专利名称：一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖及制作方法，属 于中部无柱并且覆盖面积大于10800平方米而小于24750平方米的预应力钢结构屋盖技术 领域。
背景技术：
随着经济建设和社会发展，大型公共建筑中的会展中心、大型万人以上体育馆等 建筑钢结构屋盖，其跨度要求越来越大，钢网格结构(网架与网壳)规程中跨度等于60米 时为大跨度，跨度超过此限值达到90米 150米的跨度时为超大跨度，对于跨度在60米左 右时的建筑，现有技术一般都采用梭形空间管桁架结构，其技术经济指标较好；当跨度达到 90米 150米时，如果再采用梭形空间管桁架结构，其技术经济指标将迅速下降。由于梭形 空间管桁架的上弦杆受压，下弦杆受拉，则梭形空间管桁架的抗弯刚度(EsI)主要体现在其 折算惯性矩I = AAhV(A^A2)(式中h表示的是梭形空间管桁架中央结构高度，A1, A2分别 表示梭形空间管桁架上、下弦的截面面积)，由表达式可知，梭形空间管桁架的抗弯刚度与 管桁架中部结构高度平方成正比，按现有技术的工程标准规定，梭形空间管桁架中央结构 高度h的数值应按h彡L2/12确定(公式中L2为跨度)，按此要求，当L2 = 90米时，h = 7. 5米，而组成梭形空间管桁架的斜腹杆(一般情况下其与水平线的夹角约等于60度)的 长度为8. 66米左右，当L2 = 150米时，h = 12. 5米，其斜腹杆的长度为14. 4米左右，而 梭形空间管桁架的上、下弦杆的钢管截面由结构弯曲变形产生很大的压力和拉力控制，而 斜腹杆钢管截面由结构剪切变形产生的拉、压力控制，结构中部斜腹杆拉、压力很小。如果 当跨度为90米时，梭形空间管桁架中的斜腹杆(压杆)按其所需强度计算，其斜腹杆的配 杆仅为Φ114Χ4&= 10.85kg/m，这里g表示每米钢管重量)，但按压杆长细比λ彡180 的规定控制，应采用Φ 152 X 5 (g = 23kg/m)，两者相差12. 15kg/m。当跨度为150米时，斜 腹杆强度控制值需0127X4.5(g= 17. 32kg/m)，而按长细比的规定控制，则斜腹杆需配制 Φ245Χ6. 5(g = 38. 23kg/m)，两者相差21kg/m。一般梭形空间管桁架要确保满足变形要 求，其结构高度根据工程规范变形规定需在h ^ L2/12的范围，当跨度达90m 150m时，为 确保结构刚度要求，其结构高度将猛增(h = 7. 5米 15. 5米)，从而导致梭形空间管桁架 的中间斜腹杆长度更长(一般为8. 66米 14. 4米)，而此处内力很小，按长细比构造要求 也将使斜腹杆用钢量猛增。另外，由于梭形空间管桁架的结构高度过大，导致室内空间高度 更大，对建筑节能极为不利。因此，现有的梭形空间管桁架结构在用于超大跨度的建筑时还 是不够理想。在确保结构刚度和强度的条件下，降低结构高度，减少用钢量，是结构工程师 开拓新型结构体系的主要思路。在本世纪初、上世纪末出现的国外引进技术，即张弦梁(B. S. S)及张弦桁架 (T. S. S)在国内多个大型公共建筑屋盖中出现，如上海浦东国际机场航站楼(跨度为82.6
4米)采用张弦梁；广州国际会展中心(跨度为126.5米)采用张弦桁架。实践证明此类自 平衡结构体系不仅结构高度达到其跨度长度L2的(1/10 1/8) L2，而且施工成型难度大， 用钢量大，在沿海地区，屋面风吸力克服结构自重后，钢索松弛造成结构体系改变(梁式改 变为拱式)，为此还需配重来确保结构安全，进一步增大用钢量。在中国专利文献上曾公开了发明名称和申请号分别为“一种短撑杆式张弦桁架及 其制作方法”、200410155399. 7和“大跨度张弦桁架及其制作方法”、200410022224. 9的两个 技术方案，这两个技术方案都是预应力空间管桁架，前者是在空间管桁架弧形下弦杆节点 下布置若干个短撑杆，后者是在弧形下弦杆节点上部设短拉杆或将钢索直接穿入下弦钢管 中心建立预应力，钢索与管桁架形成自平衡体系，由于钢索与水平线形成的夹角α极小， 撑杆或拉杆对管桁架向上作用的弹性反力很小，如设钢索预应力为P，则钢索向上作用节点 力Pz = Psina，夹角α越小，Pz亦小。靠加大钢索截面提高预应力P值来提高Pz值，其经 济性不好，且对结构刚度贡献小。因此，此两类预应力空间管桁架结构高度仍需按一般梭 形空间管桁架的结构高度h ^ L2/12来进行取值(公式中h为中央结构高度、L2为跨度长 度)，如果低于该值，则结构的刚度和强度将达不到使用的要求。