专利名称：采用预应力金属薄板屋面的矩形结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大跨度钢结构，特别是一种矩形的大跨度钢结构。
背景技术：
到目前为止，各种预应力钢结构体系大多是由线型构件共同组成合理的受力体系，来抵抗荷载作用。这些线型构件包括钢索和各种钢结构杆件。这些结构的共同特点，在主体结构成型后，需要设置独立的屋面围护体系，来达到预期的建筑功能。围护体系包括传统的屋面板、轻钢屋面、金属屋面及其支撑体系。近年来得到广泛应用的，以织物膜材建造的张拉膜结构，采用建筑织物膜材实现了将围护功能与参与结构受力功能合二为一，从这一角度来说，为预应力空间结构技术开辟了新的方向。但是，张拉式膜结构在实际应用中，存在不少问题。首先，由于膜材本身强度较低，尤其是抗撕裂强度差，在大跨度、大体量工程应用中要非常谨慎，尤其是在较强风荷载作用下，膜材容易发生局部破坏从而引起整个结构的坍塌；第二，膜材弹性模量低，属于大变形结构，在荷载作用下往往会产生较大变形，容易导致积水积雪，局部变形，成为结构使用过程中的不利因素。第三，膜材在建造使用过程中极易发生皱褶，影响建筑美观。第四，高强度高性能膜材往往要依赖进口，造价高，使得建筑成本偏高。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，要解决屋面围护结构与线性结构不能共同受力的技术问题；并克服现有的与线性结构共同的张拉膜容易变形，容易发生破坏的缺点。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索和屋面板，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由边梁、横梁、厚板带和至少两列钢柱组成，所述每列钢柱外侧拉有斜拉索，所述边梁架设在钢柱列的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板，所述横梁与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带垂直横梁间隔设置，横梁和厚板带的交点底面连接有撑杆，撑杆支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索上，所述屋面板为矩形金属薄板，铺设在厚板带和横梁形成的网格上，并与厚板带铆接，与边梁之间通过张拉辅助装置连接。所述钢柱之间设置有柱间支撑。所述柱间支撑为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。所述承力外伸板底面间隔设置有加劲肋板。所述矩形金属薄板为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。所述撑杆两端带有叉耳，张拉索与撑杆连接处扣有两块夹板，所述夹板通过直螺栓B连接，与撑杆相对的夹板上焊接有耳板A，所述耳板A插入叉耳内，两者通过销子固定。所述横梁和撑杆连接处焊有耳板A，所述耳板A插入叉耳内，两者通过销子固定。[0013]所述张拉索端部带有叉耳，所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B，所述耳板B插入叉耳内，两者通过销子固定。所述张拉辅助装置包括辅助张拉板，角钢，承力外伸板和U型螺栓，所述角钢的水平肢相对拼在辅助张拉板的两侧，并通过直螺栓A连接为一体，所述辅助张拉板与承力外伸板位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板和角钢的竖肢之间通过U型螺栓连接，所述辅助张拉板与屋面板焊接。所述辅助张拉板比屋面板厚。与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果首先，本实用新型通过对张拉索施加预应力，可间接对金属薄板施加预应力，从而使其与下部结构构件共同受力，共同抵抗外部荷载，改变了传统屋面结构多重传力体系和相对复杂的构造做法，使得整个结构更为轻盈、简洁、现代，同时提高整个结构体系的整体性和承受荷载的效率，是对现有预应力空间结构体系的丰富和拓展。其次，由于金属板材料强度高，性能稳定，经济性好，薄钢板材目前是我国钢材产品的重点发展方向，近年来已建有成熟的生产线和加工工艺，产量大幅度增长，产品规格型号丰富，且能够保证良好的力学性能和产品质量，可定型化生产，同时，本实用新型通过将受力构件及围护构件合二为一，可实现对材料强度的充分利用，因此，在大跨度公共建筑、 工业建筑、仓储及临时建筑中有很好的应用前景。另外，本实用新型所提供的这种结构体系具有自重轻、使较大跨度的实施成为可能，同时结构合理、施工简便，在大跨度结构中具备明显经济性优势。再者，预应力金属薄板在此结构体系中始终处于弹性受拉状态，能够充分利用钢材受拉强度高的特点，体现了节约材料、节约能源、保护环境的技术发展方向。本实用新型可广泛应用于大跨度钢结构的结构形式。
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
图1是线性构件骨架示意图。图2是本实用新型结构示意图。图3是图2中A处详图。图4是张拉索和撑杆连接详图。图5是撑杆与横梁连接详图。图6是张拉索与边梁连接详图。附图标记1 一屋面板、2 —斜拉索、3 —撑杆、4 一横梁、5 —边梁、6 —钢柱、7 —张拉索、8 —厚板带、9 一辅助张拉板、10 — U型调节螺栓、11 一柱间斜撑、12 —承力外伸板、 13 一加劲肋板、14 一角钢、15 —直螺栓A、16 —夹板、17 —直螺栓B、18 —耳板A、19 一叉耳、 20 一销子、21 —耳板B。
具体实施方式
实施例参见
图1和图2所示，一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索7和屋面板1，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由至少两列钢柱6、边梁5、横梁4和厚板带8组成，所述每列钢柱6外侧拉有斜拉索2，所述边梁5架设在钢柱列的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板12，所述横梁4与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间， 所述厚板带8垂直横梁4间隔设置，横梁4和厚板带8的交点底面连接有撑杆3，撑杆3支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索7上，所述屋面板1为矩形金属薄板，铺设在厚板带 8和横梁4形成的网格上，并与厚板带8铆接，与边梁5之间通过张拉辅助装置连接。所述钢柱列的相邻钢柱之间设置有柱间支撑6。