牛腿結構、立柱及鋼結構框架的製作方法
2023-04-26 20:41:08 1
本實用新型涉及一種牛腿結構，以及包括該牛腿結構的立柱及鋼結構框架。
背景技術：
懸臂體系的掛梁與懸臂間必然出現擱置構造，通常就將懸臂端和掛梁端的局部構造稱為牛腿，又稱梁託。
牛腿的作用是銜接懸臂梁與掛梁，並傳遞來自掛梁的荷載。由於梁的相互搭接，中間還要設置傳力支座來傳遞較大的豎直和水平反力，因此牛腿高度已削弱至不到梁高的一半，卻又要傳遞較大的豎直和水平反力，這就使它成為上部結構中的薄弱部位，設計中應對此處的構造予以足夠的重視。
現有技術中的牛腿和掛梁，多採用這樣的結構：在豎直的牛腿結構的上端套裝一套件，該套件上設置掛耳，掛梁設置於兩根牛腿結構之間、兩端分別架設在兩個掛耳上。該結構簡便易行，然而需要耗費較多的材料，整體重量較大；牛腿結構和掛梁非整體結構，穩固性較差；掛耳需要承擔掛梁傳遞的載荷，若需要增加掛耳的強度則需要進一步增加材料用量。
技術實現要素：
本實用新型的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種強度大、穩固性好、節省材料、重量輕的牛腿結構、立柱及鋼結構框架。
為實現以上目的，本實用新型通過以下技術方案實現：
一種牛腿結構，包括管狀的牛腿柱身，所述牛腿柱身圍成管腔，所述牛腿柱身設置有貫穿管壁的榫孔，所述榫孔與所述管腔連通；所述牛腿柱身設置有一塊或更多塊加強板，所述加強板一端與所述牛腿柱身連接，另一端突出於所述牛腿柱身內表面或外表面；所述加強板設置在所述榫孔邊緣或環繞所述榫孔設置。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔具有四條邊，所述四條邊圍成一矩形區域，每條邊均連接有向柱身內側翻折的加強板；每個加強板在所述矩形區域相應的邊處與所述牛腿柱身連接；並且這些加強板的形狀滿足：若所有加強板以各自連接所述牛腿柱身的邊為軸轉動到所述管壁平面內，則它們彼此相合併恰好補齊所述榫孔。
根據本實用新型的一個實施例，所述加強板與所述管壁成銳角、直角或鈍角。
根據本實用新型的一個實施例，所述加強板是由所述管壁在所述矩形區域內的部分切割彎折而成的，或所述加強板焊接在所述管壁上。
根據本實用新型的一個實施例，所述牛腿結構還包括連接板，所述連接板設置於所述加強板的外圍並連接至少兩塊相鄰的加強板。
根據本實用新型的一個實施例，所述連接板的數量為一片並同時連接所有加強板。
根據本實用新型的一個實施例，所述連接板為閉合的環形。
根據本實用新型的一個實施例，至少一塊所述加強板突出於所述牛腿柱身的內表面，至少一塊所述加強板突出於所述牛腿柱身的外表面。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔具有四條邊，所述四條邊圍成一矩形區域，每條邊均連接有向柱身內側或外側翻折的加強板；每個加強板在所述矩形區域相應的邊處與所述牛腿柱身連接；並且這些加強板的形狀滿足：若所有加強板以各自連接所述牛腿柱身的邊為軸轉動到所述管壁平面內，則它們彼此相合併恰好補齊所述榫孔。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔的四條邊中，其中一條邊所連接的加強板向所述牛腿柱身內側翻折，其餘三條邊所連接的加強板向所述牛腿柱身外側翻折。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔的四條邊中，位於上方或左右兩側的加強板向所述牛腿柱身內側翻折。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔為兩個以上，沿圓周方向分布在所述牛腿柱身上。
