专利名称：预应力大跨度实腹门式钢架及其建筑方法
技术领域：
本发明涉及一种预应力钢结构建筑技术，尤其是适用于大跨度轻型钢结构工程的预应力大跨度实腹门式钢架及其建筑方法。
目前，公知的大跨度钢结构工程是用焊接H型工字钢焊接成门式钢架，钢梁与钢柱均采用变截面，以减少截面自重荷载，从而达到节省用钢量的目的，屋面系统也尽量采用檩条上铺压型钢板的做法，以减轻重量，这样一般的轻型钢结构可做到跨度较大，用钢量较省，一般情况下，其柱距可做到6-8m，跨度最大亦可达到72m，用钢量在70kg/m2以下，具有较好的经济性，较成熟、快捷的施工技术，但跨度和柱距再加大，不仅结构形式变得不合理，截面也较大，用钢量也骤增，无法满足日益增长的市场对大跨度、大柱距、低用钢量的要求，对于较大跨度，国内外均采用网架或悬索结构，而这种结构明显存在着设计、制作、施工、难度大、工期长、造价高的问题。
本发明的目的就是要解决上述大跨钢结构存在的问题，提供一种满足市场需要的新的结构型式，即提供一种预应力大跨度实腹门式钢架及其建筑方法，使之不仅能满足大跨度，大柱距的要求，而且节省钢材，且设计、制作、安装技术成熟，施工周期短。
本发明的目的是这样实现的一种预应力大跨度实腹门式钢架，由H型钢梁和钢立柱组成，钢梁两端固设在两钢立柱的上端而呈门状，其特征在于所述H型钢梁由数段预应力H型钢构件构成，其每段预应力H型钢构件端部固设法兰盘，并相应设有连接各预应力H型钢构件的高强螺栓；于H型钢梁的侧面水平方向设有贯通全跨的通长预应力筋，于钢立柱上部偏向外侧垂直方向设有预应力筋，通长预应力筋和预应力筋的端部为螺丝端杆；于H型钢梁和钢立柱的翼缘、腹板上与上述螺丝端杆相应部位设置有固定预应力筋和通长预应力筋的锚件、钢垫板及与螺丝端杆相配的螺母。
一种预应力大跨度实腹门式钢架的建筑方法，包括H型钢梁和钢立柱的切割和焊制，其特征在于该建筑方法包括以下步骤1)在组成H型钢梁的每段预应力构件翼缘板、腹板根部于该构件的受拉区，利用锚件和螺扣，通过张拉高强钢筋对构件施加预应力，也可用专门的千斤顶张拉，使构件受拉前先受压，所施加预应力的大小根据构件所受载荷情况，通过计算分析确定，使预应力恰好抵消掉外载荷在构件中产生的内部应力；2)自两钢柱上端，通过预应力构件端部的法兰盘，将各段预应力构件一段一段地对称向跨中拼接延伸，每一段都紧固在已安装完毕的前一段上，逐步形成一对从两端向中间伸出的悬壁梁。
3)待上述悬臂梁进一步安装于跨中合拢后，再用通长预应力筋通过其端部的螺丝端杆及钢梁翼缘板、腹板相应位置设置的钢垫板和螺母紧固张拉后，利用螺母对螺丝端杆的支承作用将通长预应力筋锚固在钢垫板上，从而形成连续钢梁。
4)利用立柱上所设垂直方向的预应力筋、螺丝端杆，钢垫板、螺母及锚件对门架肩部受拉部位施加预应力，该钢立柱与其所支承的钢梁便构成一预应力大跨度实腹门式钢架。
由于采用上述技术方案对钢梁施加预应力而构成的预应力门式钢架，本发明具有以下有益效果设计制作、建筑施工都较简单，施工周期短，并可使构件内力值和构件变形值均减小很多，在施工完成后能抵消大部分外载荷作用，从而达到大跨度、小截面、进而达到增跨减钢的目的，这种新的结构形式，跨度可增大到150m，柱距可达到12m。与本施加预应力的门式钢架相比，在相同跨度下，其用钢量可节省35％以上，在相同用钢量的情况下，跨度可增加30％以上。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地描述。
