精密结构系统的制作方法

专利名称：精密结构系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于骨架结构、如塔和桥架的结构系统以及建筑物结构框架的改进，还包括制造、组装和架设技术以及建造顺序方面的改进，它对于许多种类的结构和建筑物来说大大节省了时间和成本。
对本发明之前的结构系统和建造方法的彻底调查表明已有技术的现状如下(a)许多建筑物和结构被作为一种“单件的”(one off)项目进行设计和建造，在此，牺牲了生产运行的利益和规模经济，导致费用增加、时间延长。
(b)在结构上，传统系统和标准组件系统的各种部件严重相互依赖，例如，底座和地板支承着墙板，而墙板又支承着屋顶。这种依赖性降低了设计的灵活性并增加了成本。
(c)“系统建成”和“整套建成”的建筑物仍需要大量熟练的手工工作，这是影响建筑物成本的主要因素，特别是在边远地区。
(d)建筑物中的屋顶或墙板在最近几年更加普遍地使用预制钢桁架，然而在连结点的设计上仍有改进的余地，并且还要建造一个可用于组装系统化桁架并可方便运输的简单场地。
(e)在建筑物中使用的预制钢桁架具有两种类型，即焊接的或螺栓连接的，每一种均有其自身的优、缺点，但是它们均使用刚性的连结结构，也就是说由于要减小弯矩而使构件确定尺寸的效率降低，并且它们均需要特殊的装备，特别是较大螺栓连接的桁架，此时于结点板连接点上要使用摩擦夹紧螺栓。这些桁架均不使用简单的单销连接来进行可转动连接。
(f)在许多情况下，建筑物的屋顶设计因其不被视为独立结构而成为“特定的”(“add hoc”)，它的支承位置是由建筑物布局确定的，而没有更多地考虑屋顶结构自身的效率。在大多数情况下，由于使用太多的支承件而进一步使改建变得困难和昂贵。
(g)屋顶的建造几乎无例外地是在其最后的高处位置进行的，即在高处作业，所以必要及昂贵的安全保护措施增加了建造的费用，而且对较大的屋顶构件还要使用吊车。
(h)建造方法通常是顺序建造，其中屋顶是在靠近建筑周期的中间或结束时才安装的，这意味着在屋顶建成之前建设时间会因雨、雪、风、强烈的日光等而延误。
(i)上述系统太复杂，不能方便地拆卸和重装，特别是对不熟练人员更是如此。
(j)整个系统仍太昂贵。
针对上述问题，本发明的主要目的是(a)提供一种精密结构系统，它容易被建筑业的所有人员包括建筑师、工程师、商人和最终用户所熟悉，而且对许多类型的建筑和结构能够大大节省费用和建造时间。
(b)提供一种标准的建筑结构系统，其中，将建筑物各可分离部分的结构依赖性降到最小程度，这样，各可分离部分包括屋顶、地板、墙板和家具在设计和/或建造方法方面均具有经济上的益处，特别在墙板为无载支承并可以重新定位以增加功能适应变化的要求时更是如此。
(c)提供一种标准的建筑结构系统，它被设计成很容易被不熟练的工人理解和组装，从而将降低制造的费用，特别是在边远地区。
(d)提供一种标准的建筑结构系统，它使用简单的易于运输的现场钢桁架和框架作为系统的基本结构部件，这些桁架可方便地由标准型钢制造，并且通过在不同平面内固定交叉的桁架来组装三维框架。
(e)提供一种标准的建筑结构系统，在该系统中，基本桁架的结构设计通过用简单的单销连结来代替焊接或多螺栓连结而大大改进，使用单销的桁架的几何形状使得部件的长度制造公差对于桁架中正确的载荷分节不再是关键。
(f)提供一种标准的建筑结构系统，其中屋顶设计为一种单独的并独立应用的结构，由于使用了交叉桁架，框架结构成为一种非常有效的形状，从而能够使用最少数量的支柱，这提高了整个结构的功能并大大降低了更新的成本，而屋顶框架内部的空间可以用作生活区域。
(g)提供一种标准的建筑结构系统，其中屋顶或地板系统是在地面或靠近地面处建造的，包括全部屋顶挡板、顶板、横木、流水槽、山墙端头、通风口、隔热层及水电管线的安装，然后提升并固定其在最底数量的支柱上的最终位置上，也可以用支柱支承临时提升设备，这种安装方法比高架安装更安全、费用更经济。
(h)提供一种标准的建筑结构系统，其建造顺序是首先安装屋顶，从而使其它作业可在遮盖下进行，这降低了总的安装时间并减少了依赖“现场”交易的作业，例如水电管线可以在浇注混凝土地板的时安装在屋顶空间内。
(i)提供一种标准的建筑结构系统，它能够使无经验人员方便地进行拆卸、重新组装以及在另一不同位置使用另一套支柱进行装配。
(j)提供一种可大大降低费用的精密结构系统。
为了能够详细地理解本发明，现在参照附图描述优选的实施例。其中

图1至71表示本发明的二维桁架几何形状和结点;
图72至78表示本发明的三维桁架几何形状和结点;
图79至105表示按照本发明及其可能的应用而设计的建筑物结构，并且还表示了各种结构系列。
图1是一个二维桁架的立体图，它包括形成矩形桁架周边的槽形桁弦101-110。槽形立柱111-113进一步将桁架的封闭区域细分成不稳定的四边形，在此为矩形，槽形拉杆114-117再将这些不稳定的形状细分为稳定的四边形。
可以看到，每一个构件与另一个构件在一个单独的位置通过将一个销或螺栓(未示出)插入这两个构件中的对准的孔118而相连，在此，一个销或螺栓仅将一个构件固定到一个另外的构件上。
在图1中可以看到，所有的构件均是槽形材，销或螺栓的作用是将槽形腹部的外侧面夹紧在一起而形成共面连接，但仍能够在两构件之间通过绕垂直于构件和桁架平面的销或螺栓轴线的转动进行角度调整。用销使构件保持共面连接的夹紧方法是最好在销的各端具有螺纹，螺母可以拧到销的两端上，在此，足够厚度的垫圈保证构件中的孔壁支承在销或螺栓没有螺纹的部分上。
根据图1，销或螺栓与纵轴垂直的截面最好是圆形，以便插入构件的圆孔中，在此，孔径与销径的比小于1.007。
由图1可以看到，至少两个构件并且最多五个构件在一个有限的或限定的所谓一个节点的区域内是中断的，例如，两个构件101和110在一个单销节处相连，三个构件109、110和114形成了一个双销节，四个构件101、102、111和114形成一个三销节，而五个构件102、103、112、115和116则形成一个四销节。各构件中的销的孔口最好在构件的纵轴上。
由图1可以解释被称作逐步稳固的组装顺序，它表明，孔中心之间的构件长度对于非受力组件并不重要，术语“精密”结构系统是指孔、销(配合)公差比小于1.007。这防止了在可变载荷或载荷转变时的过度变形。首先从左手端组装，用四个销将构件101、109、110和111连接成一个矩形，然后将该矩形推成一个平行四边形直到构件101和109的孔距与构件114的中心孔距严格相等。这种逐步稳固过程随后通过增加构件102、108和112而重复进行，它构成了另一个矩形，并且通过将该矩形推成一个平行四边形并添加拉杆115而使之稳定。重复该过程，直到组装成总体桁架。还需注意，销连接仅要求其在剪切力的作用下能够防止承载桁架的过度变形即可，这是由于紧密的孔-销公差和作用在销面上的构件壁的垂直载荷造成的。通常，在这种类型的桁架中，通过使用将一个构件固定到另一个构件上的摩擦夹紧螺栓和超过销尺寸1mm或2mm(而不是0.1mm～0.2mm)的孔即可使桁架的变形得到限制。以上描述中，桁架的承载和变形是以构件110和105下方的竖直支承以及作用在构件111、112和113的顶端使桁架构件产生竖直位移的竖直载荷为基础的。
