示的木托梁的俯视图；
图7示出了图5所示的木托梁的前视图；
图8示出了图5所示的木托梁的端视图；
图9示出了结构件的一部分的前视图，图5所示的木托梁可联接到该结构件上；
图10示出了包括本发明的翼缘和腹板结构的桁架的一个实施例的侧视图；
图11示出了包括根据本发明一个实施例的木托梁的弯接头的侧视图。
具体实施方式
先参见图1到图4，示出了根据本发明的一个实施例的木托梁10。木托梁10包括通过腹板16联接在一起的第一翼缘12和第二翼缘14，从而两个翼缘12和14相互对齐和平行并且彼此分隔预定距离。翼缘12和翼缘14的直径和腹板16的尺寸如此选择，即，组合托梁的结构强度将满足预定设计和承重要求。翼缘12和翼缘14由木桩柱组成。
如图所示，每个翼缘12和14中切制出矩形的沟槽或槽18，腹板16以相对紧密滑动配合方式安置于该沟槽或槽中。采用合适的粘结剂或其它固定手段将腹板16固定到槽 18中，以保证托梁按照结构一体的方式起作用。用于将腹板16粘固到槽18中的粘结剂将取决于形成腹板16的材料。
在本发明的一个优选实施形式中，腹板16由本领域众所周知的胶合板或胶合板类材料形成，所选用的粘结剂是这样类型的，其能在腹板16和制成翼缘12和14的木材之间获得高强度的木材-木材粘接。如果需要，可以在组装后对复合托梁进行处理，以保证腹板同翼缘的接合是高强度的。
如上所述，翼缘12和翼缘14都由木桩柱形成。选用木桩柱是因为木桩柱带来显著优势。使用木桩柱所固有的许多优点在其它木材产品如锯成木材或层压木材产品中是找不到的。例如，一个显著优点是木桩柱相对便宜且制作简单，做法是砍伐恰当直径的树木， 然后修剪树木外表面以形成沿其长度有恒定直径的桩柱。仅从柱外表面上切削下废料如树皮和树枝。
木桩柱有时称为“原木”或“圆木”并且特别牢固，因为木材纤维的自然强度没有因锯切或其它处理方式被破坏。桩柱完整性得以保留，并且将木桩柱修圆所需要的修剪作业不会显著影响桩柱整体强度。还将认识到，在结构上相对弱的桩柱芯被保持在桩柱的中心，在承载情况下，在桩柱中心处的应力将小于桩柱周边处的应力。
人们将会理解，木材的自然特性是桩柱的中央芯或木髓是相对软的并且具有低的结构强度。另一方面，桩柱周边要坚硬许多，并且木材纤维能够承载高的拉伸载荷。此外， 这种坚硬外层具有更大的抗吸水性，因此通过保留木桩柱外周的完好无缺，保持桩柱的结构完整性。
除了因使用木桩柱而获得的益处外，托梁(一旦组装好)还起到用于提供进一步结构强度和稳定性的复合构件的作用。
因此，由木桩柱形成的结构件具有很多优点，包括浪费相对少和维持圆形木桩柱的结构完整性。
可以如此控制托梁总高度，即，保证使用具有恒定直径的木桩柱并且在桩柱中切制出的槽18具有恒定深度以容纳标准尺寸的腹板。或者，如果桩柱直径可有一定程度的变化，则可以通过改变槽18的深度以保证托梁总高度尺寸恒定来适应该变化。这将保证，在托梁被例如用作甲板或地板的支承的情况下，甲板和地板是平面的并且甲板和地板的所有部分都由相邻的托梁支承。
一个替代方案是在托梁的顶面和底面内切制出平面，如虚线20所示，这些面20彼此分离开预定的距离。这将保证托梁具有用以安置横梁的平坦支承面，也保证托梁总高度能被精确控制。
通过在托梁每端上设置一对榫钉型联接结构，可以方便地实现托梁与任何期望结构的联接。如图1所示，在每个翼缘12和翼缘14的端部中按预定深度机加工出一个轴向中心孔22。孔22的尺寸被设定用来接纳如图所示的钢榫钉M。应当理解，轴向孔22不仅保证牢固联接(如下所述)，也去除桩柱翼缘12、14的中心最弱部分，由此为从整体上给托梁提供增大的强度/结构完整性。
横向出入孔沈将孔22的末端连通到桩柱外的一个位置，该横向出入孔沈用于将合适的粘结剂注入该孔22，以将榫钉M粘固到孔22中。通常，孔22的直径比榫钉M的直径略大，因此通过出入孔沈被注入的粘结剂将完全包围榫钉24，由此保证榫钉M和翼缘12或14之间的高强度粘接。在孔22的开口处，可以放置用于轴向对中榫钉M的榫钉对中环，如虚线四所示。在此构造中，榫钉M穿过对中环被插入孔22中，该对中环的内径基本匹配于榫钉M直径，以实现牢固配合。该榫钉对中环可由塑料、金属或复合材料等制成。该对中环可在外径上具有突出部，用于将环稳固安置在孔22的开口中。对中环四可用于在桩柱端部观和托梁安装于其上的桩柱或其它结构件之间形成密封面，由此确保被注入通道沈的粘结剂的密封连续通过。
粘结剂可以包括二元环氧树脂材料，或者在一些场合中，粘结剂可以使用单相环氧树脂。
通过轴向固定该托梁的每个翼缘12和14，由该托梁承受的所有负荷力被轴向传递经过翼缘12和翼缘14。这再次提高托梁的强度以及用托梁竖起的任何建筑物的强度。
