专利名称：Z截面构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种构件，具有Z形横截面并旨在用作骨架结构之中的承载构件。本发明已经研制成为用在屋顶支承建筑结构之中的一种檩条，而在今后，本发明将结合檩条予以说明。不过，将会理解，本发明作为适合用于任何承载结构之中的一种构件，的确具有较为广泛的应用。
所谓Z截面檩条目前是由轧制开坯钢材冷作而成的，并在横截面上观看时，一般的Z截面檩条包括一接近中心的腹板；两个指向相反方向的平行翼缘，从腹板的对置两端向外伸出；以及在每一翼缘外部边沿处的一个唇板。各唇板大致平行于腹板，并且为了允许两节檩条能以叠套方式连接起来，檩条制成得一个翼缘窄于另一翼缘。
本发明的目的是，提供一种截面构形，保证相对于从上述基本Z截面檩条构形所获得的强度来说强度增大，并且，重要的是，考虑到影响不同载荷和/或支承条件下的弯曲强度的一些因素。在逐步完成这项研制的过程中，各发明人认识到，为每一唇板配置一唇板回弯段，亦即带有在朝向腹板的方向上回弯的一段唇板，可能获得弯曲强度的提高。不过，还认识到，以通常的方式设置唇板回弯段，较窄翼缘的长度可能需要减小一个等于或接近较宽翼缘上唇板回弯段宽度的数量。结果，从包含一种唇板回弯段所得出的好处就可能趋向于由于需要减小较窄翼缘的宽度而被否定了。
因此，本发明研制成一种Z截面檩条，制有一包含各唇板回弯段并设计成允许较窄翼缘宽度最大化的横截面。
本发明提供一种细长的构件，由钢材冷作而成并具有一Z形横截面，包括一腹板；两个指向相反方向的平行翼缘，从腹板的相应两端向外伸出；以及在每一翼缘外部边沿处的一唇板。第一翼缘具有的宽度窄于第二翼缘的宽度，从而两个构件可以以叠套方式相接合，而构件的特征在于(a)每一唇板制有一唇板回弯段，以小于180°的夹角θ相对于唇板设置；以及(b)第二翼缘上的唇板在相对于第二翼缘构成一大于90°但不大于180°的钝角φ的方向上伸出。
在第二、较宽翼缘上以大于90°的角度制成唇板时，在两个翼缘上的各唇板可以配有各唇板回弯段而不需对于第一、较窄翼缘的宽度作出不可接受的减小。
第一、较窄翼缘上的唇板也可以以大于90°的角度φ设置于第一翼缘，而一般地(但并非必需地)以等于或小于第二、较宽翼缘与其唇板之间角度φ的角度予以设置。为在两个角度φ之间作出区别，相关于第二、较宽翼缘的角度此后称作中φ2，而相关于第一、较窄翼缘的角度称作φ1。
角度φ2可以选定得显著在大于φ1，作为保证较窄翼缘的宽度最大化的一条途径。
相关于第二、较宽翼缘的唇板与唇板回弯段之间的夹角θ可以等于或不同于形成在相对于第一、较窄翼缘的唇板与唇板回弯段之间的角度。
假定两个夹角θ可以是相等的或不同的，则相关于第二、较宽翼缘的角度此后称作θ2，而相关于第一、较窄翼缘的角度称作θ1。
对于本构件的任何给定的应用场合，各个不同的角度φ1、φ2、θ1和θ2将选定得可以保证构件强度的最佳化，同时允许两个构件以叠套方式相互连接。
第二、较宽翼缘与其相关唇板之间的钝角φ2一般不大于135°。不过，构件可取是制成得以致钝角φ2处在95°至125°范围之内，而且最为可取的是处在105°至120°范围之内。
第一、较窄翼缘与其相关唇板之间的角度φ1一般不大于135°。不过，角度φ1可取的是处在55°至95°范围之内，而最为可取的是，量级为60°。
唇板回弯段角度θ1可取的是处在85°至95°范围之内，而最为可取的是大致90°。