根據本實用新型的一個實施例，所述牛腿柱身為方管。
本實用新型還公開了一種立柱，其包括以上所述的牛腿結構以及支撐柱；所述支撐柱包括管狀的支撐柱身，所述牛腿柱身與所述支撐柱身連接。
根據本實用新型的一個實施例，所述牛腿柱身與所述支撐柱身為一體件。
本實用新型還公開了一種鋼結構框架，其包括梁，還包括以上所述的立柱；所述梁伸入或穿過所述榫孔。
根據本實用新型的一個實施例，所述梁焊接、通過螺紋緊固件連接或鉚接於所述牛腿結構。
根據本實用新型的一個實施例，所述梁焊接、通過螺紋緊固件連接或鉚接於所述加強板。
根據本實用新型的一個實施例，所述榫孔通過這樣的方法製成：
A、確定所需形成的榫孔的長和寬；
B、在所述柱身上需要形成榫孔處確定榫孔的位置，從而根據所述長和寬確定一個矩形；
C、由所述矩形的四角分別引出一條貫穿柱身管壁的切割線，並使各切割線交匯；
D、將每個區域的金屬板沿所述矩形相應的一條邊向所述柱身的內側翻折90°。
根據本實用新型的一個實施例，上述步驟C包括：
C1、在所述矩形區域內，平行於所述矩形其中一對邊地切割一道貫穿柱身管壁的中央切割線；稱所述一對邊為基準邊，另一對邊為相對邊；所述中央切割線不接觸所述相對邊；
C2、設置邊緣切割線，所述邊緣切割線貫穿所述金屬板件，並且連接所述矩形區域的四角和所述中央切割線。
本實用新型提供的牛腿結構，預先在管狀柱身上開設榫孔，開設的榫孔尺寸和梁相配，從而梁可穿過榫孔設置，節省了空間，框架結構的整體重量不會增加或增加很少；取消了掛耳的設計，採用橫梁穿過牛腿結構的方案，從而框架整體性大大提高，強度和穩定性也大大提高。
本實用新型提供的牛腿結構，採用方管作為柱身材料，事先切割出貫穿的切割線，再向內彎折切割之後的柱身管壁，向內彎折的部分可作為連接橫梁的加強板、可與橫梁焊接連接，一體化程度高、強度大。
本實用新型提供的牛腿結構，切割並向內彎折的管壁形成加強板，其外圍設有連接板連接各加強板，各加強板和連接板相互焊結從而保證了榫孔的剪力強度；尤其在橫梁焊接於牛腿結構上之後，連接板可保證榫孔的節點強度。
支撐柱身與牛腿柱身為一體件時，也可以看做是在立柱上開始榫孔，並在其內表面設置加強板和連接板，這樣可節省加工工作，使得本實用新型結構更簡單。
在設置方形榫孔的情況下，榫孔四周的加強板可向牛腿結構的內側或外側翻折。加強板向外翻折的情況下，便於將加強板和梁相互固定。其中，設置榫孔一條邊的加強板向內翻折、剩餘三條邊的加強板向外翻折，可達到對梁進行定位的作用，便於將梁安裝到牛腿結構上時快速確定榫孔位置，加快安裝速度；特別地，當向內翻折的加強板位於其餘加強板的上方時，除了方便定位以外，折向牛腿柱身外側的加強板還可託舉梁的端部，在將梁插入榫孔之前分擔安裝人員的一部分工作負擔，減輕安裝人員的勞動強度。
附圖說明
圖1為本實用新型用於製作牛腿結構的柱身，其為方管；
圖2為一種圖1中柱身上切割線的設置示意圖；
圖3為按照圖2中切割線切割後榫孔的形成示意圖；
圖4為在榫孔中安裝梁的示意圖，其中梁的端部架設在榫孔內；
圖5為在柱身內部，連接有連接板的加強板的結構示意圖；
圖6為在榫孔中安裝梁的示意圖，其中梁穿過牛腿結構；
圖7為另一種圖1中柱身上切割線的設置示意圖；
圖8示出了加強片的另一種安排方式；
圖9示出了加強片的再一種安排方式；
圖10為在柱身內部，另一種連接有加強片的連接塊的結構示意圖；
圖11為再一種圖1中柱身上切割線的設置示意圖；
圖12為一種含有本實用新型提供的牛腿結構的鋼結構框架結構示意圖；
圖13為本實用新型一種含有外翻的連接塊的牛腿結構、立柱及梁的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。