因此当用于超大跨度的建 筑结构时，该两项技术方案仍然存在着类似于一般空间管桁架结构的缺点。特别是当需要 制作屋盖平面的长边Ll与短边L2之比为1 ( L1/L2 < 1. 5，并且120米< Ll ( 165米、90 米< L2 ^ 150米的这种近似正方形平面的、中部无柱的屋盖时，由于现有技术存在上述缺 点，因此现有技术已经不能满足使用的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种占据的空间高度较低、用钢量较少、并且结构性能可 靠、制作容易、成本低的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖及制作方法，以克 服现有技术的不足。本发明是这样实现的本发明的一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构 屋盖的制作方法为，在制作屋盖平面的长边Ll与短边L2之比为1 ( L1/L2 < 1. 5且120 米< Ll ^ 165米、90米< L2 ^ 150米的近似正方形平面的屋盖时，将由上弦杆、下弦杆和 斜腹杆组成的梭形空间管桁架在同一空间高度位置上正交连接，使形成由梭形空间管桁架 组成的网格结构，并将组成该网格结构的其中四榀梭形空间管桁架制作成支坐撑杆式斜拉 自平衡正交空间管桁架，同时使该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在同一空间 高度位置上相互正交连接，将所有的梭形空间管桁架的中央结构高度和四榀支坐撑杆式斜 拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度都控制在L2/18 L2/16的范围，这样即制得近 似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖。上述四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架是以常规梭形空间管桁架的结 构为基本架体，并在该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的每榀梭形空间管桁架 的两端分别固定有用于支撑钢索的上支撑杆，在该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管 桁架相互正交连接处的中心位置靠近其下弦杆处分别固定一个钢索转向支座，共4个钢索 转向支座，将该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架上的钢索分别通过钢索支座后 支撑在上支撑杆上，形成从上支撑杆到钢索转向支座之间的这段钢索为斜拉式的钢索，然 后对钢索收紧使其成为具有张力的预应力钢索，同时使四个钢索转向支座点在钢索的张力作用下产生由下向上作用的四个与荷载作用方向相反的弹性反作用力，这样即可补偿因中 央结构高度降低所造成的刚度不足。采用本发明的方法制作的一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖 为，包括由上弦杆、下弦杆和斜腹杆连接组成的一般梭形空间管桁架，该屋盖由梭形空间管 桁架和四榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接 组成钢网格结构的、并且屋盖平面的长边Ll与短边L2之比为1 ( L1/L2 < 1. 5、各边长度 分别为120米^ 165米、90米150米的近似正方形平面的屋盖，各梭形空间管 桁架的中央结构高度及各支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度h都相 同，且其中央结构高度h在L2/18 L2/16的范围；每榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管 桁架都是以由上弦杆、下弦杆和斜腹杆连接组成的梭形空间管桁架为基本架体，并且作为 基本架体的梭形空间管桁架两端的上弦杆和下弦杆的端部都分别固定在一个铸钢节点上， 在每个铸钢节点上还连接有上支撑杆、外侧撑杆和与支座连接的下支撑杆，在支座撑杆式 斜拉自平衡正交空间管桁架两两相互正交连接处靠近下弦杆的位置上都设有一个用于支 撑钢索的钢索转向支座，每榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的钢索通过钢索转向 支座后分别支撑在两端的上支撑杆和外侧撑杆上，并且每根钢索的两端都分别固定在其支 座撑杆式斜拉自平衡空间管桁架两端的支座上，在钢索上设有钢索收紧装置。