專利名稱：一種短撐桿式新型張弦桁架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種短撐桿式新型張張弦桁架，屬于大跨度張弦桁架技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近十多年來，我國鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑愈來愈多，其中在大型公共建筑中如航展樓，會展中心，工業(yè)建筑中的干煤棚等，其建筑平面形式以矩形居多，對于大跨度的矩形平面的屋蓋，常采用管桁架結(jié)構(gòu)和張弦梁結(jié)構(gòu)。管桁架結(jié)構(gòu)，一般指“擬梁式”受力體系的平面或空間管桁架結(jié)構(gòu)，如深圳機(jī)場航站樓二期工程(135m×174m)采用的管桁結(jié)構(gòu)(柱網(wǎng)18m×54m)，南京國際展覽中心(94m×273m)，溫州會展中心等也都采用了這類結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是“網(wǎng)格大、管徑大、桁架于桁架間距大”，最適于長寬比大于1.5～2.0的矩形平面，但其用鋼量偏大。張弦梁結(jié)構(gòu)簡稱“BSS”是Beam String Structure的縮寫，它是一類由下弦索、上弦梁和豎腹桿組成的索桿、梁結(jié)構(gòu)體系，通過對下弦索的張拉，豎腹桿的軸壓力使上弦梁產(chǎn)生與外荷載作用相反的內(nèi)力和變位，起卸載作用。張弦梁結(jié)構(gòu)最先由日本大學(xué)M.Saitoh教授在1984年首先提出，并在日本廣泛應(yīng)用于大、中、小跨度的屋面結(jié)構(gòu)中，其定義為“用撐桿連接上部抗彎受壓的拱式箱形鋼梁和下部抗拉鋼索而形成的自平衡體系”。其基本原理為上弦桿和下弦桿均為圓弧外形，并用腹桿與上弦桿和下弦桿鉸接形成張弦梁，將張弦梁一端固定，另一端使其可以水平滑移，然后對下索張拉，索的預(yù)應(yīng)力使上弦桿向內(nèi)滑移使桿受彎，使撐桿受壓，索受拉，形成自平衡體系；自平衡體系形成后，吊至柱頂就位，安放柃條和屋面板等屋面節(jié)點(diǎn)荷載后即為使用階段。我國于20世紀(jì)90年代后期建成的上海浦東國際機(jī)場航站樓屋蓋就是一項(xiàng)有代表性的大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)，其售票廳和登機(jī)廊的跨度分別達(dá)到82.6m和54.3m，它的上弦由三根平行方鋼管以短管相連而成，腹桿則為圓鋼管，下弦采用高強(qiáng)冷拔鍍鋅鋼絲束。2002年建成的廣州國際會議中心屋蓋，跨度126.6m，采用一種新的“張弦桁架”結(jié)構(gòu)體系，填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，并對此類結(jié)構(gòu)體系有所發(fā)展，其定義為“用撐桿連接上部抗彎受壓的拱式平面或立體桁架和下部抗拉鋼索而形成的自平衡體系”，簡稱“TSS”是TrussString Structure的縮寫，它的上弦實(shí)際上是拱式空間立體桁架式“曲梁”，撐桿與上弦桁架式拱下弦鉸接，下弦索穿過索球，在張拉成形階段，上部桁架受彎，其彎曲應(yīng)力分布在桁架上，桁架上部兩桿受拉，下部單桿受壓，撐桿受壓，下索受拉，撐桿和下索如同張弦梁，增大壓力和拉力，上弦桁架仍然是彎曲應(yīng)力與壓應(yīng)力疊加，從其構(gòu)造和形成原理分析仍屬“張弦梁結(jié)構(gòu)”，將其定名為“張弦桁架”似有不妥，它并沒有離開張弦梁結(jié)構(gòu)的定義?