此外，通过将榫钉M暗装在翼缘12和翼缘14内，可保护榫钉M免受火的影响。 其它已知的联接系统使用外装式联接件(例如，销、钉子、螺栓、板等)。已经发现，在发生火灾的情况下，这样的外装式联接件会传热到托梁木材中，导致托梁失稳性不期望地增强。在理论上，该失稳性增强是由联接件变得太热而造成的，结果，孔中的木材被烧焦并收缩，由此在正运动的构件中产生动态应力。
通过提供暗装的榫钉联接件M，避免了该问题，所形成的托梁的防火等级取决于托梁的腹板和翼缘12和翼缘14。还注意到，本发明优选实施例中的圆形翼缘12和14本身比在传统托梁中使用的锯切木材不易燃烧。
在使用中，预计榫钉M的相对末端25将穿过立柱或类似物，立柱或类似物具有类似粘接手段，以保证销钉两端均正确地锚固在其各自孔中。
由于设置两个榫钉24，即为每个翼缘12和14各设一个榫钉，所以托梁10将通过两个榫钉M被保持竖立，防止托梁在其使用中受力时扭曲。此外，通过(榫钉24)固定托梁10的两个翼缘12和14，防止单个翼缘12或14在受力时的潜在转动可能性。显然，托梁两端将以这种方式来安装，由此确保四个高强度的榫钉M被用来将托梁固定就位。根据强度要求和环境条件，可以使用被热浸镀锌变形榫钉或Y型榫钉，或者可以考虑使用其它合适的替代物。
在托梁要被联接到竖直延伸的圆形桩柱或类似物的情况下，翼缘12和14的端部 28可被制成具有扇贝形凹形，如附图的标记30所示。如此选择凹形30的曲率半径，即反映射出要联接至托梁的立柱的直径，由此保证与这种立柱的整齐且结构可靠的联接。当然应当理解，翼缘12和14可被制成具有扇贝形凹形30，其定向能实现与任何定向的圆柱的联接。例如，可以加工出竖直径向切口(与所示的水平径向切口相反)，以形成适合与水平延伸圆柱连用的扇贝形凹形30。
与托梁相联接的竖立构件自身可以是上述类型的托梁。换句话说，图1所示类型的托梁可彼此成直角地布置，以形成例如龙门架或类似结构。因此，图1所示的托梁可在水平方向、竖直方向或实际上任何取向上使用，并且，术语“托梁”不是想要限制可放置本发明结构件的应用场合。
如图5至图9所示，为了提高托梁与要同托梁相联接的竖立支架的端部联接的强度，腹板16可延伸超过翼缘端部，如图5至图9所示。如图所示，腹板16具有榫舌32，榫舌延伸超过翼缘端面观，榫舌32将插入在末端支架中的竖向延伸的槽36。榫舌32将用合适的粘结剂被粘固到竖向延伸的槽中，由此增强端部联接的整体性，而且当负荷在使用中被施加到托梁上时，还防止托梁扭曲。因为腹板16可由相对高强度的材料制造，所以端部联接可被制作成在使用中有高强度，进一步提高结合有托梁的结构的整体结构强度。如果需要，可使用如虚线34标示的横向延伸的销钉将榫舌32横向固定到竖立支架上。
应当理解，两个翼缘的扇贝形端部观与同托梁相联接的立柱一起作用，防止托梁在受力扭曲。因此，在桩柱和托梁之间的异型嵌套联接以及在托梁端部的双榫钉联接的综合效果将保证托梁的端部联接在结构上是可靠的。
虽然可以想到如图1至图9所示类型的托梁是可用到本发明的结构件的优选形式，但其它形式的结构件也是可行的。图10表示另一个这样的例子。所示出的例子包括由一系列木桩柱42彼此联接形成的桁架40。腹板44被接合到多个桩柱42之间的多个多边形空间之一中，并且采用之前关于图1至图9所示出的托梁的翼缘和腹板描述的槽和榫舌联接配置结构来接合。通过按照这种方式将腹板接合到多边形空间中，将保证桁架的整体强度显著提高，尤其是使用相对高强度的腹板材料如胶合板的情况下。
如上所述，腹板材料可以由任何合适的材料形成，腹板的强度和厚度取决于托梁的总体强度要求、原木直径等类似的考虑。显然，如果需要高强度腹板，则可以使用例如厚一些的胶合板材料。其它腹板材料可包括含纤维水泥或类似材料，或其它高强度平板材料如硬纸板、刨花板以及塑料类材料。
多种木材可适用于形成木桩柱，尤其是那些趋于在其相当大的长度部分上具有相对恒定直径的材料类型，从而在前述的修剪修圆过程中尽量减少废料。种植的松木材料适合形成合适的原木。也可以考虑使用其它材料，例如包括椰子树、花旗松和各种桉树类。在一些应用中，也可以考虑高强度竹竿。
木桩柱通常需要进行防虫害和防真菌处理，并且可浸渍多种木材保护产品和或阻燃剂。
如上所述，本文所述的托梁可被用在很多不同的场合，尤其是，托梁适合作为结构的立柱，在该结构中，立柱下端可嵌入水泥或支承在支柱上，而该支柱又嵌入水泥地基中。