在上述钢索转向支座上设有两个不同高度的并能使被支撑的两根钢索相互在空 间正交通过的定向滑轮支点。在上述支撑钢索的钢索转向支座、上支撑杆和外侧撑杆的支点处都设有定向滑 轮。在上支撑杆的上端与梭形空间管桁架之间连接有上加强支杆，在支座与梭形空间 管桁架之间还连接有下加强支撑杆。前述的铸钢节点由两根上弦连接杆、一根下弦连接杆、一根上支撑连接杆、一根下 支撑连接杆、一根外侧连接杆和两根系杆连接杆浇铸连接在同一节点为一整体结构；上支 撑连接杆与下支撑连接杆设在节点竖立垂直方向并在同一轴心线上分别与上支撑杆和下 支撑杆连接，上弦连接杆和下弦连接杆设在节点的一侧并分别与上弦杆和下弦杆连接，外 侧连接杆设在与下弦连接杆相反的一侧并与下弦连接杆在同一轴心线上及与外侧撑杆连 接，系杆连接杆分别设在与外侧连接杆垂直的节点两侧并在同一轴心线上，且在系杆连接 杆上连接有与相邻的梭形空间管桁架相连接的连系杆。由梭形空间管桁架和四榀支座撑杆式斜拉自平衡空间管桁架在同一空间高度位 置上相互正交连接形成网格结构，形成的网格为正方形网格，并且每个网格内框的边长 彡10米。由于采用了上述技术方案，本发明将超大跨度的梭形空间管桁架的中部结构高度 由原来的h= (1/12 1/10) L2变小为h = (1/18 1/16) L2，如当L2 = 90米时，其中部 的斜腹杆长由原来的8. 66米变成了 5. 77米，减少2. 89米的长度，若原来的结构高度h = 7. 5米(这里取h = L2/12)则降低为h = 5米(这里取h = L2/18)，因此本发明的中央结 构高度比现有技术要降低25% 30% ；当本发明的中央结构高度下降后造成梭形空间管 桁架的抗弯刚度下降时，本发明所采用的补偿办法是通过四榀支座撑杆式斜拉自平衡正 交空间管桁架的斜拉钢索与水平线夹角α的加大，使在支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架两两相互正交连接处的下弦杆节点处产生与荷载作用反向的节点力，从而使整个桁 架产生反变形，并使整个桁架各杆产生与荷载作用相反的内力，从而在结构“使用状态”时 结构变形减小的同时内力相应减小。因而本发明在达到超大跨度条件下，并在降低结构高 度的同时能确保结构竖向挠度不超过国家规程的限制值F/L2 ^ 1/300的要求(这里F、表 示结构扰度，L2表示跨度长度)，并且由于本发明的桁架内力减小，结构高度降低，斜腹杆 的长度减少，从而大大的降低了用钢量。本发明的整个梭形空间管桁架正交组成大网格结 构，再通过四榀正交的撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架上的钢索，在建立预应力后，形成 近似正方形平面超大空间屋盖。本发明的方法和结构是有别于传统的超大空间张拉整体结 构及传统的索膜结构而出现的由空间管桁架形成正交大网格，并通过部分斜拉钢索组成空 间“索”与“架”自平衡结构体系，即超大空间部分预应力正交空间管桁架新型网格结构体 系。所以，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有占据的空间高度低、用钢量少的优点，而 且还具有结构性能可靠、制作施工容易、成本低等优点。
图1为本发明近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖平面结构示意图；图2为附图1的A-A剖示结构示意图、即本发明的屋盖所采用的支座撑杆式斜拉 自平衡正交空间管桁架结构示意图；图3为图2的俯视结构示意图；图4为本发明的铸钢节点的结构示意图；图5为图4的俯视结构示意图；图6为本发明的上支撑杆安装定向滑轮支撑钢索时的示意图；图7为本发明的外侧撑杆支撑钢索时的示意图；图8为本发明的钢索转向支座安装在支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架两 两相互正交连接处并且两根钢索正交通过钢索转向支座时的结构示意图；图9为附图8的C-C剖示结构示意图；图10为本发明的钢索与支座节点钢板连接时的结构示意图；图11为本发明的支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在成型态时的杆件拉、 压力分布图；图12为本发明的支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在荷载态时的杆件拉、 压力分布图；图13为本发明的支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在使用态时的杆件拉、 压力分布图。
