專利名稱：一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋及制作方法，屬于跨 度大于或等于90米、小于或等于150米的超大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)屋蓋技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展，大型公共建筑中的會展中心、高速鐵路的候車廳、航站 樓及工業(yè)建筑的飛機(jī)機(jī)庫、火力發(fā)電廠的干煤棚等建筑鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，其跨度要求越來越大， 鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架與網(wǎng)殼)規(guī)程中跨度等于60米時(shí)為大跨度，跨度超過此限值達(dá)到90米 150米的跨度時(shí)為超大跨度，對于跨度在60米左右時(shí)的建筑，現(xiàn)有技術(shù)一般都采用梭形空 間管桁架結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好；當(dāng)跨度達(dá)到90米 150米時(shí)，如果再采用梭形空間管 桁架結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將迅速下降。由于梭形空間管桁架的上弦桿受壓，下弦桿受拉， 則梭形空間管桁架的抗彎剛度(EsI)主要體現(xiàn)在其折算慣性矩I = A1A2KV(A^A2)，(式中h 表示的是梭形空間管桁架中央結(jié)構(gòu)高度，A”A2分別表示梭形空間管桁架的上弦與下弦截面 面積)，由表達(dá)式可知，梭形空間管桁架的抗彎剛度與管桁架中部結(jié)構(gòu)高度平方成正比，按 現(xiàn)有技術(shù)的剛度要求，梭形空間管桁架中部結(jié)構(gòu)高度h的數(shù)值一般在h>L2/12范圍(公式 中L2為跨度)，按此要求，當(dāng)L2 = 90米時(shí)，h = 7. 5米，而組成梭形空間管桁架的斜腹桿其 與水平線的夾角按α 60°時(shí)，它的長度為8. 66米左右，當(dāng)L2 = 150米時(shí)，h = 12. 5米， 其斜腹桿的長度為14. 4米左右，而梭形空間管桁架的上、下弦桿的鋼管截面由結(jié)構(gòu)彎曲變 形產(chǎn)生很大的壓力和拉力控制，而斜腹桿鋼管截面由結(jié)構(gòu)剪切變形產(chǎn)生較小的拉、壓力控 制，且接近跨中斜腹桿長度大的拉、壓力更小。如果當(dāng)跨度L為90米時(shí)，梭形空間管桁架 中的斜腹桿(壓桿)按其所需強(qiáng)度計(jì)算，其斜腹桿的配桿僅為Φ114Χ4&= 10.85kg/m， 這里g表示每米鋼管重量)，但按壓桿長細(xì)比λ ^ 180的規(guī)定控制，應(yīng)采用Φ 152 X 5 (g = 23kg/m)，兩者相差12. 15kg/m ；當(dāng)跨度為150米時(shí)，斜腹桿強(qiáng)度控制值需Φ 127 X 4. 5 (g = 17. 32kg/m)，而按長細(xì)比的規(guī)定控制，則斜腹桿需配制Φ245 X 6. 5 (g = 38. 23kg/m)，兩者 相差21kg/m。一般梭形空間管桁架要確保滿足變形要求，其結(jié)構(gòu)高度h > L2/12的范圍，當(dāng) 跨度達(dá)90m 150m時(shí)，為確保結(jié)構(gòu)剛度要求，其結(jié)構(gòu)高度將猛增(h = 7. 5米 15. 5米)， 從而導(dǎo)致梭形空間管桁架的中間斜腹桿長度更長，達(dá)8. 66米 14. 4米，而此處內(nèi)力很小， 按長細(xì)比構(gòu)造要求也將使斜腹桿用鋼量猛增。另外，由于梭形空間管桁架的結(jié)構(gòu)高度過大， 導(dǎo)致室內(nèi)空間高度更大，對建筑節(jié)能極為不利。因此，現(xiàn)有的梭形空間管桁架結(jié)構(gòu)在用于超 大跨度的建筑時(shí)還是不夠理想。在確保結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的條件下，降低結(jié)構(gòu)高度，減少用鋼 量，是結(jié)構(gòu)工程師開拓新型結(jié)構(gòu)體系的主要思路。在本世紀(jì)初、上世紀(jì)末出現(xiàn)的國外引進(jìn)技術(shù)，即張弦梁(B. S. S)及張弦桁架 (T. S. S)在國內(nèi)多個(gè)大型公共建筑屋蓋中出現(xiàn)，如上海浦東國際機(jī)場航站樓(跨度為82.6 米)采用張弦梁；廣州國際會展中心(跨度為126. 5米)采用張弦桁架。實(shí)踐證明此類自 平衡結(jié)構(gòu)體系不僅結(jié)構(gòu)高度達(dá)到其跨度長度L2的(1/10 1/8) L2，而且施工成型難度大，用鋼量大，在沿海地區(qū)，屋面風(fēng)吸力克服結(jié)構(gòu)自重后，鋼索松弛造成結(jié)構(gòu)體系改變(梁式改 變?yōu)楣笆?