图1是本发明预应力大跨实腹门式钢架拼装及预应力拉筋位置总体结构示意图；图2是图1角部结构放大示意图；图3是图2预应力筋端部螺丝端杆、钢垫板、锚件和螺母的连接结构放大示意图；图4是用螺丝套筒将相邻两段预应力筋连接在一起的结构示意图。
图中标号名称1 H型钢梁1’H型钢立柱2 法兰盘3 通长预应力筋 3’预应力筋 4 高强螺栓5 钢垫板 6 螺母7 螺丝端杆
8 锚件9 螺丝套筒10 座体如图1所示，给出了预应力大跨度实腹门式钢架的总体结构，包括H型钢梁1和钢立柱1’，所述H型钢梁1是由数段H型钢预应力构件组成的，其每段构件端部固设法兰盘2，并相应设有连接各段预应力构件的高强螺栓4，于H型钢梁1的侧面设有一根或一根以上的贯通全跨的通长预应力筋3，图中给出一根，位于该钢梁1的一端到另一端呈水平状贯通全跨，而H型钢梁1则呈上挠状，通长预应力筋3的构成可选用中等强度的冷拉II级和III级钢筋制作，也可选用钢丝绳索制作，其最大直径为40mm，其强度为900/1100Mpa，如采用钢筋制作，由于材料的长度有一定的限制，需要接长，因而通长预应力筋3由数段预应力筋组成，在相邻两段预应力筋带螺纹的端部用螺丝套筒9连接(如图4所示)。
如图2和图3所示，于H型钢立柱1’上部偏向外侧部垂直方向设有预应力筋3’，该预应力筋3’和贯通全跨的通长预应力筋3的端部为螺丝端杆7，在H型钢梁1和H型钢立柱1’的翼板、腹板与螺丝端杆7的相应部位设置有固定预应力筋3’和通长预应力筋3的锚件8、钢垫板5及与螺丝端杆7相配的螺母6。
以上各构件便组成了一轻钢结构的预应力大跨实腹门式钢架，其建筑方法包括以下步骤首先，于构件加工厂对已制成的构件施加预应力，在组成H型钢梁1的每段预应力构件翼缘板、腹板根部，于该构件受拉区，使构件受拉前先受压，即通过张拉高强钢筋，该钢筋端部为螺丝端杆7，用滚压法加工或焊接一段螺丝杆，利用在翼缘板，腹板相应位置所设置锚件8、钢垫板5、螺丝端杆7和螺母6对构件施加预应力，也可用专门的千斤顶张拉，所加的预应力大小根据构件所受外载荷的情况通过计算分析确定，使预应力恰好抵消掉外载荷在构件中产生的内部应力。第二，建筑施工时，在已制作安装好的钢立柱1’上端内侧部座体10上，通过与座体10对应的预应力构件端部法兰盘2和高强螺栓4将各段预应力构件一段一段地对称向跨中拼接延伸，每一段都紧固在已安装完毕的前一段上，逐步形成一对从两端向中间伸出的悬臂梁。第三，待上述悬臂梁进一步安装于跨中合拢后，再用通长预应力筋3通过其端部的螺丝端杆7、钢垫板5和螺母6紧固张拉后，利用螺母6对螺丝端杆7的支承作用，将贯通全跨的通长预应力筋锚固在钢垫板5上，从而形成连续钢梁1。第四，利用钢立柱1’上所设垂直方向的预应力筋3’及其螺丝端杆7、钢垫板5、螺母6及锚件8对门架肩部受拉部位施加预应力，该钢立柱1’与其所支承的钢梁1便构成一预应力大跨度实腹门式钢架。上述施加预应力时的张拉力不大于600KN。
参见图1，本发明的预应力大跨度实腹门式钢架的柱距可达12m，跨度最大可达150m左右，可用做大型室内体育馆、展览馆及飞机库等。
权利要求
1.一种预应力大跨度实腹门式钢架，由H型钢梁和钢立柱组成，钢梁两端固设在两钢立柱的上端而呈门状，其特征在于所述H型钢梁由数段预应力H型钢构件构成，其每段预应力H型钢构件端部固设法兰盘，并相应设有连接各预应力H型钢构件的高强螺栓；于H型钢梁的侧面水平方向设有贯通全跨的通长预应力筋，于钢立柱上部偏向外侧垂直方向设有预应力筋，通长预应力筋和预应力筋的端部为螺丝端杆；于H型钢梁和钢立柱的翼缘、腹板上与上述螺丝端杆相应部位设置有固定预应力筋和通长预应力筋的锚件、钢垫板及与螺丝端杆相配的螺母。