，F(xiàn)有技術(shù)中的“張弦梁結(jié)構(gòu)”雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在以下幾個問題1、上部的弧形拱梁或弧形桁架導(dǎo)致截面壓應(yīng)力疊加，為加強(qiáng)張弦梁的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，只有加大上部拱式箱形鋼梁和下部鋼索的截面面積，使用鋼量增加；2、撐桿與上部拱式箱形鋼梁軸鉸連接，與下部鋼索用索球通過高強(qiáng)螺栓夾緊球鉸連接，構(gòu)造復(fù)雜，增大了結(jié)構(gòu)的制作加工費(fèi)用，使成本增加；3、平行設(shè)置的長撐桿為6m～12m，其對結(jié)構(gòu)的抗剪剛度幾乎無貢獻(xiàn)，其抗剪剛度僅僅由箱梁腹板或拱架腹桿來承擔(dān)，抗剪剛度較低；4、施工復(fù)雜，施工工藝費(fèi)用較高，必須在地面先成形，然后吊裝；5、在風(fēng)荷載較大地區(qū)或臺風(fēng)地區(qū)，屋架形成與節(jié)點(diǎn)荷載相反的負(fù)壓，風(fēng)吸力使張弦梁下部的索拉力喪失，其自平衡體系不存在，安全性變差，此時(shí)要在屋面配重或拉索，以確保負(fù)作用力大而不失去穩(wěn)定，這樣又使得用鋼量增加，造價(jià)升高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種鋼材用量低、構(gòu)造簡單、制作成本低、性能好、施工容易，并能適應(yīng)于風(fēng)吸力荷載的短撐桿式新型張弦桁架，它簡稱“NTTSS-SSB”(是New TypeTruss String Structure of Short Strat Bracing的縮寫)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括梭形桁架(1)，在梭形桁架(1)的下弦上固定有短撐桿(2)，在短撐桿(2)的下端固定有軸架(4)，在軸架(4)上裝有軸承(5)，在軸承(5)上裝有軸(6)，鋼索(3)壓在軸(6)上，并且鋼索(3)在張拉狀態(tài)下其兩端分別固定在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上；其短撐桿(2)以豎直直撐桿式的形式或以V字形斜撐桿式的形式與梭形桁架(1)的下弦節(jié)點(diǎn)剛性連接；在軸(6)的中央開有弧形凹槽，鋼索(3)緊貼在凹槽上；在短撐桿(2)與梭形桁架(1)之間及在短撐桿(2)與軸架(4)之間都固定連接有加勁板(7)；短撐桿(2)的長度為0.3m～2.0m。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)際上是“用短撐桿連接上部正、反抗彎的梭式桁架梁和下部受拉索而形成的結(jié)構(gòu)自平衡體系”。其工作階段分為如下兩步1、結(jié)構(gòu)成形階段(“成形態(tài)”)由于短撐桿(2)的作用力使梭形桁架(1)的上弦桿軸心受拉，下弦桿受壓，腹桿壓、拉相間，支座張拉力水平分力由桁架下弦桿承擔(dān)，下弦桿受壓；支座張拉力的垂直分力由兩端支座承擔(dān)，張拉成形時(shí)，支座無過大的水平滑移，下部鋼索(3)受拉，而形成結(jié)構(gòu)自平衡體系。
2、梭形桁架上弦節(jié)點(diǎn)荷載作用狀態(tài)下(“荷載態(tài)”)上部梭形桁架(1)的上弦桿受壓，下弦桿受拉，斜腹桿從兩端支座起，壓、拉相間，下部鋼索(3)拉力增加，將兩種工作狀態(tài)的內(nèi)力分別疊加后，梭形桁架(1)的上弦桿壓應(yīng)力減小，下弦桿的拉應(yīng)力減小，下部鋼索(3)的拉力加大，而腹桿的拉、壓力也相應(yīng)減小，短撐桿(2)壓力增大，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，主要受力桿件即梭形桁架(1)的上弦桿、下弦桿內(nèi)力減小，下部鋼索(3)拉力增加，而鋼索的抗拉強(qiáng)度是Q235和Q345鋼管抗拉強(qiáng)度的5～7倍，合理的布索和結(jié)構(gòu)選型能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力和減小形變的能力，從而減少用鋼量。