，為此還需配重來確保結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)一步增大用鋼量。在中國專利文獻(xiàn)上曾公開了發(fā)明名稱和申請?zhí)柗謩e為“一種短撐桿式張弦桁架及 其制作方法”、200410155399. 7和“大跨度張弦桁架及其制作方法”、200410022224. 9的兩個(gè) 技術(shù)方案，這兩個(gè)技術(shù)方案都是預(yù)應(yīng)力空間管桁架，前者是在空間管桁架弧形下弦桿節(jié)點(diǎn) 下布置若干個(gè)短撐桿，后者是在弧形下弦桿節(jié)點(diǎn)上部設(shè)短拉桿或?qū)撍髦苯哟┤胂孪忆摴?中心建立預(yù)應(yīng)力，鋼索與管桁架形成自平衡體系，由于鋼索與水平線形成的夾角α極小， 撐桿或拉桿對管桁架向上作用的彈性反力很小，如設(shè)鋼索預(yù)應(yīng)力為P，則鋼索向上作用節(jié)點(diǎn) 力Pz = Psina，夾角α越小，Pz亦小?？考哟箐撍鹘孛嫣岣哳A(yù)應(yīng)力P值來提高Pz值，其經(jīng) 濟(jì)性不好，且對結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)小。因此，此兩類預(yù)應(yīng)力空間管桁架結(jié)構(gòu)高度仍需按一般梭形 空間管桁架的結(jié)構(gòu)高度h ^ L2/12來進(jìn)行取值(公式中h為結(jié)構(gòu)高度、L2為跨度長度)，如 果低于該值，則結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度將達(dá)不到使用的要求。因此當(dāng)用于超大跨度的建筑結(jié)構(gòu) 時(shí)，該兩項(xiàng)技術(shù)方案仍然存在著類似于一般空間管桁架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種占據(jù)的空間高度較低、用鋼量較少、并且結(jié)構(gòu)性能可 靠、制作容易、成本低的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋及制作方法，以克服現(xiàn) 有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋 蓋的制作方法為，在制作屋蓋平面為長方形的矩形平面且其長邊L1與短邊L2之比為L1/ L2 > 1. 5且L2為屋蓋跨度長度90米< L2 ^ 150米的屋蓋時(shí)，采用超大跨度支座撐桿式斜拉 自平衡空間管桁架作為該屋蓋結(jié)構(gòu)，該超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是以常 規(guī)梭形空間管桁架的結(jié)構(gòu)為基本架體，并在每榀梭形空間管桁架的兩端支座上分別固定有 用于支撐鋼索的支撐桿，將梭形空間管桁架中央的結(jié)構(gòu)高度h制作為L2/18 ^h^ L2/16，并 在梭形空間管桁架上靠近其下弦桿處對稱固定兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座，將鋼索通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn) 向支座后分別支撐在兩根支撐桿上，形成從支撐桿到鋼索轉(zhuǎn)向支座之間的這段鋼索為斜拉 式的鋼索，然后對鋼索收緊使其成為具有張力的預(yù)應(yīng)力鋼索，同時(shí)使固定在梭形空間管桁 架下弦桿處的兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座點(diǎn)在鋼索的張力作用下產(chǎn)生由下向上作用的兩個(gè)與荷載 作用方向相反的彈性反作用力，這樣即可補(bǔ)償因結(jié)構(gòu)高度降低所造成的剛度不足，也可減 小桿件內(nèi)力，從而制作得到結(jié)構(gòu)用鋼量少的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋。按照上述方法實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋 為該屋蓋由超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架連接組成，且屋蓋平面為長邊L1 與短邊L2之比L1Zl2 ^ 1.5的長方形矩形平面，屋蓋跨度的長度為L2且90米< L2 < 150 米，每榀超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是以由上弦桿、下弦桿和斜腹桿連接 組成的梭形空間管桁架為基本架體，并且作為基本架體的梭形空間管桁架兩端的上弦桿和 下弦桿的端部都分別固定在一個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)上，在每個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)上還連接有上支撐桿、外側(cè) 撐桿和與鉸接支座連接的下支撐桿，在作為基本架體的梭形空間管桁架的下弦桿上對稱固 定有兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座，鋼索通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座支撐后分別支撐在兩根上支撐桿和兩 根外側(cè)撐桿上，并且鋼索的兩端分別連接在鉸接支座上，在鋼索上設(shè)有鋼索收緊裝置，每榀