具体实施例方式
具体实施例方式在制作屋盖平面的长边Ll与短边L2之比为1 < L1/L2 < 1. 5 且120米< Ll ^ 165米、90米< L2 ^ 150米的近似正方形平面的屋盖时，采用本发明的一 种近似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖的制作方法进行制作，即将由上弦杆、下弦 杆和斜腹杆组成的传统形状的梭形空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接，使形 成由梭形空间管桁架组成的网格结构，并将0. 31^和0. 3L2位置处的其中四榀梭形空间管桁架制作成支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架，同时使该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡空 间管桁架相互正交连接；将所有的梭形空间管桁架的中央结构高度和四榀支坐撑杆式斜拉 自平衡正交空间管桁架的中央结构高度都控制在L2/18 L2/16的范围，这样即可制得中 部无柱的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖；其中支坐撑杆式斜拉自平衡正 交空间管桁架是以常规梭形空间管桁架的结构为基本架体，并在该四榀支坐撑杆式斜拉自 平衡正交空间管桁架的每榀梭形空间管桁架的两端分别固定有用于支撑钢索的上支撑杆， 在该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架相互正交连接处的中心位置靠近其下弦 杆处分别固定一个钢索转向支座(共4个钢索转向支座，在每个钢索转向支座上设有两个 分别支撑钢索的支点)，将该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架上的钢索分别通 过钢索转向支座后支撑在上支撑杆上，形成从支撑杆到钢索支座之间的这段钢索为斜拉式 的钢索，然后对钢索收紧使其成为具有张力的预应力钢索，四个钢索转向支座点在钢索的 张力作用下产生由下向上作用的四个与荷载作用方向相反的弹性反作用力，这样即可补偿 因中央结构高度降低所造成的刚度不足，以及也可调整内力分布。 按照本发明的方法制作的一种近似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖为，它 包括采用由上弦杆1、下弦杆2和斜腹杆3连接组成传统形状的梭形空间管桁架，本发明的 近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖是由梭形空间管桁架和四榀支座撑杆式 斜拉自平衡正交空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接成网格结构的、并且屋盖 平面的长边Ll与短边L2之比为1 ( L1/L2 < 1. 5、各边长度分别为120米< Ll ( 165米、 90米< L2 ( 150米的近似正方形平面的屋盖(如图1所示)，各梭形空间管桁架的中央结 构高度及各支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度h都相同，且其中央结 构高度h都在L2/18 L2/16的范围；由梭形空间管桁架和四榀支座撑杆式斜拉自平衡正 交空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接成网格结构的网格为正方形网格，并且 每个网格内框的边长B为10米 20米；每榀支座撑杆式斜拉自平衡空间管桁架都是以由 上弦杆1、下弦杆2和斜腹杆3连接组成的梭形空间管桁架为基本架体，并且作为基本架体 