根據(jù)以上的分析，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、常規(guī)的張弦梁(“BSS”)和張弦桁架梁(“TSS”)的長撐桿上部為拱式鋼板箱形截面梁和拱式管桁架，在使用階段它為壓彎構(gòu)件，受彎、受壓和受剪，長撐桿受壓，下部索受拉；而本實(shí)用新型的短撐桿的上部為簡支承的承受正、反抗彎的梭形空間桁架，其在使用階段各桿件只是受軸向的拉力和壓力，而且內(nèi)力疊加使其軸力呈減小趨勢，結(jié)構(gòu)桿件截面面積大幅減小，使用鋼量下降；2、短撐桿與梭形桁架下弦桿采用剛性連接，與下部鋼索無需使用索球和高強(qiáng)螺栓球鉸連接，而是與鋼索滾動摩擦連接，結(jié)構(gòu)簡單易行，制作成本低；3、本實(shí)用新型的短撐桿極短，在0.3m～2.0m之間，而常規(guī)的張弦梁(“BSS”)和張弦桁架梁(“TSS”)的撐桿長度為6m～12m，短撐桿的長度僅為“BSS”和“TSS”的撐桿長度的8.3％～16.6％之間，結(jié)構(gòu)的抗剪承載力由梭形桁架斜腹桿的拉、壓力承擔(dān)，抗剪剛度顯著提高；4、常規(guī)的“BSS”和“TSS”在張拉時(shí)，支座的一端固定，一端可以自由水平滑動，其未張拉前的跨度為L1＝L0+Δ1(L0為設(shè)計(jì)跨度)，張拉后，支座一端因受索的拉力向內(nèi)水平滑移Δ1，從而得到設(shè)計(jì)跨度L0，其施工設(shè)備復(fù)雜，施工難度大，而本實(shí)用新型的新型張弦桁架在張拉前后其結(jié)構(gòu)變形小，無過大的水平滑移，跨度不改變，這樣使得其施工設(shè)備減少，施工簡單易行，既可在地面成形，也可在高空拼裝成型；5、輕屋面在風(fēng)的吸力作用下，即使鋼索拉力喪失，梭形桁架下弦桿由受拉變?yōu)槭軌?，也不會造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)，因此無需配重，從而使得用鋼量大大減少，降低造價(jià)。


圖1為本實(shí)用新型的短撐桿以豎直直撐桿式的形式與梭形桁架連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的截面示意圖；圖3為短撐桿與梭形桁架下弦相貫連接示意圖；圖4為圖3的左向側(cè)視圖；圖5為軸架與軸、軸承、鋼索的安裝位置示意圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)中“BSS”在張拉前及張拉后的變形情況說明簡圖；圖7為本實(shí)用新型張拉前后跨度未發(fā)生改變的簡圖；
圖8為本實(shí)用新型的短撐桿以豎直直撐桿式的形式與上部為空間立體梭式桁架式“梁”的梭形桁架連接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖8的截面示意圖；圖10為本實(shí)用新型的短撐桿以V字形斜撐桿式的形式與梭形桁架連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖10的截面示意圖；圖12為本實(shí)用新型的短撐桿以V字形斜撐桿式的形式與上部為空間立體梭式桁架式“梁”的梭形桁架連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為圖12的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例1如圖1所示，它采用梭形桁架(1)為架體，并在梭形桁架(1)的下弦上焊接一排長度為0.3m～2.0m的豎直短撐桿(2)，每根短撐桿(2)相互之間的間距控制在梭形桁架(1)的1～2個節(jié)間距，在每根豎直短撐桿(2)的下部都焊接一個軸架(4)，在每個軸架(4)和每根豎直短撐桿(2)之間以及每根豎直短撐桿(2)與梭形桁架(1)之間都焊接上加勁板(7)，在每個軸架(4)上裝上兩個滾動軸承(5)，并在滾動軸承(5)上都裝上一根軸(5)，在軸(5)的中央開弧形凹槽，將鋼索(3)分別貼在每根軸(5)的凹槽上，然后以梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)和每根豎直短撐桿(2)的頂端節(jié)點(diǎn)為鋼索(3)的支撐點(diǎn)在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上對鋼索進(jìn)行張拉，并將張拉后的鋼索(3)的兩端分別固定在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上后，即為短撐桿式新型張弦桁架。