5超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架通過其兩端的鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間連接的連系桿相 互連接；連接在作為基本架體的梭形空間管桁架兩端的鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間的中心距離為超大跨 度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架的跨度距離L2，梭形空間管桁架的中央結(jié)構(gòu)高度h為 L2/18 ^ h ^ L2/16。在上述支撐鋼索的鋼索轉(zhuǎn)向支座上、以及在上支撐桿和外側(cè)撐桿的端部處都設(shè)有 定向滑輪。在上支撐桿的上端與梭形空間管桁架之間連接有上加強(qiáng)桿，在鉸接支座與梭形空 間管桁架之間還連接有下加強(qiáng)桿。每個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)由兩根上弦連接桿、一根下弦連接桿、一根上支撐連接桿、一根下支 撐連接桿、一根外側(cè)連接柱和兩根系桿連接桿澆鑄在同一節(jié)點(diǎn)上成為一整體；上支撐連接 桿與下支撐連接桿設(shè)在節(jié)點(diǎn)豎立垂直方向并在同一軸心線上分別與上支撐桿和下支撐桿 連接，上弦連接柱和下弦連接柱設(shè)在節(jié)點(diǎn)的一側(cè)并分別與上弦桿和下弦桿連接，外側(cè)連接 桿設(shè)在與下弦連接桿相反的一側(cè)并與下弦連接桿在同一軸心線上且與外側(cè)撐桿連接，系桿 連接桿分別與連系桿連接。在作為基本架體的梭形空間管桁架的下弦桿上對稱固定的兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座的 中心分別與其所靠近的鑄鋼節(jié)點(diǎn)中心的中心距離LSL= (1/4 1/3)L2。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明將超大跨度的梭形空間管桁架的中部結(jié)構(gòu)高度 由原來的h= (1/12 1/10) L2變小為h = (1/18 1/16) L2，如當(dāng)L2 = 90米時(shí)，其中部的 斜腹桿長由原來的8. 66米變成了 5. 77米，減少2. 89米的長度，若原來的結(jié)構(gòu)高度h = 7. 5 米(這里取h = L2/12)則改為h = 5米(這里取h = L2/18)，因此本發(fā)明的結(jié)構(gòu)高度比現(xiàn) 有技術(shù)要降低25% 30%;當(dāng)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)高度下降后造成梭形空間管桁架的抗彎剛度下 降時(shí)，本發(fā)明所采用的補(bǔ)償辦法是使斜拉鋼索與水平線的夾角α加大，使梭形空間管桁 架跨度中部的下弦桿節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生與荷載作用反向的節(jié)點(diǎn)力，從而使桁架產(chǎn)生反變形，并使 桁架各桿產(chǎn)生與荷載作用相反的內(nèi)力，從而在結(jié)構(gòu)“使用狀態(tài)”時(shí)結(jié)構(gòu)變形減小的同時(shí)內(nèi)力 相應(yīng)減小。因而本發(fā)明在達(dá)到超大跨度，并在降低結(jié)構(gòu)高度的同時(shí)能確保結(jié)構(gòu)豎向撓度不 超過國家規(guī)程的限制值FL2 ^ 1/300的要求(這里F示結(jié)構(gòu)撓度、L2表示跨度)，并且由于 本發(fā)明的桁架內(nèi)力減小，結(jié)構(gòu)高度降低，斜腹桿的長度減少，從而大大的降低了用鋼量。所 以，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅具有占據(jù)的空間高度低、用鋼量少的優(yōu)點(diǎn)，而且還 具有結(jié)構(gòu)性能可靠、制作施工容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明屋蓋的長方形平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明屋蓋所采用的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架結(jié)構(gòu)示 