桁架的稳定还部分地由于从一个四边形伸入到相邻四边形的一些构件之端部的连续性及刚性，例如，构件102的一个端部上具有三个孔，并且构件102与这些端孔之间的端部102A及102B是一个整体，这种整体性连同桁架几何形状一起作用而促进了构件101、102、115、108、109和111界定的多边形相对于构件102A、112、108和115界定的多边形的稳定，并且还可以看到，这些刚性的端部可以使构件接点位于四边形的任何侧边的长度范围之内，而不使桁架失稳，例如，构件102在多边形的顶边的长度内与构件103相连，而多边形102B、103A、116、107、108和112保持稳定，部分是由于连续刚性的端部102B和103A，部分是由于桁架几何形状。还可以看到，端部102B和103A不必成一行，并且该多边形102B、103A、116、107、108和112可以认为是一个六边形。
图1A表示了嵌套Z形截面积桁弦与槽形立柱及拉杆的应用，图1B则表示了可在图1所示的桁架中使用的嵌套槽形桁弦和槽形拉杆和立柱。当然对于每个构件来说可以使用任意类型的截面，包括角形材、T形材和中空截面，只要能够在构件之间形成共面连接即可。
由图1、1A和1B可以设想，通过改变构件的长度及构件间的角度，能够组装成各种形状的桁架，包括三角形、弓形、拱形等。
图2至4表示了几个其它的桁架几何形状，其中桁弦不是成一直线地形成周边，并且立柱和拉杆在各端部具有多于一个的孔，然而在所有情况下于任一个销处仅连接两个构件。
图2到图4的桁架也可以按照逐步稳固的方式加以组装。
图5、图6表示了二维桁架的图解布局，其中在大圆圈501、502和601中所示的节点位置具有一个带一个销的双构件结点和一个仅带一个销的三构件结点。在没有直线穿过的小圆圈的节点处表示三个构件、一个销节，而有直线穿过的小圆圈则表示两个构件、一个销节。
图7表示使用角桁弦701、702和角拉杆703的节点501或601的立体分解图。
图8是使用Z形截面的桁弦801、802和槽形拉杆803时的节点501或601的立体视图。
由图5-8还可以看到，两个拉杆能够在一点处固定到桁弦和分离连接的多个桁弦上，从而消除了构件的弯曲。
图9、10表示了二维桁架的图解布置，其中在节点901或1001处的所有的构件均只由一个销来连接，其消除了所有构件的弯曲。
图11表示了图9或10中的一个四构件、单销节901或1001使用角形桁弦1101和角形拉杆1102的分解立体视图。该图还表明，销1103在其端部具有夹紧螺纹1104和螺母1105。桁弦具有孔1106，拉杆具有孔1107，并且结点是沿轴线1108组装的。这些桁弦具有纵轴线1109，而拉杆具有纵轴线1110，轴线1109、1110和组装轴线1108相交。
图12表示了在图9或10中的一个四构件单销节片嵌套Z形截面桁弦和槽形拉杆的情况。图11中的销和夹紧作用螺母对于图1-12均是有代表性的。
在图1-4中，一个单独的销在一个单销节或多销节处仅固定两个构件，在图5-8中在一个单销节或多销节处一个销至少固定多于两个的构件;在图9-12中，在一个节点上一个单独的销固定着所有的构件。
图13是一个四构件单销节的分解立体视图，它使用沿轴线1303组装的槽形桁架1301和槽形拉杆1302，此时这些构件的端部被切成了斜角，以便能形成腹部的共面连接而不受边缘的影响。
图14是一个四构件单销节的分解的立体视图，其中槽形桁架1401和槽形拉杆1402沿轴线1404组装，并且借助使用垫片1403而不需去掉构件的任何部分。
图15引入了具有多于一个面的构件的概念在该例子中，支柱1501在相对的二平行面内分别具有对齐的孔1502，整体销穿过立柱1501而将两个槽形桁弦1503或一个或两个槽形拉杆1504加以固定。
图16与图15类似，不同的是它用了两套桁弦，以在立柱1601中由桁弦1602和1603及拉杆1604提供反扭矩载荷。
图17表示了一个滚压或挤压成形的型材，它具有三个竖直的二维平面，面上具有对齐的孔，用于与其它构件共面连接。
图18表示了具有四个竖直二维平面的滚压成形型材，在该四个平面上具有对齐的孔，用于与其它构件共面连接。
图19表示一个滚压或挤压成形构件1901的分解立体视图，该构件具有四个竖直面、一个与之相对准的中空方形截面桁弦1902、一个中空方形截面立柱1903、和方形的中空截面拉杆1904，这些中空方形截面构件平滑地装在构件1901的边缘之内，以实现各中空方形截面构件的两相对面的共同连接。
图20表示了一个四构件单销节，它使用一个套筒式或可伸缩地嵌在一个较大中空方形截面桁弦2002、内的中空方形截面桁弦2001，而两个槽形拉杆2003也沿着销轴2004装配。
图21表示了一个四构件三销节，其中，一个中空方形截面构件2101套装在一个槽形件2102内并连接在一个销上，并且一个中空的方形或矩形的截面立柱2103和拉杆2104各在桁弦2102之内连接在独立的销位上。
图22表示了一种扩展槽形桁弦2201之二维平面以便连接槽形桁弦2202的方法，它是将一个平板2203用两个销刚性地固定到槽形件2201上，槽形拉杆2204也连接在其上，从而形成一个四构件双销节。
图23表示了一种扩展中空方形截面桁弦2301的两个相对壁的方法，它是将长度较短的槽形件2302用两个销刚性地固定到2301上。在方形中空截面桁弦的槽形扩展部分内的对齐孔用于连接另外一个桁弦2303和拉杆2304。
图24表示了一个单销节，其中四个构件通过去掉桁弦2401、2402和拉杆2403的顶面和底面的一部分均能达到与其它构件的双共面连接，而剩余的侧壁则作为共面的中空方形截面构件壁的扩展部分。
图22-24表示了借助扩展的构件壁来达到单面或多面共面连接的几种不同方法。
图25、26图示了使用五构件四销节和四构件三销节的桁架几何形状的布局，而图27、28则表示了这些节点的细节。
图27是图25中节点2501或图26中节点2601的细节，其中构件2502或2602在图27中是一个双槽构件2701，双槽桁架2701中的对齐孔分别与中空方形截面桁弦、立柱和拉杆中的孔相连通。
图28与图27类似，只是图28是一个四构件三销节的节点2503或2603的反位置的分解图，其中，一个构件实际上是两个槽形桁弦2801，它与中空方形截面桁弦2802和拉杆2803相连在分立的销上。图28中还示出了螺栓或销2804、夹紧螺母2805和一个装在中空方形截面桁弦2802内的内部套垫2806。
图29-34表示了几种其它节点的几何形状，它们具有不同数目的构件、不同的构件形式和销，其中，至少有一个构件被两个横向隔开的构件所取代。
图29表示在三销连接中桁弦作为双构件使用的情况。
图30表示在三销连接中拉杆作为双构件使用的情况。
图31表示在三销连接中支柱作为双构件使用的情况。
图32表示在双销连接中桁弦作为双构件使用的情况。
图33表示在单销连接中桁弦作为双构件是使用的情况。
由图29-33可以看到，任一个桁架、立柱或拉杆构件均能够借助不同的构件形式及节形式而由两个横向隔开的构件取代。