各唇板和各唇板回弯段的宽度将分别取决于构件的其他各截面尺寸和构件的承载要求。不过，每一唇板具有的宽度可取的是等于相关翼缘宽度的20％至60％，而宽度最为可取的是等于相关翼缘宽度的30％至60％。另外，每一唇板回弯段具有的宽度可取的是等于相关唇板宽度的30％至100％，而宽度最为可取的是等于相关唇板宽度的30％至80％。
相关于第一、较窄翼缘的唇板具有的宽度可以等同于或不同于相关于第二、较宽翼缘的唇板宽度。
相关于第一、较窄翼缘的唇板回弯段具有的宽度可以等同于或不同于相关于第二、较宽翼缘的唇板回弯段宽度。不过，可取的是，相关于第一、较窄翼缘的唇板回弯段具有的宽度将等于或大于相关于第二、较宽翼缘的唇板回弯段宽度。
当两个构件以叠套方式配装在一起时，相邻的各唇板和各唇板回弯段可以以接近平行的关系配装在一起，但有可能在大多数情况下这种关系并不存在。
可取的是，腹板制有至少一个沟状凹槽，伸展在腹板的纵向上。此或每一沟状凹槽具有的深度可取的是等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。沟状凹槽的深度最为可取的是处在0.5至3.0倍制成腹板的材料厚度的范围之内。
许多平行的沟状凹槽可取的是制成在腹板上面，并且最为可取的是，设置四条这样的凹槽。各沟状凹槽可以具有任何所希望的横截面形状，但可取的是，它们具有弧形。另外，各沟状凹槽的取向可取的是，当两个构件以叠套方式连接起来时，在各自腹板上的各沟状凹槽构成了沿纵向伸展的各孔道的各互补部分。
本发明从示于附图之中的Z截面檩条的一优选实施例的以下说明中会得到更加全面的了解，附图中
图1表明一根檩条的透视图；图2表明以叠套方式设置的两根檩条的一部分的端视图；图3表明一根第二种、宽翼缘檩条的唇板和唇板回弯段两部分的尺寸状况；图4表明两种不同檩条截面以将檩条宽翼缘置于受压的方式经受弯曲时屈曲应力对于屈曲半波长的关系曲线；图5类似于图4，但此时同样两种檩条截面以将檩条窄翼缘置于受压的方式经受弯曲。
如图所示，檩条从轧制开坯钢材经冷作制成并具有一Z形横截面，此横截面包括一腹板10和两个沿相反方向突出的翼缘11和12，从腹板的对置两端向外伸展。翼缘11在此称作“第一”翼缘并具有窄于“第二”宽翼缘12的宽度，这从图2可以最清楚地看到。
第一、窄翼缘11制有一唇板13，以一大致90°的角度φ1倾斜于翼缘11的平面，而第二、宽翼缘制有一唇板14，以一大致120°的角度φ2倾斜于翼缘12的平面。
在一根具有名义深度为200mm的腹板的檩条的情况下，第一翼缘11一般可能具有量级为65mm至70mm的名义宽度，而第二翼缘12可能具有量级为75mm至80mm的名义(总)宽度2。与第一翼缘11相关的唇板13则可能具有量级为20mm至30mm的名义(总)宽度，而与第二翼缘12相关的唇板14可能具有量级为25mm至30mm的名义宽度。
每一唇板13和14制有一相应的唇板回弯段15和16。唇板回弯段15以大致90°的角度θ1相对倾斜于唇板13，而唇板回弯段16以大致60°的角度θ2相对倾斜于唇板14。
因而，从图2可以最清楚地看到，各相应的翼缘、各相关的唇板和唇板回弯段的尺寸定得和角度方面设置得致使最窄的翼缘11在两根檩条以叠套方式接合在一起时套放在宽翼缘12之内。
唇板回弯段15一般可能具有量级为10mm至15mm的名义(总)尺寸，而唇板回弯段16一般可能具有量级为5mm至10mm的名义(总)尺寸，以致允许第一、窄翼缘的宽度最大化。