意圖；圖3為圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的鑄鋼節(jié)點(diǎn)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的俯視示意圖；圖6為本發(fā)明的上支撐桿端部支撐鋼索時(shí)的示意圖；圖7為本發(fā)明的外側(cè)撐桿支撐鋼索時(shí)的示意圖8為本發(fā)明的鋼索轉(zhuǎn)向支座與下弦桿連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的鋼索端與鉸接支座連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架在成型態(tài)時(shí)各桿件 拉、壓力分布示意圖；圖11為本發(fā)明的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架在荷載態(tài)時(shí)的各桿 件拉、壓力分布示意圖；圖12為本發(fā)明的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架在使用態(tài)時(shí)兩種狀 態(tài)內(nèi)力疊加、各桿件拉、壓力分布示意。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施例方式在制作屋蓋平面為長方形的矩形平面且其長邊L1與短邊L2之比 為L1Zl2彡1. 5并且L2為屋蓋跨度且為90米< L2 ^ 150米的屋蓋時(shí)，采用本發(fā)明的一種長方 形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋的制作方法進(jìn)行制作，即采用超大跨度支座撐桿式 斜拉自平衡空間管桁架作為該屋蓋結(jié)構(gòu)，該超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是 以常規(guī)梭形空間管桁架的結(jié)構(gòu)為基本架體，并在每榀梭形空間管桁架兩端的支座上分別設(shè) 置用于支撐鋼索的支撐桿，將梭形空間管桁架中央的結(jié)構(gòu)高度h制作為L2/18<h<L2/16， 并在梭形空間管桁架上分別距離兩端的支座中心線(1/4 1/3) L2處的下弦桿上對稱位置 設(shè)置兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座，將鋼索通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座支撐后再分別支撐在支座位置上的 兩根支撐桿上，形成從支撐桿到鋼索轉(zhuǎn)向支座之間的這段鋼索為斜拉式的鋼索，然后對鋼 索收緊使其成為具有張力的預(yù)應(yīng)力鋼索，同時(shí)使固定在梭形空間管桁架下弦桿處的兩個(gè)鋼 索轉(zhuǎn)向支座點(diǎn)在鋼索的張力作用下產(chǎn)生由下向上作用的兩個(gè)與荷載作用方向相反的彈性 反作用力，這樣即可補(bǔ)償因結(jié)構(gòu)高度降低所造成的剛度不足，從而制作得到結(jié)構(gòu)用鋼量少 的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋。按照本發(fā)明的方法制作的一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋為，該 屋蓋由超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架連接組成，且屋蓋平面為長邊L1與短邊 L2之比L1Zl2彡1. 5的長方形矩形平面，屋蓋跨度長度L2為90米< L2 < 150米(如圖1所 示)，每榀超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是以由上弦桿1、下弦桿2和斜腹桿 3連接組成的梭形空間管桁架為基本架體，將該梭形空間管桁架的中央結(jié)構(gòu)高度h制作為 L2/18 ^h^ L2/16 ；將作為基本架體的梭形空間管桁架兩端的上弦桿1和下弦桿2的端部 都分別固定在一個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)上，鑄鋼節(jié)點(diǎn)由兩根上弦連接桿a、一根下弦連接桿b、一根上 支撐連接桿C、一根下支撐連接桿d、一根外側(cè)連接桿e和兩根系桿連接桿f澆鑄為整體結(jié) 構(gòu)；將鑄鋼節(jié)點(diǎn)的上支撐連接桿c與下支撐連接桿d設(shè)在節(jié)點(diǎn)垂直方向并在同一軸心線上， 并將上支撐桿4和下支撐桿13分別與上支撐連接桿c和下支撐連接桿d焊接，將上弦連接 桿a和下弦連接桿b分別與上弦桿1和下弦桿2焊接，將外側(cè)連接桿e設(shè)在與下弦連接桿b 相反的一側(cè)并與下弦連接柱b設(shè)在同一軸心線上，將外側(cè)撐桿6與外側(cè)連接桿e焊接(如 圖4、圖5所示)；在作為基本架體的梭形空間管桁架的下弦桿2上對稱固定有兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn) 向支座7 (如圖8所示)，并使兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座7的中心分別與其所靠近的鑄鋼節(jié)點(diǎn)中心 的中心距離L控制在L= (1/4 