图34表示了和中空方形截面桁弦3402，立柱3403和拉杆3404一起使用的双中空方形截面桁弦3401的应用情况，图34还表示了探孔3405及在用虚线表示的槽3407中的探孔3406的应用，它们可以为销或螺栓夹紧机构提供入口。
图35-39表示了对单或双构件进行加强或加固的各种方法。
图35表示了一个单槽形构件3501，它具有一个加强板3502，四个螺栓或螺杆3503固定在其边缘上。
图36表示了一个双槽形构件3601，它由板3602进行加固，每个构件通过两个螺栓或螺杆3603而将该板3602固定在构件的边缘上。
图37表示在其两端由单销3702固定在一个方形中空截面构件3703上的一个双槽形构件3701的平面图，其中，一个长销或螺栓3704跨架在该双槽形构件的每个构件中心的孔之间，销3704上的带螺纹的长度应能使槽形构件3701受力分开并借助螺母或销紧螺母3705而保持在受力弯曲状态，这种作用可对各槽形构件横向弯曲失效的形式或方向进行调整，并增加双槽形构件的轴向压缩能力。
图38类似于图37，不同的是在图38中，中央销、螺母和销紧螺母迫使双槽形构件在中间部位进入共面连接，并且同样的可对横向弯曲失效的形式或方向进行调整，同时增加压缩能力。
图39是象图37、38中一样的带有一个中间销的一个双槽形构件的平面图。在该例子中，中间销可以在缆索或金属带3901中产生一个预应力，该缆索也是连接到槽形构件、方形中空截面构件的销连接点上的。这样，由螺母3902在销螺纹上的向外运动所产生的压力就给双槽形构件提供了一种有益的应力和/或横向运动的约束力。
图40、41表示了桁架的几何形状，其中在桁架的中间区域具有附加节点，而在传统的Howe、Pratt、Fink、Warren型桁架中这些节点是被置于桁架的周边之上或靠近周边，在此所有的节点和构件可以是前述的任一类型的节点和构件。
注意，在图40、41中构件之间不交叉。
图42-45表示了各种桁架几何形状，其中一个构件可以从其它构件旁边或之间经过。
图42、43表示了单销桁架的几何形状，其中一个从其它构件旁边或之间经过的构件由一个位于该元件长度中间的半环表示，以区别于位于其端部的小圆圈。
图44表示了一个桁架几何形状，其中交替的方形或矩形中空截面拉杆4401从交替双槽形构件4402之间经过，后者所形成的桁架在本领域普通技术人员看来是不固定的。
图45表示用于桁架的一个双销节点几何形状，其中两个矩形的中空截面拉杆4501在节点处其端部借助于横向间隔而相互从旁边经过，因为矩形的中空截面拉杆4501的宽度是矩形的中空截面桁弦4503的一半。孔和/或螺栓孔4502能够在拉杆之间于其中心或靠近中心处实现一种滑动或固定连接，这种连接将有助于减小受压状态下拉杆的实际弯曲长度，而在拉杆受拉时，它将支承拉杆或限制拉杆不发生侧向偏斜。
图46表示了在两个槽形构件4601之间实现了一种销或螺栓连接的方法，图46是一个剖面图，它还表示出一个具有扩大的头部4603、一个带螺纹的端部4604、一个垫圈4605和一个螺母4606的销或螺栓4602。
由图46可以看到，销4602的本体表示成了一个锥体，螺母4606的拧紧将使销的外表面支靠到左手槽形构件内的孔面上，从而导致螺栓和孔的精密配合。显然也能够应用一种带有标准锻头的圆柱体螺栓。图46中销或螺栓的作用是用一个力将构件同平面的表面夹紧在一起，这个力等于抵抗构件壁横向变形的约束力，但它们允许一个构件相对另外的构件在桁架的平面内转动。这种销或螺栓仅可用于剪切状态下，不能用在受拉状态下。
图47与图46类似，不同之处是在图47的剖视图中，两个单销或螺栓被用于多于一个平面的构件中，例如矩形的中空截面构件4701中。在图46、47中提供的连接类型称为约束连接，因为管形或槽形构件的壁的横向变形被限制了。
图48是将一个矩形中空截面构件保持或连接到外侧板或构件表面上的分离销连接的剖视图。在左手侧，一个短螺栓4801由外侧挺板或构件4802、矩形中空截面构件的壁4803、一个超尺寸的垫圈4804并进入螺母4805中，其中垫圈和螺母可以是一个整体，并且可以固定在管的内侧壁上。在右手侧，螺栓4806从管的内侧定位，穿过一个垫圈4807、管壁4808、一个板或构件4809、又一个垫圈4810以及一个螺母4811。在组装桁架时，在图48左手侧可拿住的螺母最易于放置，而在右手侧则最易装配。在管件中夹住螺母4806的头部可能是困难的，为此，一个解决方案是使用图49中的一种特殊螺栓或图50中的一种特殊垫片。
在图49中，一个装配螺栓包括一个带螺纹4902的杆或销4901，它穿过一个平板4903并由焊接接头4904固定。该平板支承在管件的内部顶面或底面上，并且在将螺母(未示出)拧到螺纹4902上时能防止销4901转动。
同样，在图50中一个短的槽形截面垫片5001将始终夹住标准螺栓的头部并且还支靠在管件的顶部或底部内面上，从而防止带有螺纹之螺母的转动。
图51是一个方形中空截面构件5101的剖视图，它带有另外两个槽形构件5102和一个用于枢轴式连接这两个槽形构件的单销5103。螺母5104固定着两个连接点，然而这两个点并不受约束，即方形的中空截面壁能够在载荷下向内变形，这两个连接点能够象图52中那样加以限制，图52与图51类似，不同之处是图52中还具有一个在销之上或环绕销并位于管之内的套筒或延伸垫5201，用于防止向内的壁变形。
图53-55是桁架布局的示意图，它表明构件或者双构件是足够宽的，其中具有用于连接其它构件的孔，这些孔不是在其纵轴上特别是有些孔在垂直于纵轴的轴线上。图53表示了宽的桁弦，图54表示了宽支柱，图55则示出了宽拉杆。
图56表示了一个类似于图54的分解的宽立柱连接点，其中立柱是双宽槽形件5601，桁弦是方形的中空截面构件5602，拉杆是方形的中空截面构件5603。
图57-58表示构件将其正常的直长形状加以变化或弯曲而使一种构件继续成为另一构件一部分时使用的各种方式。
图57是一个布局示意图，其中，立柱被重新组合而在其端部成为桁架的一部分。与此相同，图58是一个重组的双构件槽形拉杆，它构成了周边桁弦的一部分。
图59-63表示刚性连接到各构件端部以提供连接其它构件之手段的分离板的应用。
图59表示出两块刚性焊到方形中空截面支柱5902上的板5901，其中，方形的中空截面桁弦5903和拉杆5904通过一个长销或两个短销而连接到板中对齐的孔上。
图60是一个桁架的图示，其中，立柱具有固定在其顶端和底端的板，桁弦和拉杆则在分开的连接点处连接到板上。
图61是一个方形中空截面桁架的立体视图，其中板6101由两个螺栓刚性地连接到立柱6102上，而且桁弦6103和拉杆6104连接到板中对齐的孔上。
图62是图61的端视图，其中所表示的板6101可以通过沿板的顶边形成一个角而得到加固或加强，以更好地抵抗经板传递桁弦载荷时板所发生的变形。
图63是一个节点分解的立体视图，其中，板是矩槽形件，它由两个螺栓刚性固定在矩形的中空截面立柱上。
图64-66是为抵抗或阻止由施加在构件和节点上的工作载荷产生的弯矩而形成弯矩力的各种方法。