的梭形空间管桁架两端的上弦杆1和下弦杆2的端部都分别固定在一个铸钢节点上，每个 铸钢节点都由两根上弦连接杆a、一根下弦连接杆b、一根上支撑连接杆C、一根下支撑连接 杆d、一根外侧连接杆e和两根系杆连接杆f浇铸连接在同一节点为一整体结构；上支撑连 接杆c与下支撑连接杆d设在节点竖立垂直方向并在同一轴心线上分别与上支撑杆4和与 支座5连接的下支撑杆13连接，支座5可采用传统的铰接式支座结构，将上弦连接杆a和 下弦连接杆b设在节点的一侧并分别与上弦杆1和下弦杆2连接，将外侧连接杆e设在与 下弦连接杆b相反的一侧并与下弦连接杆b在同一轴心线上及与外侧撑杆6连接，将系杆 连接杆f分别设在与外侧连接杆e垂直的节点两侧并在同一轴心线上，为了增强上支撑杆4 和下支撑杆13的强度，在上支撑杆4的上端与梭形空间管桁架之间连接有上加强支杆11， 在支座5与梭形空间管桁架之间还连接有下加强支杆12 (如图2、图3、图4、图5所示)；在 支座撑杆式斜拉自平衡空间管桁架两两相互正交连接处靠近下弦杆2的位置上都固定有 一个用于支撑钢索8的钢索转向支座7，共有4个钢索转向支座7，在每个钢索转向支座7 上都制作有两个不同高度的并能使被支撑的两根钢索8相互在空间正交通过的支点(如图 8所示)，将每榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的钢索8通过钢索转向支座7后分 别支撑在两端的上支撑杆4和外侧撑杆6上，为了调节和张拉钢索8方便，在支撑钢索8的钢索转向支座7、上支撑杆4和外侧撑杆6的支点处都安装上定向滑轮10，将钢索8通过钢 索转向支座7后分别支撑在上支撑杆4和外侧撑杆6上(如图6、图7所示)，并将每根钢 索8的两端都分别固定在其支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架两端的铰接式的支座5 上的节点钢板上(如图10所示)，使从上支撑杆4到钢索转向支座7之间的这段钢索8为 斜拉式的钢索，并使这段斜拉式的钢索8与水平线的夹角α达到需要的角度(夹角α的 大小可根据实际使用需要进行调节)，在钢索8上安装上钢索收紧装置9 (钢索收紧装置9 可采用传统的正反螺纹式钢索收紧装置)，然后通过钢索收紧装置9对钢索8进行收紧，使 其成为具有张力的预应力钢索(在进行钢索收紧时，对钢索的预拉力P的大小可按中国工 程建设标准化协会制定的《预应力钢结构技术规程》的要求进行施工)，为了整体结构性能 更好，可在每榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架两端的铸钢节点的系杆连接杆f上 与相邻的梭形空间管桁架之间以及梭形空间管桁架与梭形空间管桁架之间都焊接一根连 系杆14，这样即制作得到本发明的近似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖。在实施本发明的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖时，该屋盖结构 桁架的工作状态必然出现两个最基本状态，即建立预应力的工作状态(结构成型态)和成 为屋面后，承受结构自重和屋面各种设计的节点荷载的桁架工作状态(结构荷载态)，这两 种工作状态的变形与内力叠加即形成屋盖结构桁架在使用荷载作用下的结构使用工作状 态(结构使用态)，屋盖结构的正常使用时屋盖结构的变形和内力是结构设计时对结构构 造和配杆的设计依据。如图1、图2进行结构布置，每边两榀“支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架”正 交是本发明的核心技术，它的支座构造与常规空间管桁架支座节点不同，它为铸钢浇制的 铸钢节点，钢索通过钢索转向支座后分别绕上支撑杆和外侧撑杆向内外两端向下拐折，对 撑杆产生预应力合力，它通过下撑杆和外侧撑杆向上拐折的钢索形成自平衡，由钢索预拉 力所产生的合力直接传递到与其有相同轴线的桁架的下弦杆使之产生预压力形成自平衡 体系。每边两根钢索向内朝下拐折，在正交叉点处与水平线形成夹角α，当钢索建立预拉力 后，在安装钢索转向支座的4个正交点处分别产生向上作用在空间管桁架的架体上的作用 力Pi (P1 = Psin α )，此作用力由整个屋盖结构进行自平衡，从而使整个屋盖结构产生与荷 载(结构荷载态)作用相反的变形和内力(结构成型态)，当本发明的屋盖结构在使用状态 时(即结构使用态)，其结构使用态的变形和内力等于结构成型态+结构荷载态的变形和内 力，由于结构成型态和结构荷载态的变形和内力是相反的，因此本发明的屋盖结构在使用 状态时其挠度将减小而杆件内力也相应减小，这样即可达到用钢量降低、造价减少的经济 效果。