本實(shí)用新型的實(shí)施例2如圖8所示，先按傳統(tǒng)方式將梭形桁架(1)的上部做成空間立體梭式桁架式“梁”，其余制作方法同實(shí)施例1。
本實(shí)用新型的實(shí)施例3如圖10所示，它采用梭形桁架(1)為架體，并在梭形桁架(1)的下弦上焊接一排長度為0.3m～2.0m的V字形斜短撐桿(2)，每個V字形斜短撐桿(2)底端頂點(diǎn)相互之間的間距控制在梭形桁架(1)的1～2個節(jié)間，在每根V字形斜短撐桿(2)的下部焊接一個軸架(4)，在每個軸架(4)和每根V字形斜短撐桿(2)之間以及每根V字形斜短撐桿(2)與梭形桁架(1)之間都焊接上加勁板(7)，在每個軸架(4)上裝上兩個滾動軸承(5)，并在滾動軸承(5)上都裝上一根軸(5)，在軸(5)的中央開弧形凹槽，將鋼索(3)分別貼在每根軸(5)的凹槽上，然后以梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)和每根豎直短撐桿(2)的頂端節(jié)點(diǎn)為鋼索(3)的支撐點(diǎn)在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上對鋼索進(jìn)行張拉，并將張拉后的鋼索(3)的兩端分別固定在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上后，即為短撐桿式新型張弦桁架。
本實(shí)用新型的實(shí)施例4如圖12所示，先按傳統(tǒng)方式將梭形桁架(1)的上部做成空間立體梭式桁架式“梁”，其余制作方法同實(shí)施例3。
權(quán)利要求1.一種短撐桿式新型張弦桁架，它包括梭形桁架(1)，其特征在于在梭形桁架(1)的下弦上固定有短撐桿(2)，在短撐桿(2)的下端固定有軸架(4)，在軸架(4)上裝有軸承(5)，在軸承(5)上裝有軸(6)，鋼索(3)壓在軸(6)上，并且鋼索(3)在張拉狀態(tài)下其兩端分別固定在梭形桁架(1)的兩端支座節(jié)點(diǎn)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短撐桿式新型張弦桁架，其特征在于短撐桿(2)以豎直直撐桿式的形式或以V字形斜撐桿式的形式與梭形桁架(1)的下弦節(jié)點(diǎn)剛性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短撐桿式新型張弦桁架，其特征在于在軸(6)的中央開有弧形凹槽，鋼索(3)緊貼在凹槽上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短撐桿式新型張弦桁架，其特征在于在短撐桿(2)與梭形桁架(1)之間及在短撐桿(2)與軸架(4)之間都固定連接有加勁板(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短撐桿式新型張弦桁架，其特征在于短撐桿(2)的長度為0.3m～2.0m。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種短撐桿式新型張弦桁架，它將短撐桿以豎直直撐桿式或以V字形斜撐桿式的形式與梭形桁架的下弦節(jié)點(diǎn)剛性連接，并在短撐桿的下端固定有軸架，在軸架上裝有軸承和軸，鋼索壓在軸上，鋼索在張拉狀態(tài)下其兩端分別固定在校形桁架的兩端支座節(jié)點(diǎn)上。在軸的中央開有弧形凹槽，鋼索緊貼在凹槽上；在短撐桿與梭形桁架之間及在短撐桿與軸架之間都固定連接有加勁板。短撐桿的長度為0．3m～2.0m。本實(shí)用新型具有鋼材用量低、構(gòu)造簡單、制作成本低、性能好、施工容易，并能適應(yīng)于風(fēng)吸力荷載等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E04C3/00GK2799724SQ20042015067
公開日2006年7月26日 申請日期2004年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月1日
發(fā)明者馬克儉, 鄭濤, 張華剛 申請人:貴州大學(xué)