在图64中，节点之间的竖直箭头表示雪的重量或风的作用力通过桁条、梁等施加于桁弦的载荷，这些非节点载荷的作用在这些桁弦中会产生一弯矩，所以必须将这些载荷与桁弦中的轴向载荷相结合去确定构件的尺寸，以抵抗这些复合的载荷。然而，如果构件是弧形的，如图64的左手侧所示，或者象在右手侧所示出的那样是弯曲的，那么，构件的轴线与枢轴孔间的轴线之间的偏移就提供了一种对由轴向载荷所产生的弯矩的反作用力，这意味着可以使用小尺寸的构件来抵抗复合载荷。
在图65中，通过简单地将构件中的孔偏离其纵轴也可达到相同的效果。
图66与图65类似，只是在图66中借助一个合适的机构，例如在枢轴孔附近的板来增加构件的厚度从而能够达到一个更大的偏移距离。
图67-71表示先前描述的一些桁架中的构件是如何仅能承受拉伸载荷的，这类构件例如钢杆或索，其所承受的压力载荷很小，可忽略不计。
在图67中，桁架的右手侧使用的仅是拉伸构件AB、CD、DF和BE，此时，如果桁架仅被支承于其端点G和N，而且竖直向下的载荷作用在节点A、D和E上，那么仅构件CD和BE受拉、而构件AB和DF受压，但它们不能承受压力，所以构件AB和DF变为多余，反之，在节点C、B、F或A、D、E上具有向上的载荷时，构件AB和DF受拉，构件CD和BE成为多余。在图67中，所有的桁弦构件象右侧的支柱构件AC、DB和EF一样均要承受拉、压两种应力。在左手侧，所有的拉杆构件AH、HI、IJ、IK、KL和LM均要承受拉应力和压应力，然而，如果在桁架上的载荷条件是载荷永远不会发生反应并且在节点M、K和I上的竖直载荷总是向下的，那么构件AH、IJ和KL将总是处于受拉状态，所以它们可以是仅受拉伸的杆或缆索。上述仅受拉伸的杆或缆索在一个单独的平面上的连接可以借助一个固定在杆6802上块板6801来实现，如图68所示，其中孔6803是节点连接的部分。图69表示了一个U形支架连接机构，它将仅受拉伸力的构件与一个方形中空节点处的两个共(平)面表面相连接，其中，支架6901通过一个孔6902和拧到杆螺纹6904上的螺母6903与杆相连，而孔6905则连接到一个或多个节点销上。
图70和71表示了两个不同的桁架结构，它使用图69所示的U形支架将仅受拉伸力的构件连接到接点上，其中，该支架还能够借助图69中的螺纹6904和螺母6903对仅受拉伸的杆进行长度调整。由图70、71还可以看到，顶部桁弦在节点处不再需要是间断的，因为仅受张力的长度调整将允许非强化组装。
再参见图67可以看到，图68、69中的支架连接件在用于桁架的右手侧时，它与立柱及桁弦之间的枢轴式连接一起，将能够在所有的构件之间实现转动或角度调整，即桁弦AD和拉杆AB、CD以及立柱AC向着拉杆CD和AB以及桁弦AD和CB进行调整。还可以设想，在某些情况下，压/拉构件的长度需要是可调整的，只要如同前面所述的那样，使所有构件之间可进行转动调节，则上述长度调整就能够以任何合适的方法而达到。
图72-74表示出利用为多个桁架所共有的构件，怎样才能够连接或交叉多个前述的桁架从而形成一个三维框架的。
图72是一个桁架的图解形式，表示桁弦、立柱或拉杆如何能够伸到节点之外以在另一个平面提供一种桁架连接方法的。在图72中的节点7201表示一个伸出的支柱以形成另一个连接点，节点7202表示一个在立柱长度之内的连接点。
图73表示一个三维框架结点，其中，一个共用的方形中空截面支柱7301在一个方向上为一个桁架节点中的双槽形桁弦7302、方形的中空截面桁弦7303和拉杆7304提供了一种连接手段，而在一个垂直于第一平面的第二平面内侧给一个桁架节点中的双槽形桁弦7305、方形的中空截面桁弦7306和拉杆7307也提供了一种连接手段。
图74与图73相似，不同的是在图74中使用了角形构件，并且一个共用的角形立柱7401在两个方向上给桁架节点提供了连接枢轴孔。
图75-78表示了将多块板连接到在不同平面内的两个或多个桁架共有构件上的方法。在图75中，两块板7501刚性地连接在共用支柱7502的底部，其中，这两块在第二方向上连有肋板的板能够使方形中空截面桁弦7503和拉杆7504在同一水平上连接到共用立柱上。
图76表示四块独立的板7601由两个螺栓刚形地连接在共用立柱7602上，方形中空截面桁弦7603和拉杆7604与两个高位板相连，而桁弦7605和拉杆7606则与低位板相连。
图77、78表示了两种另外的连接方法，其中，来自不同平面方向的桁弦和拉杆能够在同一水平上连接到共用立柱上。图77中，两个平板7701穿过两个槽板7702它们可以相互连接，也可以不相连接。在图78中，两块小板7801穿过两块大板7802。
图79-105表示如何用图1-78中所述的平面桁架和三维框架来建造构架和建筑框架，它表明实现本发明所要达到的节省时间和成本的目标的方法是即新颖又实用的。
图79表示将两个平行的桁架7901连接到至少两个三角形桁架7902上，以提供一种特别是用于屋顶的建筑框架的方法，其中檩条7903与三角形桁架的顶部桁弦成90°角相连，并且成型的金属屋顶挡板7904或瓦片固定在檩条上以添补檩条之间的间隙。该屋定结构可以在地面组装然后吊起并连接到支柱7905上。
由图79可以看到，任何来自比如风或雪的作用于屋顶上的竖直载荷都将由檩首先传递到三角桁架，三角桁架将其载荷传递到两个平行的弦桁架上，然后再将载荷经支柱传递到地面。任何的水平载荷均由屋定挡板的膜片作用或固定在桁架之间的任何形状的水平拉(撑)条所承受，它们被传递到支柱再返回到地面。该支柱最好设计为独立固定支架，这样在桁架底部桁弦的平面之下就不需要拉条(杆)。
由图79还可以知道，框架组件概念完全不同于更普通及更合于逻辑的桥门架布局。如果图79所示的框架布局是一个40米长(纵向桁架7901的长度)20米宽(横向桁架7902的宽度)的工业车间，将一个支柱的端部支承在各横向桁架7902上，并省去纵向桁架这将是正常的并且看来更加合理，这将意味着桁架的跨距为20m而不是40m，檩条在桁架7902间的跨度为8m。表面看来这似乎一定是合理的结构布局，然而经过许多分析发现，只有结构的长度不大于其宽度的2.5倍时，图79中的结构框架在成本上才是更有效的。其原因如下1.横向桁架支承在其1/4跨度上或适当位置上时会更加有效，这样悬臂梁的作用可减少构件的载荷并从而减小构件的尺寸。
2.在此仅有四个支柱，而在桥门架系统中则是十个支柱，而节省1到2个支柱的费用则足以超过两个纵向桁架的成本，特别是在地面组装的时候。
由图79可以明白，其中并没有包括达到完全稳定性的所有框架构件，例如纵向桁架的横向拉杆(条)没有示出。
可以使用纵向抗风桁架或借助屋顶挡板的隔板作用来达到上述的稳定性。如果要结合4立柱结构之实际尺寸进行说明，已经发现，辅助的纵向桁架在横向桁架的宽度超过50m时才需要，而且桁架的长度具有实用性的极限为80m。在上述尺度之下，一种7或8m宽、10-16m长的房屋尺寸特别适合于本发明的特定几何形状(结构)。显然，本发明的框架几何形状适用于众多类型的建筑物，并且四个支柱可以在建筑物内提供最大为4000m2或1英亩的无阻碍的巨大自由空间。