實施例一
參考圖1，牛腿結構包括柱身1，柱身1總體為一根方管。其中，柱身1具有外表面11和內表面12。在柱身1的一個平面上，確定一矩形區域2，其中矩形區域2為正方形。參考圖2，在正方形的矩形區域2上，由矩形區域2的四角出發，各引出一條切割線3，切割線3貫穿矩形區域2覆蓋的柱身1的管壁。則矩形區域2的各邊和切割線3圍成四塊三角形區域，稱這四塊三角形區域為加強板4。
參考圖3，為柱身1包含矩形區域2的局部結構示意圖。其中，上方對應柱身1的外表面11，而下方對應柱身1的內表面12。將圖2中所示的加強板4向柱身1的內表面12)彎折90°。例如，圖3中有三塊加強板4已經彎折，還有一塊加強板4仍處於柱身1所在平面內。將其沿圖3中箭頭方向彎折90°。需要注意的是，加強板4彎折90°可提供最佳的連接性能；但也可彎折為銳角、鈍角或只形成一個突出於柱身1表面的翹曲結構。從而，四塊加強板4及其彎折部分形成榫孔21。需要注意的是，加強板4的彎折不具有先後順序，同時進行彎折也是可以的；另外，本例中的「上方」和「下方」僅是針對圖3所示方位所用的相對性概念，不用於對技術方案和權利要求保護範圍進行限制。
參考圖4，將梁6的一端穿入榫孔21內，另一端同樣穿入相同設置的另一根牛腿結構的柱身上的榫孔內，或者通過其他方式將梁6固定。
若將上述牛腿結構採用套接、焊接、鉚接等方式連接在支撐柱上，或者上述牛腿結構和支撐柱一體地設置，即可形成含有上述榫孔21的立柱，用於搭配梁6搭建鋼結構框架。
參考圖6，牛腿結構的柱身1上相對地設置有兩個榫孔21，連個榫孔21大小相同並相對設置。梁6穿過兩個榫孔21從而完全穿過柱身1，整體地架設在柱身1上。將梁6分別與兩個榫孔21對應的加強板4焊接。
在上述基礎上，設置四個榫孔21，沿圓周方向分布在牛腿結構上，榫孔21兩兩相對，每根梁6穿過一對榫孔21，即可搭建如圖12所示的鋼結構框架。而在牛腿結構的內部，梁6可以是斷開的，也可以是整根的。若穿過同一組榫孔21的兩根梁6均為整根且發生交叉，可使其中一根梁6穿過另外一根。梁6直接由外側焊接於牛腿結構上。
實施例二
本實施例與實施例一類似。區別在於，在將梁6插入榫孔21中之後，將梁6與各加強板4焊接。
實施例三
參考圖1，牛腿結構包括柱身1，柱身1總體為一根方管。在柱身1的一個平面上，確定一矩形區域2，其中矩形區域2為正方形。參考圖2，在正方形的矩形區域2上，由矩形區域2的四角出發，各引出一條切割線3，切割線3貫穿矩形區域2覆蓋的柱身1的管壁。則矩形區域2的各邊和切割線3圍成四塊三角形區域，稱這四塊三角形區域為加強板4。
參考圖3，為柱身1包含矩形區域2的局部結構示意圖。其中，上方對應柱身1的外表面12。將圖2中所示的加強板4向柱身1內表面12彎折90°。例如，圖3中有三塊加強板4已經彎折，還有一塊加強板4仍處於柱身1所在平面內。將其沿圖3中箭頭方向彎折90°。從而，四塊加強板4及其彎折部分形成榫孔21。需要注意的是，加強板4的彎折不具有先後順序，同時進行彎折也是可以的；另外，本例中的「上方」和「下方」僅是針對圖3所示方位所用的相對性概念，不用於對技術方案和權利要求保護範圍進行限制。
參考圖5，取一環形的片狀金屬連接板5，套設於四塊加強板4的外圍，並將各加強板4和連接板5焊接，從而各加強板4通過連接板5連成一個整體，進而大幅提高了負載能力，節點強度大為提高。
參考圖4，將梁6的一端穿入榫孔21內，另一端同樣穿入相同設置的另一根牛腿結構的柱身上的榫孔內，或者通過其他方式將梁6固定。
將梁6與各加強板4焊接。
實施例四
