[发明专利]带有嵌入的腹板的木材结构构件

说明书

技术领域

本发明整体涉及用于在建筑施工中使用的结构构件的领域。更具体地但非排它地，本发明涉及用于门式框架的木材结构构件，其可并入模块化建筑系统中。

背景技术

木材结构构件在建筑结构的施工中起重要作用。由于其承载强度和承受各种力的自然能力，木材常常被用于托梁、横梁、柱子、椽条和框架。另外，相比金属类材料，木材结构构件通常制造成本较低，并且更容易切割和加工以满足具体的建筑要求。一种结实且有用的结构构件是“工字托梁（I-joist）”。工字托梁包括两个凸缘构件和互连的腹板构件，其横截面就像“工”字一样，工字托梁具有良好的承载和分布能力，并且是建筑施工中的关键部件。

木材工字托梁的凸缘(以下称为“木材托梁”)以往由实木木料或层合木材制成。为了获得具有合适长度和横截面尺寸的凸缘，需要相对大直径的木料。凸缘中的任何缺陷都会大大削弱凸缘的强度，因此需要相对高质量的木料来制造木材托梁。这又导致生产成本的增加并且引发自然资源保护问题。根据实木木料锯自原木的哪一部分，实木木料可能具有诸如裂片、腐朽、异常生长和纹理结构的天然缺陷问题。另外，当被锯切和制备以用于商业用途时，木料容易出现诸如破片、撕裂纹和木材缺损的加工缺陷。

为了解决与实木木料相关的问题，一直在寻找用于加工木材托梁的备选形式的木质材料。这些形式包括工程化的木质复合材料，例如，胶合板、单板层积材("LVL")、定向木片胶合木("OSL")和定向刨花板("OSB")。木质复合材料的优点是原材料成本较低(因为它们能够由较低等级的木材甚至废木头形成)，并且没有与实木缺陷相关的问题。

然而，制造过程中的能量和资源要求通常显著更高，因为经加工的结构性木材需要比天然形成的木材显著更多的切割、粘结和固化。另外，由木质复合材料制成的木材托梁不具有有效的端纹连接，并且当用于建筑施工中时，通常通过支承在另一个构件上并钉合以阻止侧向扭转和/或移动来接合它们。这类连接常常需要进一步安装的金属拉条，这成为设计障碍。另外，金属拉条容易在火灾中氧化和坍塌，因为金属比木材更容易受热，这导致邻接的木材炭化并失去支撑。

美国专利申请公开2011/0016824描述了一种木材托梁，其包括由腹板连接在一起的第一和第二凸缘，腹板在结构上与凸缘一体化。两个凸缘包括木材杆。虽然此托梁是可用的，但已经发现的是，在高荷载下，木材中可能形成纵向劈裂或裂纹。据发现，劈裂或裂纹出现在腹板周围的木材区域中，并且在高荷载条件下会导致托梁的灾变失效。

本发明的一个方面是提供一种木材结构构件，其具有对给定荷载下的劈裂或开裂提高的阻力。另一个方面是提供对现有技术的木材结构构件的备选方案。

在本说明书中包括对文献、动作、材料、装置、制品等的讨论仅仅出于为本发明提供上下文的目的。并不建议或表示这些对象中的任何或全部构成现有技术基础的一部分，或者是本发明的相关领域的公知常识，因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前已存在。

发明内容

在考虑此描述之后，如何在各个备选实施例和备选应用中实施本发明对于本领域技术人员将显而易见。然而，虽然本文将描述本发明的各种实施例，但应当理解，这些实施例仅以举例方式提出，而不进行限制。因此，各种备选实施例的该描述不应理解为限制本发明的范围或广度。此外，优点或其它方面的陈诉适用于具体的示例性实施例，而不一定适用于权利要求书涵盖的所有实施例。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括”及其变体，例如“包含”和“含有”并非意图排除其它的添加物、部件、整数或步骤。

本说明书通篇对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指相同的实施例，但有可能。

在第一方面但不一定是最广泛的方面中，本发明提供了一种木材托梁，其包括由腹板连接在一起的第一和第二凸缘，腹板与凸缘在结构上一体化，两个凸缘包括木材杆，其中，每个凸缘具有沿着凸缘的长度纵向延伸的形成于其中的狭槽，狭槽尺寸设计成接纳腹板，腹板结合在狭槽中，并且其中，腹板延伸至其所嵌入到的凸缘的直径的至少约20%的深度。

已经惊人地发现，相比美国专利申请公开2011/0016824 A1中公开的木材托梁，木材在荷载下开裂或劈裂的倾向得以改善。相比美国专利申请公开2011/0016824 A1中公开的任何托梁，这种改善是腹板进一步延伸进入其所嵌入到的凸缘中的结果。