图80表示屋定结构是如何不依赖于地板、墙壁和家具来构造的，以及用户管线是如何进入立柱支撑之内以便在屋定空间到房屋之下的范围内形成网格的。在图80中，支柱8001支承着屋定结构8002，在此，图80的剖视图也可以与图79相对应，并且支柱内通有供给管8003。图80中还示出了地板8004，可以看到，地板8004完全独立于支柱和屋顶结构。图中还示出了三种不同类型的墙板8005、8006和8007，其中墙板8005由其具有的销或从其上伸出的杆定位，它们分别被插入顶板的孔内及地板的孔中。墙板8006借助槽形构件固定到顶板和地板上，其中，该墙板可以由侧面位置插入槽形件中，或者顶部槽形件的槽比底部槽形件之槽深，这样就能使墙板借助向上和下降运动而定位，这在顶板平面上还将产生一种滑动连接，也可以使用两个角形边板将墙板固定在地板表面上。墙板8007在原理上不同于上述两种墙板，它是悬在屋顶结构上的，并且在地板平面上具有一种滑动连接结构。图80中还示出了一个活动柜8008，它也可以用作墙板。在地板之下示出了一个排泄系统8009，其竖管伸到地板面，然而还应注意到，可以去掉地下排泄管而在地面之上使用小的离析泵(macerator pump)和小的排出管线，这些装置可以作为一整体的墙板、定位装置和排泄泵单元来提供及安装，并且在工厂预先组装。
既然图80表示了屋定、地板、墙板和家具的独立性，所以有必要回到图79来解释建造顺序，从中可以看到，地面支柱位于整个屋顶的平面区域之外，并且屋顶可以在吊起并固定到支柱上之前于地面上或靠近地面来建造完成，包括所有的挡板、流水槽、盘座面、通风口、保温层、衬层、山墙端头、天窗、用户管线和阁楼间结构。
由图79可以知道，最好将屋顶仅支承在四个支柱上，即平行桁弦桁架的端部各有一个支柱。由图79还可看到，建造顺序的第一阶段是造屋顶，其它工作如地板、墙板和辅助设施可以在屋顶遮住太阳、雨、雪等的条件下完成，从而将大大减少建造时间。
由图79、80还可知道，该结构不仅适合同时制造墙板，而且还适合在工厂组装整个房间，特别是潮湿区域的房间，这种房间能够被运送到场并被侧向滑入天花板(顶板)和地板之间的位置。还可以知道，这些从图79和80不是一看就知道的预制的墙板和/或房间在设计的经济性上是合算的，这是因为屋顶、地板和墙板是分立的，即地板不支承墙板，墙板也不支承屋顶。
图81表示如何利用不同形状的桁架而建造不同形式的屋顶，其中两个纵向屋顶桁架8101与五个横向桁架8102、8103、8104、8105和8106相交。横向桁架8102和8106相同并与纵向桁架8101的三角形的顶端及来自荷兰式山墙端部的檩条相连。桁架8103和8105相同，其底部桁架通到一个三角形的山墙桁架8107。有经验的屋顶建造者易于明白，图81所示的框架给斜屋脊和三角形建筑、屋谷、荷兰式山墙、复折屋顶和屋顶(采光)窗提供了基本的构件。图81还表示了用于支承地板桁条8109的地板桁架8108。屋顶桁架8101和地板桁架8108由自由直立的支柱8110支承。当用作一个房屋结构时，图81的典型尺寸将是横向支柱之间为6-8m，纵向支柱之间为6-10m。
图82和87表示了构造建筑物的顺序，其中在地面于支柱之间组装屋顶8201，支柱8202为孔墩8203的立柱的延伸。
在图83中，屋顶被升起并固定在其最终位置，在图84中，第一个地板/顶板单元被组装，并在图85中被提起。
图86中第二个地板/顶板单元被组装，并在图87中被升起。
图88表示如何用屋顶结构8801悬吊多层建筑物中的地板。图88是一个剖视图，其中支柱8802固定在底座8803上，屋顶结构8801在地面组装后被提升至其最终位置并固定到支柱上。最好至少用四个支柱8802来实现其稳定性。当屋顶结构8801被提起之后，可以暂停组装而通过悬索8805将地板8804固定其上。相同地，地板/顶板结构8806可以在地面组装并提升到其最终位置，当地面上组装起的地板8804被提起之后，可以对其进行支承。地板8806组件的厚度可以在0.5-3m之间变化。当厚度较大时，该地板可用于容纳空调或提升机械，此时建筑构件不会影响生活区域。在建完屋顶和地板后可以安装图88中示出的任何类型的墙板8807。
在图88中，底层的地板是敞开的或用于停车场。如果以这种方式对地板组件8804进行悬吊，尤其当地板组件8804是轻重量的，例如轻质预制混凝土件，那么，将会大大降低多层建筑的成本。
图89表示了一个建筑物的细节，它使用一个仅支承于一个中心支柱8902和一个底座8903上的屋顶结构8901。如图89所示，轻质地板8904由绳索或杆8904由绳索或杆8905悬挂着，而按图88所描述的，它们可以在地面上组装，然后由屋顶的分级式提升机吊起。
墙板8906可以安装在屋顶结构8901和地板8904之间或二层地板8904之间，并且这些墙板8906可以将绳索或杆8905掩蔽起来，换种方式墙板8907也可以固定到地板8904的端部或边缘。
在下层地板和地面之间的辅助绳索或杆8808可以连接到另外的箝制底座8909上。
从图89还可以知道，如果绳索8908不连接，固定在支柱8902上的一个安装环或支座8910将使组装的屋顶结构8901、地板8904、绳索8905和墙板8906、8907能够绕支柱8902的轴线转动。进出楼梯8911可以连接到旋转地板上或是环绕支柱8902的螺旋形楼梯。可以使供给管8912固定在支柱8902之内或使供给管8913柔性地环绕着支柱8902并位于保护套8914之内。
图90进一步表示了图89中的一个支柱的房屋的细节，图90是一屋顶框架的立体视图，框架构件成棱形。
在图90中，支柱8001具有圆的中空截面，屋顶框架构件是方形的中空截面构件8002和角件8003。一个转动安装环或套管8004(也表示在图91中)绕支柱8001旋转。一个固定的安装环或套管8005具有一个与转动套管8004相接的承压面8006。悬吊杆或绳索8007支承着地板装配构件8008。杆8009带螺纹的伸出部分能够附加其它的下部地板。对角拉杆8010使结构在水平方向稳定，而轻质地板8011则由地板装配构件8008支承着。墙板8012可以固定在屋顶构件8003和地板构件8008上。正如在图89中所述的，所有的屋顶构件均在地面组装并分级提升，这样，地板也能够在地面组装并随屋顶结构的升起而提升。
图92-96表示了由共用构件形成框式桁架的各种方法。在图92中，方形的中空截面立柱9201的各端部都连有一个角板9202。角板9202的一部分与共用桁弦9203的壁相共面，另一部分则与拉杆9204相共面。使用销或螺栓在松驰状态下组装立柱和桁弦可以使杆件张紧从而构成一个三平面框式桁架。
图93-96表示使用前述的结节、桁架和框架的塔式结构的细节。图93是一个直立塔架的正视图，其中有一个牢牢固定在基座或墩基9302上的以粗线表示的支承台架9301。在该例子中的支承台架是一个用一个三销、二销或一销连接系统构成的三角形框式桁架。塔架9303是在地面上于起重台架的平面区域之外以桁架的形式一节一节地组装的。当起重器9404抬起组装的塔架时，塔架被暂时固定在起重台架上，它至少高出台架两节，起重架下降并在地面将下面的另一部分加到塔架的底部，然后将上述的暂时固定释放，塔架的高度即升高一节。重复上述过程直到塔架达到全部高度。当然可以使构件尺寸沿着朝向塔底的方向逐渐增大，并且可以降低每节塔架的高度从而增加强度。支承的塔架最好保留在原位，以便提高基部的强度。