參考圖1，牛腿結構包括柱身1，柱身1總體為一根方管。在柱身1的一個平面上，確定一矩形區域2。參考圖7，矩形區域2的四條邊中，稱豎直的相對兩邊為基準邊，另外的相對兩邊為相對邊。平行於基準邊，切割一道貫穿柱身1管壁的中央切割線31，中央切割線31的兩端與兩條相對變均留有一定距離。由矩形區域2的四角出發，各引出一條邊緣切割線32，邊緣切割線32貫穿矩形區域2所覆蓋的柱身1的管壁，並且邊緣切割線32分別與兩條相對邊圍成兩個等腰梯形。矩形區域2的各邊和中央切割線31、邊緣切割線32圍成四塊區域，稱這四塊區域為加強板4。
將四塊加強板4分別向柱身1的內側彎折90°形成榫孔21，彎折過程同實施例一。需要注意的是，加強板4彎折90°可提供最佳的連接性能；但也可彎折為銳角、鈍角或只形成一個突出於柱身1表面的翹曲結構。參考圖5，取一環形的片狀金屬連接板5，套設於四塊加強板4的外圍，並將各加強板4和連接板5焊接，從而各加強板4通過連接板5連成一個整體，進而大幅提高了負載能力，節點強度大為提高。參考圖4，將梁6的一端穿入榫孔21內，另一端同樣穿入相同設置的另一根牛腿結構的柱身上的榫孔內，或者通過其他方式將梁6固定。
若將上述牛腿結構採用套接、焊接、鉚接等方式連接在支撐柱上，或者上述牛腿結構和支撐柱一體地設置，即可形成含有上述榫孔21的立柱，用於搭配梁6搭建鋼結構框架。
參考圖6，牛腿結構的柱身1上相對地設置有兩個榫孔21，連個榫孔21大小相同並相對設置。梁6穿過兩個榫孔21從而完全穿過柱身1，整體地架設在柱身1上。將梁6分別與兩個榫孔21對應的加強板4焊接。
在上述基礎上，設置四個榫孔21，沿圓周方向分布在牛腿結構上，榫孔21兩兩相對，每根梁6穿過一對榫孔21，即可搭建如圖12所示的鋼結構框架。而在牛腿結構的內部，梁6可以是斷開的，也可以是整根的。若穿過同一組榫孔21的兩根梁6均為整根且發生交叉，可使其中一根梁6穿過另外一根。梁6直接由外側焊接於牛腿結構上，或焊接於各加強板4。
實施例五
本實施例與實施例一類似。區別在於，參考圖8，連接板5並非整體的環形，而是分離的四片，每一片分別連接相鄰的兩塊加強板4的外側，連接方式為焊接。
實施例六
本實施例與實施例一類似。區別在於，參考圖9，連接板5並非整體的環形，而是由金屬片彎折而成的「C」形，並連接於所有加強板4的外側，連接方式為焊接。
實施例七
本實施例與實施例一類似。區別在於，參考圖10，各加強板4並非部分切割立柱壁後向內彎折而成，而是整體切割為分離的四塊加強板4，再將各加強板4焊接到立柱的柱身1上矩形區域2各邊，向柱身1的內側延伸，並和柱身1垂直；然後再將連接板5焊接在加強板4的外圍。
實施例八
本實施例與實施例四類似。區別在於，參考圖11，邊緣切割線32並不與相對邊圍成等腰梯形，而是：中央切割線31延伸到矩形區域2的一對對邊，邊緣切割線32沿著這一對對邊切割，兩端分別延伸到另一對對邊，再沿著未切割的對邊翻折柱身1的管壁形成兩塊加強板4，隨後將加強片5焊接在兩塊加強板4的外圍。
實施例九
本實施例與實施例四類似。區別在於，四塊加強板4中，有三塊向牛腿柱身外側翻折90°，另外一塊向內翻折90°。向外側翻折的三塊加強板4通過焊接環形或「C」形的連接板5而連接在一起。
實施例十
參考圖13，本實施例與實施例九類似，但是指定向牛腿柱身內側翻折的加強板4為位於上方的加強板4，從而向外翻折的加強板4可在安裝梁時對梁提供定位及託舉，並取消了連接板5。兩根梁6交叉，各自穿過一對榫孔，並在各加強板4和梁6上鑽孔，採用螺紋緊固件連接或鉚接的方式，將梁和牛腿結構、立柱固定連接形成鋼結構框架。
以上詳細敘述了本使用新型的較佳具體實施例。需要指出的是，本實用新型中的實施例僅用於對本實用新型進行說明，並不構成對權利要求範圍的限制，本領域內技術人員可以想到的其他實質上等同的替代，均在本實用新型保護範圍內。