图11为本发明的支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在单纯的成型态(即结 构成型态)时的内力分析图；图12为本发明的支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在单 纯的屋面荷载作用状态(即结构荷载态)时的内力分析图；图13为本发明的支座撑杆式斜 拉自平衡正交空间管桁架在使用态(即结构使用态=结构成型态+结构荷载态)时的内力 分析图，图中Θ.表示受压力，Θ表示受拉力，在超大空间90m X 120m彡L1X L2彡150m X 165m， 即屋盖面积达10800m2 24750m2条件下，本发明能使结构高度减小，降低建筑高度，导致空 间体积减少。因而，采用本发明的新型结构形式不仅可降低结构用钢量和降低工程造价，而 且还可达到建筑节能的功效。
权利要求
一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖的制作方法，其特征在于在制作屋盖平面的长边L1与短边L2之比为1≤L1/L2＜1.5且120米≤L1≤165米、90米≤L2≤150米的近似正方形平面的屋盖时，将由上弦杆、下弦杆和斜腹杆组成的梭形空间管桁架在同一空间高度位置上正交连接，使形成由梭形空间管桁架组成的网格结构，并将组成该网格结构的其中四榀梭形空间管桁架制作成支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架，同时使该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接，将所有的梭形空间管桁架的中央结构高度和四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度都控制在L2/18～L2/16的范围，这样即制得近似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖。
2.根据权利要求1所述的近似正方形平面超大空间预应力钢结构屋盖的制作方法，其 特征在于四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架是以常规梭形空间管桁架的结构为 基本架体，并在该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的每榀梭形空间管桁架的两 端分别固定有用于支撑钢索的上支撑杆，在该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架 相互正交连接处的中心位置靠近其下弦杆处分别固定一个钢索转向支座，共4个钢索转向 支座，将该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架上的钢索分别通过钢索支座后支撑 在上支撑杆上，形成从上支撑杆到钢索转向支座之间的这段钢索为斜拉式的钢索，然后对 钢索收紧使其成为具有张力的预应力钢索，同时使四个钢索转向支座点在钢索的张力作用 下产生由下向上作用的四个与荷载作用方向相反的弹性反作用力，这样即可补偿因中央结 构高度降低所造成的刚度不足。
3.一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，包括由上弦杆(1)、下弦杆 (2)和斜腹杆(3)连接组成的梭形空间管桁架，其特征在于该屋盖由梭形空间管桁架和四 榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架在同一空间高度位置上相互正交连接组成钢网 格结构的、并且屋盖平面的长边Ll与短边L2之比为1 ( L1/L2 < 1. 