图94-96表示图93中的三角形框式桁架的另一个平面结构。在图94中，外部边架9401用三销、二销或一销结点结构固定在立柱和拉杆9403上。立柱和拉杆9403可以是角槽形件或框式截面件。边架9401的组装长度等于图94中的一节高度，这样，三销、二销或一销这种非决定性的组件的几何形状就得到了维持。辅助边架9402和立柱或拉杆9404可以组装在主结构之内，以减少立柱和拉杆9403的有效跨距长度。
图95表示内部边架9505的使用情况，以及使用支杆9506以减小立柱和拉杆有效长度的另一种方法。
图96表示几种双边架结构，它们适用于方形或矩形的中空截面立柱和拉杆。双边架9607是一个本身坚固的组合式内外边架。双边架9608可节省立柱和拉杆长度，双边架9609是9607的一个变形。在这种塔式结构中的各概念间的区别以及较其它带特定形状边架之桁架更为新颖之处即在于引入逐步稳定这一概念，以及形成框式桁架各边的各桁架中所采用的非决定性的组装几何形状，还包括单销连接对其接收孔所要求的公差量。当然，也可以用方形或其它多边形来代替所述的三角形框式结构来建造塔架。
图97-99表示了使用前述原理的桥构架的细节。图97表示了一个由粗线示出的固定滑台9701，它通过底座固定在地基上。分别示于图98、99中的断面为三角形或矩形框式桁架的桥构架9702被组装在滑台的左边，并由它水平顶起。用于组装桥构架的连结点本身可以是3销、2销或1销的，在各桁架节中所使用独立的桁弦，则与图93-96的塔式结构一样。该桥构架具有的新颖性也是单销原理、销-孔公差及逐步稳定的非决定性的组装几何形状，图97正视图的典型尺寸3以是A-10m，B-10m，C-50～100m。图98中作为一个双车道外加行人道之桥梁的典型尺寸是D和E-6m，F和H-3m，G-7m。图99中的典型尺寸是J-9m，K-6m，L-7m，M-2m。
图100表示一个用于高耸的或多层建筑物的结构框架。桁架1001全部是相同的几何形状，用于一个平面为方形的建筑物，这些桁架1001在一些共用构件上被连接在一起，这些共用的构件也作为四根支柱使用。桁架1001典型地为2.8-3.2深，即整个的墙高或层高。不带有辅助支柱支承的各桁架的典型长度可以是16-20m。
较小的桁架1002和1003用于构筑屋顶，并且也需要采用辅助抗风拉条1004。图100中表示的结构形式往往称作交错桁架结构，在该特定实例中它在每层具有两个完全敞开的侧面。在各平面上的地板载荷是由连接的位于该颊之下的两相对桁架的顶桁弦和在该平面之上的两相对桁架的底桁弦来承受的。这种建筑框架的特点也是在桁架中使用了单销、单销的孔公差要求及非决定性的组装几何形状。
图101表示了建造高层或多层建筑物使用的框架的另一种方法。该杠架和图100所示框架在具有交错桁架方面是相同的，但在该例子中，桁架是超出建筑物的周边的，这样，各桁架的端部就是在3下面的支承桁架之外。在图中有五层，每层具有两个桁架，即第一层具有桁架10101，第二层具有桁架10102，第三层桁架为10103，第四层桁架为10104，第五层桁架为10105和三角形屋顶桁架10106。用于构造屋顶的辅助构件为10107和屋顶挡板10108。用于支承楼板和墙板的边梁10109支承在桁架的端部，例如，用于第三层的边梁上具有由边梁10109支承的楼层盖板组件10111，而边梁10109则由桁架10102的顶部和桁架10103的底部支承着。墙板组件10110是单独的预制板，其底部由边梁10109竖直及侧向支承，其顶部则仅由边梁侧向支承。楼层盖板组件10111象边梁一样也由紧在其下面的桥梁的顶部桁弦支承着。交错桁架离开周边表面的这种安装有效地产生了建筑物的主支柱，该支柱即图中的10112是通过在同一平面位置内的交错桁架的竖直主柱而构成的。如果桁架的端部在距边梁的外侧表面相当小的距离处安装，那么所有的墙板都需要有连续的支柱作为定位件，由于支柱是非标准件，这可能会在普通的高楼中产生过多的附加费用。此外，墙板在整个建筑物正面由边梁保持竖向隔离，而在水平方向则在墙板之间由普通的防水接头隔离。在每层上具有可移动的墙板的构思克服了建筑物正面的热膨胀问题，在此，使用了连续的竖框，也可以使用辅助支柱支撑10113。
图102是一个桥-塔骨架结构的立体视图，其中，方形的中空截面桁弦101、立柱102和103、拉杆104和105、板106和107构成了一个方形或矩形的框式桁架。在图102中，桁弦101为四个平面桁架所共用，立柱102和拉杆104连接在板106上以形成竖直桁架。立柱103、拉杆105和板107形成水平桁架。
图103是一个放大的连结点，其中立柱102刚性地由两个销连接在板106上，桁弦101连接到板106上，板107由两个销刚性固定在桁弦101上并且枢轴式连接到立柱103和拉杆105上。
图104、105是一个优选的屋顶结构的立体视图，它使用象图76那样的方形或矩形中空截面构件和连结点。在图104中，两个平行桁弦桁架10401和两个端部山墙桁架10402构成屋顶的周边。图中示出了辅助山墙桁架10403和辅助平行桁弦桁架10404。檩条10405跨在桁架之间，而悬拉杆10406给山墙式桁架的底部桁弦提供横向约束(力)。可以看到，如果周边桁架10401、10402和山墙式桁架10403是不可调的，那么就需要辅助的平行桁弦桁架10404是可调的，以在桁架10403之间进行松驰态组装。这可以通过单拉力可调长度拉杆10407来实现，桁架的辅助拉紧和屋顶挡板的固定可以借助任何传统方法。
权利要求
1.一种精密二维桁架，它适于用作建筑物杠框架或骨架结构，例如桥架和塔架，其中该二维桁架是由多个直的细长构件构成的，每个构件至少具有一个在桁架平面内的用于同其它构件共面连接的平面。每个构件在其各端或邻近各端部至少具有一个位于其平坦表面内的横向圆孔；如果一个构件节点上连接的构件不多于2个，上述构件是通过对齐横向圆孔并插入一个圆杆或销而相互连接的，而在插入销杆的端部具有夹紧机构，其中，该夹紧机构的连接将在两个构件之间产生共面连接，它用一个足够大的摩擦力防止两构件间的绕上述销杆并在桁架平面内的枢轴式转动或发生角度变化，非常靠近的多个构件节点确定了一个桁架节点；构件中横向圆孔的直径与杆或销直径之比不大于1.007，其中在可变载荷或载荷逆变下由于孔的公差连接位移而产生的桁架周边的累计伸长或缩短具有为桁架跨距所容许的比例的桁架节点极限位移；本发明二维桁架的特征是它具有三种基本构件围起或构成桁架周边的桁弦；将桁架的封闭区域分割为不稳定的四边形或多边形的立柱；以及进一步将这些四边形或多边形细分为更小的四边形或多变形的拉杆；该二维桁架特征还在于，其基本构件中的某些构件在两端或靠近两端处具有多于一个的孔，这样，位于这些孔之间的一部分或多个部分就是构件从一个四边形或多边形到至少另一个四边形或多边形的一种刚性的连续；该二维桁架的几何形状则是，某些构件从一个四边形或多边形进入另一个四边形或多边形的端部的刚性连续所提供的稳定性允许在四边形或多边形的一个或多个侧边的长度内进行构件枢轴式连接；平面(二维)桁架几何形状的布置是，基本构件的某些构件上的短端部分构成桁架周边的一部分。