1/3)L2的范圍，L2為兩個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的中心距離，即跨度; 為了調(diào)節(jié)和張緊鋼索方便，在支撐鋼索8的鋼索轉(zhuǎn)向支座7與上支撐桿4和外側(cè)撐桿6的支點(diǎn)端部都安裝上定向滑輪10 ；將鋼索8通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座7上的定向滑輪10后分 別支撐在兩根上支撐桿4和兩根外側(cè)撐桿6的定向滑輪10上，并將鋼索8的兩端分別固定 在兩端的鉸接支座5上(鉸接支座5可采用傳統(tǒng)的鉸接支座結(jié)構(gòu))，在鋼索8上安裝上鋼索 收緊裝置9 (鋼索收緊裝置9可采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的鋼索收緊裝置成品)；為了增強(qiáng)上支 撐桿4和下支撐桿13的強(qiáng)度，在上支撐桿4的上端與梭形空間管桁架之間連接分別連接上 上加強(qiáng)支桿11，在兩端的鉸接支座5與梭形空間管桁架之間分別連接上下加強(qiáng)支桿12 ；然 后通過鋼索收緊裝置9對鋼索8進(jìn)行收緊，使其成為具有張力的預(yù)應(yīng)力鋼索(在進(jìn)行鋼索 收緊時(shí)，可按中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會制定的《預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求進(jìn)行施工)， 這樣即可制作得到本發(fā)明的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架(如圖2和圖3所 示)；然后將每榀超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架兩端的鑄鋼節(jié)點(diǎn)的系桿連接 桿f之間都焊接一根連系桿14，使每榀超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架相互連 接為一個(gè)整體，這樣即制作得到本發(fā)明的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋。本發(fā)明的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋中的超大跨度支座撐桿式 斜拉自平衡空間管桁架結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)必然出現(xiàn)兩個(gè)最基本狀態(tài)，即桁架建立預(yù)應(yīng)力的工 作狀態(tài)(成型態(tài))和桁架安裝形成為屋蓋后，承受結(jié)構(gòu)自重和屋面各種設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)荷載的 工作狀態(tài)(荷載態(tài))，這兩種工作狀態(tài)的變形與內(nèi)力疊加，即形成屋架在使用荷載作用下桁 架的變形和內(nèi)力。即桁架正常使用時(shí)桁架的變形和內(nèi)力是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對結(jié)構(gòu)構(gòu)造和配桿的 設(shè)計(jì)依據(jù)。分兩個(gè)階段予以說明“結(jié)構(gòu)成型態(tài)”如將本發(fā)明的跨度L2設(shè)計(jì)為90米時(shí)(如圖10所示)，若不采用 預(yù)應(yīng)力，而為一般的空間管桁架，其中央結(jié)構(gòu)高度h = L2/12 = 7. 5米，其中央斜腹桿的長 度為8. 949米；當(dāng)采用本發(fā)明時(shí)，中央結(jié)構(gòu)高度h = L2/16 = 5. 625米，中央斜腹桿的長度 為6. 495米，減少2. 454米。中央斜腹桿按長細(xì)比要求配桿時(shí)，前者配桿Φ 159X4. 5 (g = 17. 15kg/m)，后者配桿Φ 102 X 3. 5 (g = 8. 5kg/m)，每根桿用鋼下降98kg。預(yù)應(yīng)力鋼索采用 每束125X Φ5，拉力4050KN/每束，安全度K = 2，最大拉力2025KN/每束，預(yù)張拉力扣除預(yù) 應(yīng)力損失后P1 = 0. 35p = 0. 35X2025 = 720KN(公式中ρ為鋼索能承受的極限張力)。斜 索與水平索夾角α = tan"1 (5500/2700) = 11.3°，結(jié)構(gòu)在自平衡狀態(tài)鋼索對空間管桁架 0. 3“處有向上作用力pzl = 720X sinll. 3° = 720X0. 196 = 141KN/每個(gè)，即結(jié)構(gòu)在成型 態(tài)在離兩邊支座0. 