应当理解，本文所述的榫钉型联接是有利的，因为其直接沿木桩柱的中心轴线传递联接力。沿木桩柱芯部的钻孔用于仅去除木桩柱的最弱部分。此外，桩柱的扇贝形端部用于增大桩柱端部的支承表面面积，由此保证在结构内的不同部件之间的很好的载荷支承传递。
如上所述，本文所述的榫钉型结构的一个优点是所有金属件以上文所述方式暗装在木材构件中。这种配置不仅提供美观的联接配置，还具以下优点，在发生火灾情况下，至少在开始时，金属件不直接暴露于火的热力下，因此在火灾发生时常会出现的这类构件的失效将只会在着火一段时间之后发生，因此避免结构件在火灾爆发后的很短时间内就毁灭性倒塌。
图11提供一种结构50的视图，该结构使用上文所述的托梁和结构件M来构造。
在这里，该结构件M包括联接在一起的一对桩柱56和58，每个桩柱在其与上翼缘 64接触的端部分别具有径向切口 60和62。在下翼缘68的与桩柱56接触的端部中具有径向切口 70，使得下翼缘68抵靠结构件M的桩柱56。[0058]根据图11所示，托梁和结构件M如此联接，即结构件M的桩柱56落座在托梁的下翼缘68的径向切口 70中；托梁的上翼缘64落座在结构件M的桩柱56和58的径向切口 60和径向切口 62中；将托梁下翼缘68与结构件M的桩柱56和58相互联接；并且结构件M的桩柱56和68与托梁52的上翼缘64相互联接。
应当理解，说明书所述和所限定的本发明扩展到文字或附图所提到或可明显得到的两个或多个单独特征的所有替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个替代方案。
还将会理解的是，本文所用的术语“包括”(及其衍生词)等同于术语“包含”，其不应被视为排除了其它构件和特征的存在。
权利要求
1.一种木托梁，包括通过腹板联接在一起的第一翼缘和第二翼缘，所述腹板与两个所述翼缘在结构上一体形成，两个所述翼缘都包括木桩柱。
2.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，在每个所述翼缘中形成有沿所述翼缘的长度纵向延伸的槽，该槽的尺寸被设定成能接纳该腹板，该腹板被粘固在该槽中。
3.根据权利要求
1或2所述的木托梁，其特征是，该腹板基本是平面的。
4.根据权利要求
1或2所述的木托梁，其特征是，该腹板在该翼缘的整个长度上延伸。
5.根据权利要求
1或2所述的木托梁，其特征是，该腹板延伸超过该翼缘的长度。
6.根据权利要求
1或2所述的木托梁，其特征是，该腹板比该翼缘的长度短。
7.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，该腹板包括一个或多个部段，所述翼缘包括一个或多个槽，其中每个腹板部段被接合到该翼缘中的多个相应的所述槽中的一个槽。
8.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，该腹板由相对高强度的平面材料形成。
9.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，该腹板由选自以下材料组的材料形成，该材料组包括加工木材、硬纸板、胶合板、金属片、金属板、纤维加强水泥薄板、塑料和纤维加强塑料材料。
10.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，所述翼缘相互平行，该腹板是细长矩形形状。
11.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，所述翼缘的一个或多个端部被构造成形成榫钉联接结构。
12.根据权利要求
11所述的木托梁，其特征是，该榫钉联接结构包括在该翼缘中的且尺寸被设定成接纳该榫钉的轴向孔。
13.根据权利要求
12所述的木托梁，其特征是，该榫钉选自包括低碳钢棒或高强钢棒的组。
14.根据权利要求
1所述的木托梁，其特征是，所述翼缘的一个或多个端部设有径向切口，该径向切口的形状和位置允许与另一个木桩柱相接合。
15.一种包括多个相互联接的结构件的结构，其特征是，所述结构件中的一个或多个结构件是根据权利要求
1至14中任一项的木托梁。
专利摘要
一种托梁，其包括通过腹板联接在一起的第一翼缘和第二翼缘，该腹板与两个翼缘在结构上是一体的。两个翼缘都包括木桩柱。
文档编号E04C3/02GKCN202023297 U发布类型授权 专利申请号CN 200990100066
公开日2011年11月2日 申请日期2009年1月28日
发明者P·布莱尔, P·桑顿 申请人:洛戈知识产权控股有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan