专利名称：采用预应力金属薄板屋面的圆形结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大跨度钢结构，特别是一种圆形的大跨度钢结构。
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圆形结构，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圆形结构，包括结构框架和金属薄板屋面板，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由外环框架、内环框架、下弦索、环索和面板撑杆组成，所述外环框架由环形分布的钢柱和环向架设在钢柱顶面的外环梁组成，所述内环框架位于外环框架的中心，由上内环梁、下内环梁和内环撑杆组成，所述内环撑杆支撑在上内环梁和下内环梁之间，所述外环梁和下内环梁之间通过下弦索连接，垂直下弦索，外环梁和下内环梁之间间隔设置有环索，环索和下弦索的交点顶面设置有向上的面板撑杆，所属面板撑杆的高度自外向内依次递增，所述金属薄板屋面板铺在在上内环梁、外环梁和面板撑杆形成的斜面上，与外环梁通过张拉辅助装置连接。所述金属薄板屋面板为等腰梯形。所述金属薄板屋面板为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。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。所述面板撑杆端部带有叉耳，环索与面板撑杆连接处扣有两块夹板，所述夹板通过直螺栓B连接，与面板撑杆相对的夹板上焊接有耳板，所述耳板插入叉耳内，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，所述承力外伸板一边与外环梁连接，另一边与辅助张拉板相对，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，所述辅助张拉板与金属薄板屋面板焊接。所述辅助张拉板比金属薄板屋面板厚。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，本实用新型通过设置双环形框架，两者之间通过下弦索拉结，通过对下弦索施加预拉力，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是本实用新型结构示意图。图2是图IA-A处详图。图3是面板撑杆与环索连接节点。附图标记1 一金属薄板屋面板、2 —钢柱、3 —外环梁、4 一上内环梁、5 —下内环梁、6 —内环撑杆、7 —下弦索、8 —环索、9 一撑杆、10 —辅助张拉板、11 一承力外伸板、12 — 角钢、13 — U型螺栓、14 一直螺栓、15 —夹板、16 —直螺栓B、17 —耳板、18 —叉耳、19 一销子。
具体实施方式
实施例参见
图1所示，一种采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，包括结构框架和金属薄板屋面板1，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由外环框架、内环框架、下弦索 7、环索8和屋面撑杆9组成，所述外环框架由环形分布的钢柱2和环向架设在钢柱顶面的外环梁3组成，所述内环框架位于外环框架的中心，由上内环梁4、下内环梁5和内环撑杆6 组成，所述内环撑杆6支撑在上内环梁4和下内环梁5之间，所述外环梁3和下内环梁5之间通过下弦索7连接，垂直下弦索7，外环梁3和下内环梁5之间间隔设置有环索8，环索8 和下弦索7的交点顶面设置有向上的屋面撑杆9，所属屋面撑杆9的高度自外向内依次递增，所述金属薄板屋面板1铺在在上内环梁4、外环梁3和屋面撑杆9形成的斜面上，与外环梁通过张拉辅助装置连接。所述上内环梁环的直径比下内环梁的环的直径大。所述金属薄板屋面板1为等腰梯形，其短边与单根上内环梁等长，其长边与单根外环梁等长。所述金属薄板屋面板1为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。所述钢柱2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。面板撑杆与环索连接节点参见图3，所述屋面撑杆9端部带有叉耳18，环索8与屋面撑杆9连接处扣有两块夹板15，所述夹板15通过直螺栓B16连接，与面板撑杆相对的夹板15上焊接有耳板17，所述耳板17插入叉耳18内，两者通过销子19固定。所述张拉辅助装置参见图2，包括辅助张拉板10，角钢12，承力外伸板11和U型螺栓13，所述角钢12的水平肢相对拼在辅助张拉板10的两侧，并通过直螺栓A14连接为一体，所述承力外伸板11 一边与外环梁3连接，另一边与辅助张拉板10相对，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板11和角钢12的竖肢之间通过U型螺栓13连接，所述辅助张拉板 10与金属薄板屋面板1焊接。所述辅助张拉板10比金属薄板屋面板1厚。整个结构的传力机制为外荷载首先传至金属薄板屋面板1，然后由金属薄板屋面板1传递至内框架、外框架上、环索和下弦索，最后传至基础。本实用新型通过对下弦索或环索施加预应力，将预应力间隔传至金属薄板屋面板，使金属薄板屋面板和下部的结构框架一起受力。如果对下弦索施加预应力，环索按设计长度进行下料，下弦索的长度以设计长度为准，考虑张拉变形后的伸长量计算得到其下料长度。环索施加预应力，则和上述情况相反。为充分利用材料强度，张拉完成后，金属薄板屋面板1内预应力应达到其屈服强度的40% 50%以上。