所述柱间支撑6为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。所述承力外伸板12底面间隔设置有加劲肋板13。所述矩形金属薄板为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。张拉索和撑杆连接详图参见图4，所述撑杆3两端带有叉耳19，张拉索7与撑杆3 连接处扣有两块夹板16，所述夹板16通过直螺栓B17连接，与撑杆3相对的夹板16上焊接有耳板A18，所述耳板A18插入叉耳19内，两者通过销子20固定。撑杆与横梁连接详图参见图5，所述横梁4和撑杆3连接处焊有耳板A18，所述耳板A18插入叉耳19内，两者通过销子20固定。张拉索与钢柱和边梁连接详图参见图6，所述张拉索7端部带有叉耳19，所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B21，所述耳板B21插入叉耳19内，两者通过销子20固定。张拉辅助装置详图参见图3，包括辅助张拉板9，角钢14，承力外伸板12和U型螺栓10，所述角钢14的水平肢相对拼在辅助张拉板9的两侧，并通过直螺栓A15连接为一体， 所述辅助张拉板9与承力外伸板12位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板12和角钢14的竖肢之间通过U型螺栓10连接，所述辅助张拉板9与屋面板1焊接。所述辅助张拉板9比屋面板1厚。整个结构的传力机制为外荷载首先传至预应力金属薄板，然后由金属薄板传递至钢结构件和预应力拉索，最后传至基础。为充分利用材料强度，张拉完成后，金属薄板内预应力应达到薄板屈服强度的 40%"50% 以上。
权利要求1.一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索(7)和屋面板 (1)，其特征在于还包括张拉辅助装置，所述结构框架由边梁(5)、横梁(4)、厚板带(8)和至少两列钢柱(6)组成，所述每列钢柱(6)外侧拉有斜拉索(2)，所述边梁(5)架设在每列钢柱的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板(12)，所述横梁(4)与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带(8)垂直横梁(4)间隔设置，横梁(4)和厚板带(8)的交点底面连接有撑杆(3)，撑杆(3)支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索(7)上，所述屋面板(1)为矩形金属薄板，铺设在厚板带(8)和横梁(4)形成的网格上，并与厚板带(8)铆接，与边梁(5) 之间通过张拉辅助装置连接。
2.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述钢柱之间设置有柱间支撑(6)。
3.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述柱间支撑(6)为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。
4.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述承力外伸板(12)底面间隔设置有加劲肋板(13)。
5.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述矩形金属薄板为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。
6.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述撑杆(3)两端带有叉耳(19)，张拉索(7)与撑杆(3)连接处扣有两块夹板(16)，所述夹板(16) 通过直螺栓B (17)连接，与撑杆(3)相对的夹板(16)上焊接有耳板A (18)，所述耳板A (18)插入叉耳(19)内，两者通过销子(20)固定。
7.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述横梁(4)和撑杆(3)连接处焊有耳板A (18)，所述耳板A (18)插入叉耳(19)内，两者通过销子(20)固定。
8.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述张拉索(7)端部带有叉耳(19)，所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B (21)，所述耳板B (21) 插入叉耳(19)内，两者通过销子(20)固定。
9.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述张拉辅助装置包括辅助张拉板(9)，角钢(14)，承力外伸板(12)和U型螺栓(10)，所述角钢 (14)的水平肢相对拼在辅助张拉板(9)的两侧，并通过直螺栓(15)连接为一体，所述辅助张拉板(9)与承力外伸板(12)位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板 (12)和角钢(14)的竖肢之间通过U型螺栓(10)连接，所述辅助张拉板(9)与屋面板(1)焊接。
10.根据权利要求9所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述辅助张拉板(9)比屋面板(1)厚。
专利摘要本实用新型涉及一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索和屋面板，所述结构框架由边梁、横梁、厚板带和至少两个钢柱列组成，所述钢柱列外侧拉有斜拉索，所述边梁架设在钢柱列的顶端，所述横梁与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带垂直横梁间隔设置，横梁和厚板带的交点底面连接有撑杆，撑杆支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索上，所述屋面板为矩形金属薄板，铺设在厚板带和横梁形成的网格上。实现了金属薄板的屋面板与线性结构共同受力，并克服了现有的与线性结构共同受力的张拉膜容易变形，容易发生破坏的缺点，可广泛应用于大跨度钢结构的结构形式。
文档编号E04B1/342GK202090433SQ20112012857
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者侯国华, 吕李青, 吴金志, 周黎光, 杜彦凯, 沈斌, 王丰, 王棣彬, 王泽强, 袁英战 申请人:北京市建筑工程研究院有限责任公司