3L2處有兩個(gè)141KN的向上作用力，它將使桁架產(chǎn)生與荷載相反的變形 (向上產(chǎn)生撓度^和相反的桿件內(nèi)力(拉壓力)，如圖10中上弦桿拉力(用θ表示拉力) 下弦桿壓力(用Θ表示壓力)和斜腹桿拉、壓力(@、 )，與此同時(shí)，兩外側(cè)受壓撐桿對下弦 桿還要產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力(Θ)，即“成型態(tài)”桁架下弦桿產(chǎn)生兩個(gè)預(yù)壓力〔0、Θ)其內(nèi)力中拉、壓力 分布如圖10所示?！敖Y(jié)構(gòu)荷載態(tài)”，當(dāng)將本發(fā)明的超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架安裝就 位形成屋蓋后，其上弦節(jié)點(diǎn)承受向下的作用荷載，必然產(chǎn)生向下的垂直變形即向下產(chǎn)生豎 向撓度，與此同時(shí)，空間桁架受向下作用的節(jié)點(diǎn)荷載后，各桿件必然產(chǎn)生對應(yīng)其變形的桿 件內(nèi)力(拉力或壓力)，即空間桁架各桿件產(chǎn)生的內(nèi)力(拉、壓力)，正好與“結(jié)構(gòu)成型態(tài)”析 架各桿件內(nèi)力符號相反，其受力如圖11所示，上弦均為壓力(Θ)，下弦均為拉力(Θ)，斜腹桿 拉力與壓力( 、Q)，大多數(shù)與結(jié)構(gòu)成形態(tài)產(chǎn)生的拉、壓力反號?！敖Y(jié)構(gòu)使用態(tài)”，當(dāng)本發(fā)明的屋蓋在正常使用時(shí)，其工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力相當(dāng)于“結(jié)構(gòu)成型態(tài)”與“結(jié)構(gòu)荷載態(tài)”的變形與內(nèi)力分別進(jìn)行疊加，如圖12所示，上弦桿壓力 Θ為圖10拉力Θ與圖11壓力Θ疊加后使壓力值Θ減小。下弦桿及斜腹桿均產(chǎn)生于上弦桿相 同的效應(yīng)抓使結(jié)構(gòu)內(nèi)力減小。使用態(tài)的結(jié)構(gòu)變形(撓度)，即是成型態(tài)與荷載態(tài)兩種狀態(tài)結(jié) 構(gòu)變形的疊加，即正常工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)跨中最大撓度f擾=f2~f,即相對撓度也相應(yīng)減少。所 以當(dāng)建筑長短邊之比L1Zl2 ^ 1. 5的矩形平面的超大跨度(90米< L2 < 150米)屋蓋采用 本發(fā)明時(shí)，就能達(dá)到結(jié)構(gòu)高度小、桁架內(nèi)力小、用鋼量減少和降低工程造價(jià)的目的。
權(quán)利要求
一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋的制作方法，其特征在于在制作屋蓋平面為長方形的矩形平面且其長邊L1與短邊L2之比為L1/L2≥1.5且L2為屋蓋跨度長度90米≤L2≤150米的屋蓋時(shí)，采用超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架作為該屋蓋結(jié)構(gòu)，該超大跨度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是以常規(guī)梭形空間管桁架的結(jié)構(gòu)為基本架體，并在每榀梭形空間管桁架的兩端支座上分別固定有用于支撐鋼索的支撐桿，將梭形空間管桁架中央的結(jié)構(gòu)高度h制作為L2/18≤h≤L2/16，并在梭形空間管桁架上靠近其下弦桿處對稱固定兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座，將鋼索通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座后分別支撐在兩根支撐桿上，形成從支撐桿到鋼索轉(zhuǎn)向支座之間的這段鋼索為斜拉式的鋼索，然后對鋼索收緊使其成為具有張力的預(yù)應(yīng)力鋼索，同時(shí)使固定在梭形空間管桁架下弦桿處的兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座點(diǎn)在鋼索的張力作用下產(chǎn)生由下向上作用的兩個(gè)與荷載作用方向相反的彈性反作用力，這樣即可補(bǔ)償因結(jié)構(gòu)高度降低所造成的剛度不足，也可減小桿件內(nèi)力，從而制作得到結(jié)構(gòu)用鋼量少的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋。