5、各边长度分别为120 米< Ll ^ 165米、90米< L2 ^ 150米的近似正方形平面的屋盖，各梭形空间管桁架的中央 结构高度及各支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度(h)都相同且其中 央结构高度(h)在L2/18 L2/16的范围；每榀支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架都 是以由上弦杆(1)、下弦杆(2)和斜腹杆(3)连接组成的梭形空间管桁架为基本架体，并且 作为基本架体的梭形空间管桁架两端的上弦杆(1)和下弦杆(2)的端部都分别固定在一个 铸钢节点上，在每个铸钢节点上还连接有上支撑杆(4)、外侧撑杆(6)和与支座(5)连接的 下支撑杆(13)，在支座撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架两两相互正交连接处靠近下弦杆 (2)的位置上都设有一个用于支撑钢索(8)的钢索转向支座(7)，每榀支座撑杆式斜拉自平 衡正交空间管桁架的钢索(8)通过钢索转向支座(7)后分别支撑在两端的上支撑杆(4)和 外侧撑杆(6)上，并且每根钢索(8)的两端都分别固定在其支座撑杆式斜拉自平衡空间管 桁架两端的支座(5)上，在钢索(8)上设有钢索收紧装置(9)。
4.根据权利要求3所述的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，其特征在 于在钢索转向支座(7)上设有两个不同高度的并能使被支撑的两根钢索(8)相互在空间 正交通过的定向滑轮支点。
5.根据权利要求3所述的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，其特征在 于在支撑钢索⑶的钢索转向支座(7)、上支撑杆(4)和外侧撑杆(6)的支点处都设有定向滑轮(10)。
6.根据权利要求3所述的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，其特征在 于在上支撑杆(4)的上端与梭形空间管桁架之间连接有上加强支杆(11)，在支座(5)与 梭形空间管桁架之间还连接有下加强支撑杆(12)。
7.根据权利要求3所述的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，其特征在 于铸钢节点由两根上弦连接杆(a)、一根下弦连接杆(b)、一根上支撑连接杆(C)、一根下 支撑连接杆(d)、一根外侧连接杆(e)和两根系杆连接杆(f)浇铸连接在同一节点为一整体 结构；上支撑连接杆(c)与下支撑连接杆(d)设在节点竖立垂直方向并在同一轴心线上分 别与上支撑杆⑷和下支撑杆(13)连接，上弦连接杆(a)和下弦连接杆(b)设在节点的一 侧并分别与上弦杆(1)和下弦杆(2)连接，外侧连接杆(e)设在与下弦连接杆(b)相反的 一侧并与下弦连接杆(b)在同一轴心线上及与外侧撑杆(6)连接，系杆连接杆(f)分别设 在与外侧连接杆(e)垂直的节点两侧并在同一轴心线上，且在系杆连接杆(f)上连接有与 相邻的梭形空间管桁架相连接的连系杆(14)。
8.根据权利要求3所述的近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖，其特征在 于由梭形空间管桁架和四榀支座撑杆式斜拉自平衡空间管桁架在同一空间高度位置上相 互正交连接形成网格结构，形成的网格为正方形网格，并且每个网格内框的边长彡10米。
全文摘要
本发明公开了一种近似正方形平面超大空间预应力钢网格结构屋盖及制作方法，在制作屋盖平面的长边L1与短边L2之比为1≤L1/L2＜1.5且120米≤L1≤165米、90米≤L2≤150米的近似正方形平面的屋盖时，将由上弦杆、下弦杆和斜腹杆组成的梭形空间管桁架在同一空间高度位置上正交连接，使形成由梭形空间管桁架组成的网格结构，并将组成该网格结构的其中四榀梭形空间管桁架制作成支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架，同时使该四榀支坐撑杆式斜拉自平衡空间管桁架相互正交连接，将所有的梭形空间管桁架的中央结构高度和四榀支坐撑杆式斜拉自平衡正交空间管桁架的中央结构高度都控制在L2/18～L2/16的范围。本发明不仅具有占据的空间高度低、用钢量少的优点，而且还具有结构性能可靠、制作施工容易、成本低等优点。
文档编号E04B1/36GK101942884SQ20091030415
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者何挺, 刘飞, 卢亚琴, 周观根, 张华刚, 李莉, 洪芳, 田子东, 肖建春, 马克俭 申请人:贵州大学;浙江东南网架股份有限公司