2.按照权利要求1的二维桁架，其特征是桁架几何形状的布置是逐步组装，首先由桁弦和立柱构成的不稳定的四边形或多边形，由于其不稳定性而能在桁架平面内位移，直到拉杆中的孔-孔距离完全对应于立柱或桁弦中连接孔之间的孔-孔距离，从而产生两个较小的稳定四边形或多边形，而不必苛求任一构件中的孔-孔距离;在构件制造中的精度公差是孔-杆或销的直径比，它不影响桁架的无应变组装。
3.按照权利要求1或2的二维桁架，其特征是至少若干个销使三个或更多构件是共面连接;桁架的细划分可选择构成三角形，而并非四边形或多边形。
4.按照权利要求1或2的二维桁架，其特征是所有的构件在每个端部仅具有一个孔;构件的连接是这样安排的，桁架区域被分成三角形，而没有四边形或多边形。
5.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征在于，构件的平表面包括槽形截面构件的腹面或角截面构件的一个表面。
6.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是至少一些构件具有两个连接在其它构件上的平面，在此，构件最好是方形中空截面或矩形的中空截面构件，其在相对的平行面上具有对齐的连接孔。
7.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是至少一个构件具有两个以上的平面，这两个以上的面通过销连接而连接到其它构件的唯一平面上，或连接到其它构件的两个或更多个平表面上。
8.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是至少一个构件套接或可伸缩地置于至少一个另外的构件内，以用于单个或多个共平面的连接。
9.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是至少某些构件的一个平表面或多个平表面刚性地伸到构件的端部之外，其中这些伸出的表面具有连接其它构件的横向孔。
10.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是至少一个构件由两个或多个替换构件来代替，其中替换构件被横向隔开，以将替换构件上的平表面借助用于销连接的对齐的孔口而连接到其它构件的多个平表面上。
11.按照权利要求1-4之一的二维桁架，其特征是各构件或横向分离开的构件对通过构件对之间的包括预拉伸绳索及连接和/或加力机构在内的装置来增强或加固。
12.按照权利要求1-11之一的二维桁架，其特征在于构件在节点之间不相互交叉，桁架是一个行列或桁架，它具有Bowstring、Howe、Pratt、Fink和Warren式桁架的一般几何形状。
13.按照权利要求1-11之一的二维桁架，其特征是构件可以在节点之间相互通过，该桁架是一个非行列式桁架。
14.按照权利要求1-13中之一的二维桁架，其特征是构件平面部分之间的销连接方式是这样的，一个单销固定至少不同构件的两个共面连接部分，销端部的夹紧机构提供的连接方式是在它产生抵抗构件壁变形的约束方式的同时，可使每个构件相对另一构件转动。
15.按照权利要求1-13之一的二维桁架，其特征是至少一个单构件具有至少两个独立的共面表面，该表面由销机构枢轴式连接到一个或多个其它构件的另外的独立平面上，以便各个销仅连接相接的构件表面，从而提供两个或多个约束连接点。
16.按照权利要求1-13之一的二维桁架，其特征是在销连接中的连接对和/或夹紧机构具有锥面，以在横向孔中利用锥面实现共面接合，或者在一个非锥形孔中于销和部分孔表面间产生接触或零公差配合。
17.按照权利要求1-13之一的二维桁架，其特征是容许一个单销沿其长度在至少两个独立位置连接至少两个构件表面。
18.按照权利要求1-12之一的二维桁架，其特征是在隔开的构件表面之间于销上装有一个套管或衬套，以使夹紧机构在销的各端至少产生两个对至少两个构件的独立约束接点。
19.按照权利要求1-13之一的二维桁架，其特征是夹紧机构包括一个在管形构件内的螺母保持件，通过从构件之外插入和拧入螺栓来实现桁架的组装。
20.按照权利要求1-19之一的二维桁架，其特征是至少一些横向的销连接孔偏离构件的纵轴线，并且该构件足够宽，以使得在一个构件中至少两个孔能够位于垂直于纵向轴线的一个同平面的轴线上。
21.按照权利要求1-19之一的二维桁架，其特征是至少一些构件是弯曲的，以形成另一构件的一部分，或者两个构件相互刚性固定，以形成一个组合桁弦，或一个部分桁弦和一个立柱。
22.按照权利要求1-19之一的二维桁架，其特征是一块独立的板或多块板可以通过焊接或多个螺栓栓接而刚性固定到任一构件的端部，其中这些板与桁架共平面，在板中的多个孔或在多个板中对齐的孔提供了用于其它构件销连接接合的横向孔口;在板中孔的位置和板的形状可以变化，以适应桁架几何形状，其中包括一种桁架，其中所有构件均是方形或矩形的中空截面，并且两块相同的板被栓接在各支柱的每个端部上。
23.按照权利要求1-22中之一的二维桁架，其特征是在构件、权利要求20中的宽构件或权利要求22中所述的板中的可转动连接孔的位置是，当桁架在预定点被施加载荷时，在某些或所有构件中将产生有益的反弯矩，以抵抗由其它结点上的载荷产生的弯矩。
24.按照权利要求1-23之一的二维桁架，其特征是所有的构件均能够承受受载桁架内产生的相当大的拉力或压力。
25.按照权利要求1-23之一的二维桁架，其特征是至少一些构件仅能够承受拉伸载荷，并且这些“单位”构件包括能够连接在第一连接销上的杆或绳索。
26.按照权利要求1-24之一的二维桁架，其特征是权利要求24中的压/拉构件的长度和/或权利要求25中的单拉构件的长度是可调的，其中，这种长度调节伴随着在桁架平面内的构件间的角度调节。
27.按照权利要求1-26之一的二维桁架，其特征是长度可调构件包含在桁架几何形状之内，这样，构件或构件组就不必在任何两个转动孔中心之间一定要以实际的长度公差来加以制造。
28.由权利要求1-27之一所述的由多个连接或交叉的平面桁架制成的一种三维结构框架，其中一些构件为多于一个的平面桁架所共用;多个平面桁架处于不同的平面内，其中，这些共用构件至少具有一个在各桁架平面内为各桁架共用的表面。
29.按照权利要求28的三维桁架，其特征是共用构件是方形或矩形的中空截面立柱构件;连接在各立柱端部的板在一个平面桁架内给各构件提供了固定连接的手段;在不同竖直位置和立柱不同平的表面上连接的独立板给各独立平面桁架的构件提供了固定连接手段，其中，这些立柱为多于一个的桁架所共用。
30.按照权利要求29的三维结构框架，其特征是连接在立柱端部的板是这样制造的，它们可以相互穿过或连接，这样，来自不同平面桁架的桁弦或拉杆构件就可以在同一竖直位置上连接到共用支柱上。
31.按照权利要求28-30之一的三维框架，其特征是该框架用作建筑物的屋顶结构，其中可以增加或不增加辅助结构构件，以便横向支承被环绕的节点;由侧向挤压来支承框架;和/或支承屋顶横木及顶板或瓦面;其中这些辅助的结构构件构成了框架结构稳定性和整体的一部分，并且固定在檩条或其它框架结构上的屋顶、横木和顶板或瓦面起到了一种结构薄壳的作用。