2.根据权利要求1所述的一种预应力大跨度实腹门式钢架，其特征在于所述贯通全跨的通长预应力筋可由数段组成，于相邻两段带螺纹的端部设有将其连接的螺丝套筒。
3.根据权利要求1或2所述的一种预应力大跨度实腹门式钢架，其特征在于所述通长预应力筋和预应力筋采用中等强度的冷拉II级和III级钢筋或高强钢丝绳索中的一种，其最大直径为40mm，其强度为900/1100Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种预应力大跨度实腹门式钢架，其特征在于所述贯通全跨的通长预应力筋，从钢梁的一端到另一端呈水平状，而钢梁则呈上挠状。
5.根据权利要求1所述的一种预应力大跨度实腹门式钢架，其特征在于所述贯通全跨的通长预应力筋和钢立柱上垂直方向的预应力筋分别至少设置一根。
6.一种权利要求1所述的预应力大跨度实腹门式钢架的建筑方法，包括H型钢梁和钢立柱的切割和焊制，其特征在于该建筑方法包括以下步骤1)在组成H型钢梁的每段预应力构件翼缘板、腹板根部于该构件的受拉区，利用锚件和螺扣，通过张拉高强钢筋对构件施加预应力，也可用专门的千斤顶张拉，使构件受拉前先受压，所施加预应力的大小根据构件所受载荷情况，通过计算分析确定，使预应力恰好抵消掉外载荷在构件中产生的内部应力；2)自两钢柱上端，通过预应力构件端部的法兰盘，将各段预应力构件一段一段地对称向跨中拼接延伸，每一段都紧固在已安装完毕的前一段上，逐步形成一对从两端向中间伸出的悬壁梁。3)待上述悬臂梁进一步安装于跨中合拢后，再用通长预应力筋通过其端部的螺丝端杆及钢梁翼缘板、腹板相应位置设置的钢垫板和螺母紧固张拉后，利用螺母对螺丝端杆的支承作用将通长预应力筋锚固在钢垫板上，从而形成连续钢梁。4)利用立柱上所设垂直方向的预应力筋、螺丝端杆，钢垫板、螺母及锚件对门架肩部受拉部位施加预应力，该钢立柱与其所支承的钢梁便构成一预应力大跨度实腹门式钢架。
7.根据权利要求5所述的预应力大跨度实腹门式钢架的建筑方法，其特征在于所述施加预应力的张拉力不大于600KN。
8.根据权利要求5所述的预应力大跨度实腹门式钢架的建筑方法，其特征在于所述预应力筋和通长预应力筋端部的螺丝杆是滚压加工法或焊接一段螺丝杆方法中的一种。
9.根据权利要求5所述的预应力大跨度实腹门式钢架的建筑方法，其特征在于所述施加预应力的方法，采用预应力筋张拉法或专门的千斤顶张拉法中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种预应力大跨度实腹门式钢架及其制造方法,门式钢架由H型钢梁和钢立柱组成,构成钢梁的每段构件端部固设法兰盘,并设有将其连接的高强螺栓、贯通全跨的通长预应力筋和钢立柱上垂直方向的预应力筋及相应的锚件、钢垫板、螺母。通过对每段构件施加预应力、拼接、钢梁合拢后张拉以及门架肩部施加预应力,而构成预应力大跨度实腹门式钢架,可用做大型室内体育馆,展览馆及飞机库等。
文档编号E04B1/24GK1335439SQ0012141
公开日2002年2月13日 申请日期2000年7月20日 优先权日2000年7月20日
发明者胡战波 申请人:胡战波