2.一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋，其特征在于該屋蓋由超大跨 度支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架連接組成，且屋蓋平面為長邊Ll與短邊L2之比Li/ L2 ^ 1. 5的長方形矩形平面，屋蓋跨度的長度為L2且90米< L2 ^ 150米，每榀超大跨度 支座撐桿式斜拉自平衡空間管桁架是以由上弦桿(1)、下弦桿(2)和斜腹桿(3)連接組成的 梭形空間管桁架為基本架體，并且作為基本架體的梭形空間管桁架兩端的上弦桿(1)和下 弦桿(2)的端部都分別固定在一個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)上，在每個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)上還連接有上支撐桿(4)、 外側(cè)撐桿(6)和與鉸接支座(5)連接的下支撐桿(13)，在作為基本架體的梭形空間管桁架 的下弦桿(2)上對稱固定有兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座(7)，鋼索(8)通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座(7)支 撐后分別支撐在兩根上支撐桿(4)和兩根外側(cè)撐桿(6)上，并且鋼索(8)的兩端分別連接 在鉸接支座(5)上，在鋼索(8)上設(shè)有鋼索收緊裝置(9)，每榀超大跨度支座撐桿式斜拉自 平衡空間管桁架通過其兩端的鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間連接的連系桿(14)相互連接；連接在作為基 本架體的梭形空間管桁架兩端的鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間的中心距離為超大跨度支座撐桿式斜拉自 平衡空間管桁架的跨度距離L2，梭形空間管桁架的中央結(jié)構(gòu)高度h為L2/18 ^h^ L2/16。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋，其特征在于 在支撐鋼索(8)的鋼索轉(zhuǎn)向支座(7)上、以及在上支撐桿⑷和外側(cè)撐桿(6)的端部處都 設(shè)有定向滑輪(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋，其特征在于 在上支撐桿(4)的上端與梭形空間管桁架之間連接有上加強(qiáng)桿(11)，在鉸接支座(5)與梭 形空間管桁架之間還連接有下加強(qiáng)桿(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋，其特征在于 鑄鋼節(jié)點(diǎn)由兩根上弦連接桿(a)、一根下弦連接桿(b)、一根上支撐連接桿(C)、一根下支撐 連接桿(d)、一根外側(cè)連接柱(e)和兩根系桿連接桿(f)澆鑄在同一節(jié)點(diǎn)上成為一整體；上 支撐連接桿(c)與下支撐連接桿(d)設(shè)在節(jié)點(diǎn)豎立垂直方向并在同一軸心線上分別與上支 撐桿⑷和下支撐桿(13)連接，上弦連接柱(a)和下弦連接柱(b)設(shè)在節(jié)點(diǎn)的一側(cè)并分別 與上弦桿(1)和下弦桿(2)連接，外側(cè)連接桿(e)設(shè)在與下弦連接桿(b)相反的一側(cè)并與下 弦連接桿(b)在同一軸心線上且與外側(cè)撐桿(6)連接，系桿連接桿(f)分別與連系桿(14) 連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋，其特征在于 在作為基本架體的梭形空間管桁架的下弦桿(2)上對稱固定的兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座(7)的中 心分別與其所靠近的鑄鋼節(jié)點(diǎn)中心的中心距離(1/4 1/3)L2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長方形平面超大跨度預(yù)應(yīng)力空間管桁架屋蓋及制作方法，本發(fā)明以常規(guī)梭形空間管桁架的結(jié)構(gòu)為基本架體，并在每榀梭形空間管桁架的兩端分別固定有用于支撐鋼索的支撐桿，將梭形空間管桁架中央的結(jié)構(gòu)高度制作為其跨度長度的1/18～1/16，并在梭形空間管桁架上靠近其下弦桿處對稱固定兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座，將鋼索通過兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座后分別支撐在兩根支撐桿上，形成從支撐桿到鋼索轉(zhuǎn)向支座之間的這段鋼索為斜拉式的鋼索，并使其成為具有張力的預(yù)應(yīng)力鋼索，這樣即可使兩個(gè)鋼索轉(zhuǎn)向支座點(diǎn)產(chǎn)生由下向上作用的兩個(gè)與荷載作用方向相反的彈性反作用力，從而補(bǔ)償因結(jié)構(gòu)高度降低所造成的剛度不足。本發(fā)明適合于建筑長邊與短邊之比為L1/L2≥1.5且跨度長度L2為90米≤L2≤150米的屋蓋。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)高度小、內(nèi)力較小、用鋼量少和工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E04C3/11GK101942883SQ20091030415
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者何挺, 劉飛, 盧亞琴, 周觀根, 張華剛, 李莉, 洪芳, 田子?xùn)|, 肖建春, 馬克儉 申請人:貴州大學(xué);浙江東南網(wǎng)架股份有限公司