32.按照权利要求28-30之一的三维结构框架，其特征是该框架在多层建筑结构中作为一个地板/顶板单元，其中地板固定在上部框架构件上或由框架构件支承连接，而顶板则固定到下部框架构件上。
33.一种建筑物结构，其中至少一个如权利要求13所述的屋顶框架由一个结构支柱构件支承着;屋顶框架与一楼地板或权利要求32中所述的任一地板/顶板框架相连;独立的预制墙板跨接在屋顶和/或地板/顶板框架之间并由它们水平和/或竖直支承。
34.按照权利要求30-32的建筑物，其特征是独立的屋顶结构完全在地面组装;在框架之内的各平面桁架是放倒组装的，然后立起，该平面桁架也可以直立着组装;在任一或所有桁架的任一或所有节点之下使用临时支座，这些临时节点支座在固定拉杆和顶板之前被取走;这样，在吊起之前，屋顶框架仅支承在相邻提升支柱的连结点处;屋顶和顶板的固定是由其自支承位置的结构框架来实现的。
35.按照权利要求34的建筑物，其特征是完整的屋顶被竖直提升并固定到至少一个预安装的支柱上;提升屋顶之后，在地面组装地板/顶板组件的任一构件并竖直提升而固定到支柱上;每个地板组件都是在下个组件组装及提升之前进行组装和提升的。
36.按照权利要求32-35之一的建筑物，其特征是临时提升设备固定在预安装的独立固定的悬支柱的顶部;屋顶结构和后续的地板/顶板结构被提起，然后沿支柱的高度固定在任一预定的竖直位置;支柱在屋顶的平面区域之外，但是以抵抗支柱中在提升期间由屋顶或地板和/或随后的不变和可变载荷产生的极限弯矩，支柱也可以在屋顶的平面区域之内;提升之后，独立的墙板可以固定在屋顶和地板结构之间，并将辅助支撑件安装在屋顶、地板和地面之间，用于传递大于提升载荷的载荷，而支柱的独立固定特性则省去了墙板区域所需的抗风或推压拉条。
37.按照权利要求36的建筑物，其特征是提升装置包括液压、气压或电动绞盘、千斤顶、升降机或缆索。
38.按照权利要求33-36的建筑物，其特征是在屋顶框架或地板/顶板框架中桁架的间距是这样的，地板条支承在桁架的板撑桁弦上而桁架之间的空间则用作活动或居住区域。
39.按照权利要求33-38之一的建筑物，其特征是地板/顶板的屋顶框架足够坚固，以能够从框架上悬挂下部的地板，该地板是在地面制造或组装的，并且框架在地板被提起后对其进行吊挂;在高层建筑物中，一个框架与多层被支承的地板相组合，而构成一个组，在这些组中，包括多个框架，而每个框架都支承着多层地板;用于地板的支承装置是可以仅承受拉力的杆。
40.按照权利要求33-39之一的建筑物，其特征是仅使用一个中央支柱，其中使用了转动的支承件，以使屋顶框架、地板/顶板框架悬吊的地板可以绕支柱的中央纵轴线转动。
41.按照权利要求28-30之一的框架结构，其特征是用共用构件连接三个或更多个平面桁架，以形成一个细长的框式桁架，其中，该框式桁架可用作一个塔架、桥、无线或类似物的非板形结构。
42.按照权利要求41的框架结构，其特征是该框式桁架是一段段竖直或水平组装和顶起的。
43.按照权利要求33-39之一的建筑物，其特征是至少一些桁架是平行桁弦的拱形桁架，它们与平行桁弦的矩形桁架相互成90°连接，构成有一个圆柱拱顶框架，它可以支承在支柱上或沿其至少一个边支承在地上，或者将地面升起而在至少一个框架边或多个相对的框架边之下形成一个墩座，该墩座可用作体育场中的底座。
44.按照权利要求33-39之一的建筑物，其特征是在一个框架中任何交叉或连接的桁架均可是平行桁弦的拱形桁架，每个桁架均具有不同的曲率半径，这样就能形成一个双弧形屋顶。
45.按照权利要求33-39之一的建筑物，其特征是至少两个U形或门架形框式桁架具有用于多于一个框式桁架之端部的共用支点，以便在地面组装或通过缩短许多张紧在上述桁架之间的拉索来建造框式桁架，并且这些制成的框式桁架也可以是一个屋顶挡板的支承系统，将上述框式桁架连在地上的缆索能够形成墙板的一个支承系统。
46.按照权利要求33-37之一的建筑物，其特征是支柱伸展到屋顶线之上，而且拉伸支承索从各支柱的顶部之间连接到框架上的任何支承件上，其中，这些支承件也可以连接到地桩上，以抵抗风的浮托力。
47.按照权利要求31-40之一的结构框架，其特征是桁架结构是由两个相对的纵向平行桁弦的矩形桁架和两个侧面横向或端部桁架构成，端部桁架的端部与纵向桁架的高度相配并且在中央还具有一个顶点，其中，两个相对的山墙式端部桁架和两个相对的纵向矩形桁架构成了一个在平面图中的矩形的周边，并且可以平行于端部山墙式桁架增加任一数量的辅助横向三角墙形桁架，以及平行于边沿为矩形的桁架加装任意数量的辅助纵向矩形桁架，其中的檩条跨接在山墙式桁架的顶部桁弦之间，若干个支柱沿周边为矩形的纵向桁架相间隔，以便提升及永久支承;提升后将若干个支柱或支承件加装在任一桁架之下。
48.按照权利要求47的结构框架，其特征是所有的构件均具有呈90°角的方形中空截面，并且节点如权利要求29中所述的那样，其中一些内部横向或纵向桁架具有可调长度的拉杆，由它能够使所有桁架在内部交叉框格内实现非张紧态组装。
49.按照权利要求31-40之一的结构框架，其特征是桁架结构由两个相互隔开但相互平行的平行桁弦或矩形桁架构成，其中每个桁架由一个支柱独立支承在各端，并且这两个主支承桁架支撑着多个与其成90°角的三角形桁架，在两种桁架中其共用竖直立柱具有相同的高度并且三角形桁架的端部三角形部分悬在纵向矩形支承桁架之外或超过它，其檩条跨在三角形桁架的顶桁弦之间以支承屋顶挡板，顶板托梁跨在三角形桁架底部桁弦之间以支承顶部挡板，三角形桁架之间及纵向桁架之间的空间用作生活或活动空间。
50.使用权利要求1-27之一的桁架或权利要求28-39之一的框架的高层建筑结构框架，其中至少将建筑物每层上的两个桁架与紧靠该层之上或之下层面内的至少两个桁架定位在不同的方向，以产生一种交错的桁架框架，这些桁架位于建筑物的周边或外表面上;在不同水平上的桁架的这种取向及桁架间的连接产生三维稳定性。
51.一种使用权利要求1-27之一的桁架或权利要求28-30的框架的桥或塔结构，它包括一个细长的由四个平行桁弦桁架构成的框式桁架，该四个桁架中，每个桁架具有一个与相邻桁架共用的桁弦，其中，构件及两相对桁架的板式连接与权利要求22相对应，其余两个桁架通过在沿桁弦长度的某些点处将板连接到桁弦的垂直平面上而构成，这些板上安装立柱和拉杆，这样，每个桁弦即为两个相互垂直的桁架所共有。
全文摘要
一种由在桁架平面内的桁弦(101—110)构成的结构桁架，其中每个桁架(101—110)在各端具有至少一个孔(118)，以便在一个构件节点处由一个夹紧销(孔的直径与销直径之比不超过1.007)连接两个桁弦。邻近构件节点处的桁弦对(101—110)的连接构成一个桁架节点。立柱(111—113)和拉杆(114—117)将桁架分割为稳定的四边形。
文档编号E01D6/00GK1090360SQ9311991
公开日1994年8月3日 申请日期1993年12月18日 优先权日1992年12月18日
发明者加里·兰德尔·哈特 申请人:加里·兰德尔·哈特