虽然各唇板和相关的各唇板回弯段在各图纸中(特别是在图3中)画成为包含各弧形段和各平直段，一个或另一个平直段A或B或二者(如图3所示)可以尽量减小到如此程度，以致各唇板和各唇板回弯段在极限情况下唯独在具有半径RA和/或RB的各弧形段予以确定。
因此，在此说明书中所提及的“唇板宽度”和“唇板回弯段宽度”将理解为由以下各关系式确定的各总宽度(有时称作“名总深度”)总唇板宽度=A+RA+tan(βA/2)+RB总唇板回弯段宽度=B+RB其中，如各图纸中所示并通常会是这种情况，角度βB等于或大于90°。
腹板10制有四条沿纵向伸展的沟状凹槽17。每一凹槽具有弧形，具每一凹槽具有量级为0.5至3.0倍檩条赖以制成的金属厚度的某一深度。另外，各凹槽17的取向是，当两个构件如图2所示以叠套方式连接时，在各自腹板10上的各沟状凹槽构成了沿纵向伸展的各孔道18的互补部分。
现在参看图4和5，其中图4中的曲线A是一标准Z截面檩条(现有技术)在以将檩条宽翼缘置于均匀压缩之下和将窄翼缘置于均匀拉伸之下的方式承受弯曲时屈曲应力对于屈曲半波长的一条关系图线。
图4中的曲线B是图1所示类型的Z截面檩条在以将檩条宽翼缘置于均匀压缩之下和将窄翼缘置于均匀拉伸之下的方式承受弯曲时屈曲应力对于屈曲半波长的一条关系图线。
图5中的曲线A是一标准Z截面檩条(现有技术)在以将檩条窄翼缘置于均匀压缩之下和将宽翼缘置于均匀拉伸之下的方式承受弯曲时屈曲应力对于屈曲半波长的一条关系图线。
图5中的曲线B是图1所示类型的Z截面檩条在以将檩条窄翼缘置于均匀压缩之下和将宽翼缘置于均匀拉伸之下的方式承受弯曲时屈曲应力对于屈曲半波长的一条关系图线。
为了导出示于图4和5的各图线，对示于下表中的各名义尺寸的檩条的两对比截面作了分析。
表格
在图4和5二者之中的曲线A和B，局部屈曲发生在各较短半波长处，扭变屈曲发生在各中等半波长处，而弯扭屈曲发生在较长半波长处。关于图1所示和在以上表格中涉及到的Z截面檩条，由图4和5中曲线B所表明的局部、扭变和弯扭屈曲应力高于由图4和5中曲线A所表明的标准Z截面(现有技术)檩条的相应应力。因此，符合本发明的Z截面檩条的屈曲抗力，当承受该一翼缘处于压缩而使另一翼缘处于拉伸的弯曲时，优于当承受同样应力分配时标准檩条(现有技术)的屈曲抗力。
权利要求
1．一种细长构件，由钢材冷作而成并具有一Z形横截面，具有一腹板；两个指向相反方向的平行翼缘，从腹板的相应两端向外伸出；以及在每一翼缘外部边缘处的一唇板，第一翼缘具有的宽度窄于第二翼缘的宽度，从而两个构件可以以叠套方式相接合，所述构件的特征在于(a)每一唇板制有一唇板回弯段，以小于180°的夹角(θ1或θ2)设置于唇板，以及(b)第二翼缘上的唇板在相对于第二翼缘构成一大于90°但不大于180°的钝角(φ2)的方向上伸出。
2．按照权利要求1所述的构件，其特征还在于，第一翼缘上的唇板在相对于第一翼缘构成一不大于第二翼缘与第二翼缘上唇板之间角度(φ2)的角度(φ1)的方向上伸出。
3．按照权利要求1或权利要求2所述的构件，其特征还在于，第二翼缘上的唇板在相对于第二翼缘构成一不大于135°的钝角(φ2)的方向上伸出。
4．按照权利要求1或权利要求2所述的构件，其特征还在于，第二翼缘上的唇板在相对于第二翼缘构成一落入95°至125°范围之内的钝角(φ2)的方向上伸出。
5．按照权利要求1或权利要求2所述的构件，其特征还在于，第二翼缘上的唇板在构成一落入105°至120°范围之内的钝角(φ2)的方向上伸出。