权利要求1.一种采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，包括结构框架和金属薄板屋面板(1)， 其特征在于还包括张拉辅助装置，所述结构框架由外环框架、内环框架、下弦索(7)、环索 (8)和撑杆(9)组成，所述外环框架由环形分布的钢柱(2)和环向架设在钢柱顶面的外环梁(3)组成，所述内环框架位于外环框架的中心，由上内环梁(4)、下内环梁(5)和内环撑杆 (6)组成，所述内环撑杆(6)支撑在上内环梁(4)和下内环梁(5)之间，所述外环梁(3)和下内环梁(5)之间通过下弦索(7)连接，垂直下弦索(7)，外环梁(3)和下内环梁(5)之间间隔设置有环索(8)，环索(8)和下弦索(7)的交点顶面设置有向上的屋面撑杆(9)，所述屋面撑杆(9 )的高度自外向内依次递增，所述金属薄板屋面板(1)铺在在上内环梁(4 )、外环梁(3 ) 和屋面撑杆(9 )形成的斜面上，与外环梁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圆形结构，其特征在于，所述金属薄板屋面板(1)为等腰梯形。
3.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，所述金属薄板屋面板(1)为厚度为0. 4 2. Omm的彩钢板、不锈钢或合金板。
4.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，所述钢柱(2)之间设置有柱间支撑。
5.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，所述柱间支撑为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。
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，所述屋面撑杆(9 )端部带有叉耳(18 )，环索(8 )与屋面撑杆(9 )连接处扣有两块夹板(15)，所述夹板(15)通过直螺栓B (16)连接，与屋面撑杆相对的夹板(15)上焊接有耳板(17)，所述耳板(17)插入叉耳(18)内，两者通过销子(19)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，所述张拉辅助装置包括辅助张拉板(10)，角钢(12)，承力外伸板(11)和U型螺栓(13)，所述角钢 (12)的水平肢相对拼在辅助张拉板(10)的两侧，并通过直螺栓A (14)连接为一体，所述承力外伸板(11) 一边与外环梁(3)连接，另一边与辅助张拉板(10)相对，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板(11)和角钢(12)的竖肢之间通过U型螺栓(13)连接，所述辅助张拉板 (10)与金属薄板屋面板(1)焊接。
8.根据权利要求7所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述辅助张拉板(10)比金属薄板屋面板(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圆形结构，包括结构框架和金属薄板屋面板，所述结构框架由外环框架、内环框架、下弦索、环索和面板撑杆组成，外环框架由环形分布的钢柱和外环梁组成，内环框架位于外环框架的中心，由上内环梁、下内环梁和内环撑杆组成，内环撑杆支撑在上内环梁和下内环梁之间，外环梁和下内环梁通过下弦索连接，垂直下弦索，外环梁和下内环梁之间间隔设置有环索，环索和下弦索的交点顶面设置有面板撑杆，屋面板铺在在上内环梁、外环梁和面板撑杆形成的斜面上。本实用新型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，实现了结构框架和屋面板共同受力，可广泛应用于大跨度钢结构的结构形式。
文档编号E04D3/16GK202090483SQ201120128580
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, 刘文超, 吴金志, 尤德清, 张喆, 徐瑞龙, 沈斌, 袁英战, 钱英欣, 高晋栋 申请人:北京市建筑工程研究院有限责任公司