6．按照权利要求2所述的构件，其特征还在于，第一翼缘上的唇板在相对于第一翼缘构成一不大于135°的角度(φ1)的方向上伸出。
7．按照权利要求6所述的构件，其特征还在于，第一翼缘与第一翼缘上唇板之间的角度(φ1)落入85°至95°范围之内。
8．按照权利要求6所述的构件，其特征还在于，唇板与第一翼缘之间的角度(φ1)大致是90°。
9．按照权利要求1至8中任何一项所述的构件，其特征还在于，相应两唇板和相关各唇板回弯段之间的角度(θ1和θ2)是不同的。
10．按照权利要求9所述的构件，其特征还在于，唇板回弯段与相关于第二翼缘的唇板之间所包含的角度(θ2)处在55至85°的范围之内。
11．按照权利要求9所述的构件，其特征还在于，唇板回弯段与相关于第二翼缘的唇板之间所包含的角度(θ2)大致上等于60°。
12．按照权利要求9所述的构件，其特征还在于，唇板回弯段与相关于第一翼缘的唇板之间所包含的角度(θ1)处在85°至95°的范围之内。
13．按照权利要求9所述的构件，其特征还在于，唇板回弯段与相关于第一翼缘的唇板之间所包含的角度(θ1)大致上等于90°。
14．按照权利要求1至13中任何一项所述的构件，其特征还在于，每一唇板回弯段具有的宽度等于相关翼缘宽度的20％至60％。
15．按照权利要求1至14中任何一项所述的构件，其特征还在于，每一唇板回弯段具有的宽度等于相关唇板宽度的30％至100％。
16．按照权利要求15所述的构件，其特征还在于，相关于第一翼缘的唇板回弯段具有的宽度不小于相关于第二翼缘的唇板回弯段的宽度。
17．按照前述任何一项权利要求所述的构件，其特征还在于，腹板制有至少一个沟状凹槽伸展在腹板的纵向上。
18．按照权利要求17所述的构件，其特征还在于，此或每一沟状凹槽的深度等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。
19．按照权利要求1至16中任何一项所述的权利要求，其特征还在于，腹板制有许多平行的沟状凹槽，伸展在腹板的纵向上。
20．按照权利要求1至16中任何一项所述的权利要求，其特征还在于，腹板制有四条间隔开来的平行沟状凹槽，伸展在腹板的纵向上。
21．按照权利要求19或权利要求20所述的构件，其特征还在于，每一沟状凹槽具有一弧形横截面。
22．按照权利要求19至21中任何一项所述的构件，其特征还在于，每一沟状凹槽的深度等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。
23．按照权利要求19至22中任何一项所述的构件，其特征还在于，各沟状凹槽的取向方式是，当两个构件以叠套方式连接时，在各自腹板上的各沟状凹槽构成了沿纵向伸展的各孔道的互补部分。
24．基本上如附图所示并基本上参照附图如此前所说明的构件。
全文摘要
一种细长构件,由轧制开坯钢材冷作而成并具有一Z形横截面,包括一腹板(10);两个指向相反方向的平行翼缘(11和12)从腹板的相应两端向外伸出;以及在各个翼缘外部边缘处的各唇板(13和14)。第一翼缘(11)的宽度窄于第二翼缘(12)的宽度,从而两个构件可以叠套方式相接合。各个唇板(13和14)制有唇板回弯段(15和16),它们相对于各唇板以不大于180°而最好是量约为55°至95°的夹角(θ
文档编号E04C3/04GK1212037SQ97192563
公开日1999年3月24日 申请日期1997年1月30日 优先权日1996年2月2日
发明者格雷戈里·汉考克, 迈克尔·西莱本 申请人:布罗肯希尔有限公司, 悉尼大学