CN208455949U - 大跨度张弦梁的屋面钢结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及张弦梁结构技术领域，公开了一种大跨度屋面张弦梁。本实用新型包括劲性钢柱，劲性钢柱上平行排布的单元梁组和连接相邻单元梁组的连梁，每个单元梁组包括位于上方的两榀并列排布的弧形梁，每个弧形梁下方的拉索，弧形梁与拉索之间设置的立杆，以及连接相邻弧形梁之间的连梁，劲性钢柱包括内部的支撑钢柱和支撑钢柱外侧的混凝土结构，所述支撑钢柱包括自下而上设置的底部承重钢柱、中部承重钢柱和顶部承重钢柱，弧形梁为变截面箱型梁，由一组标准节和位于两端的端部节拼接组成，每个标准节的截面宽度一致，两端面的高度差不大于10‑15cm。本实用新型结构简单，自重轻，受力体系稳定，施工便捷高效。

Description

大跨度张弦梁的屋面钢结构

技术领域

本实用新型涉及大跨度张弦梁的屋面钢结构领域，特别是涉及一种大跨度张弦梁的屋面钢结构。

背景技术

预应力张弦梁结构是一种上弦为刚性构件，下弦为柔性拉索，中间连以撑杆形成的组合结构体系，其结构组成是一种新型的自平衡体系，仅在四周设置劲性钢柱，中部完全悬空，是一种大跨度空间结构体系。张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势，便于制造、运输和施工，具有良好的应用前景。

传统的平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为直线型、拱形和人字形三种基本形状，适用跨度小，张弦梁构件的重量大，钢材的使用量大，安装难度大，施工效率低。目前的张弦梁施工，大多采用搭设高空支撑胎架，然后在胎架上进行拼装焊接，高空胎架的搭设会浪费大量的人力和物力，延长施工周期。

实用新型内容

本实用新型提供一种结构简单，自重轻，受力体系稳定，施工便捷高效的大跨度张弦梁的屋面钢结构。

要解决的技术问题是：现有的张弦梁结构施工难度大，效率低，费时费力，自重较大，适用跨度有限。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构，包括劲性钢柱，劲性钢柱上平行排布的单元梁组和连接相邻单元梁组的连梁，每个单元梁组包括位于上方的两榀并列排布的弧形梁，每个弧形梁下方的拉索，弧形梁与拉索之间设置的立杆，以及连接相邻弧形梁之间的连梁，劲性钢柱包括内部的支撑钢柱和支撑钢柱外侧的混凝土结构，所述支撑钢柱包括自下而上设置的底部承重钢柱、中部承重钢柱和顶部承重钢柱，弧形梁为变截面箱型梁，由一组标准节和位于两端的端部节拼接组成，标准节的截面宽度一致，两端面的高度差不大于10-15cm。

本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构，进一步的，所述劲性钢柱的截面为矩形，所述支撑钢柱包括自下而上设置的底部承重钢柱、中部承重钢柱和顶部承重钢柱，底部承重钢柱、中部承重钢柱和顶部承重钢柱的几何中心重叠设置；所述底部承重钢柱通过柱脚垫板与地基固定，所述柱脚垫板通过螺栓组件与地基固定。

本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构，进一步的，所述底部承重钢柱为中心对称结构，包括内部的中心柱，中心柱为由两块腹板拼接而成的正十字交叉形结构，每块腹板的两侧端面上设有翼缘板，翼缘板包括下部的矩形板和上部的弧形板，矩形板顶端边沿弯曲并倾斜向外延伸形成弧形板，弧形板的宽度逐渐增大，弧形板的上端边沿与中部承重钢柱连接；中部承重钢柱由若干个钢柱单元拼接而成，钢柱单元的截面呈田字形，顶部承重钢柱的截面呈口字形。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述端部节包括与相邻标准节平滑过渡连接的主梁体和位于主梁体上方的悬挑梁，主梁体端头底部与支撑钢柱顶端固定连接，悬挑梁一端的上表面与主梁体上表面平滑过渡连接，另一端向外延伸形成悬挑端，悬挑端与主梁体端头之间铰接连接有斜撑杆。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，相邻两个弧形梁的所述端部节的主梁体端头之间还设置有连接桁架，所述连接桁架竖直设置，端头与主梁体和悬挑梁焊接固定。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述悬挑梁与主梁体端头之间还设置有连接立柱，所述斜撑杆与水平面的夹角为15-25°。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述弧形梁两侧壁上对称设置有用于连接连梁的套管，连梁两端分别与相邻弧形梁（2）上对应设置的套管承插连接，并通过螺栓固定，所述连梁与立杆一一对应设置。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述弧形梁底部间隔设置有用于与立杆顶端固定的立杆夹件，所述立杆夹件包括两个夹板，夹板为角钢，槽口向外相对设置，两夹板之间留有缝隙，夹板外侧对称设置有加劲板。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述立杆竖直设置、平行分布，顶端设置有插接板，插接板插入所述立杆夹件的两个夹板之间的缝隙中，通过螺栓固定连接，底端通过索具与拉索连接。

本实用新型大跨度屋面张弦梁，进一步的，所述标准节的长度不大于16m。

本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构与现有技术相比具有如下有益效果：

本实用新型大跨度屋面张弦梁结构简单，适用于跨度较大的屋顶钢结构施工，弧形梁采用变截面的箱型梁，造型更加多样，最大限度的减少了钢材的用量，在确保整体结构体系受力稳定的前提下，减轻了钢结构的自重，便于分段吊装和高空拼接，大大降低了施工难度，提高了施工效率。本实用新型四周立柱采用的是钢混结构的劲性钢柱，截面尺寸小，承载力强，占地面积小，节约空间，便于造型的多样化设计。

下面结合附图对本实用新型的大跨度张弦梁的屋面钢结构作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型大跨度屋面张弦梁的结构示意图；

图2为端部节的结构示意图；

图3为立杆顶端与弧形梁连接的连接节点示意图；

图4为劲性钢柱的结构示意图；

图5为图4中A-A截面的示意图；

图6为图4中B-B截面的示意图；

图7为底部承重钢柱底部的连接结构示意图。

附图标记：

1-劲性钢柱；11-混凝土结构；12-底部承重钢柱；13-中部承重钢柱；14-顶部承重钢柱； 15-柱脚垫板；151-地脚螺杆；152-止退螺母；153-紧固螺母；154-螺母上垫板；155-螺母下垫板；156-调整螺母；16-中心柱；17-翼缘板；18-水平连接板；19-侧向加劲肋板；20-栓钉；2-弧形梁；21-标准节；22-端部节；221-主梁体；222-悬挑梁；223-连接立柱；3-连梁；4-拉索；5-立杆；51-插接板；6-立杆夹件；61-夹板；62-加劲板；7-套管；8-斜撑杆；9-连接桁架。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构包括劲性钢柱1，劲性钢柱1上平行排布的单元梁组和连接相邻单元梁组的连梁3。

如图4所示，劲性钢柱1的截面为矩形，包括内部的支撑钢柱和支撑钢柱外侧的混凝土结构11，支撑钢柱包括自下而上设置的底部承重钢柱12、中部承重钢柱13和顶部承重钢柱14，底部承重钢柱12、中部承重钢柱13和顶部承重钢柱14的几何中心重叠设置。

如图7所示，底部承重钢柱12通过柱脚垫板15与地基固定，柱脚垫板15通过螺栓组件与地基固定，螺栓组件包括穿过柱脚垫板15的地脚螺杆151，以及自上而下依次在地脚螺杆151上的止退螺母152、紧固螺母153、螺母上垫板154、螺母下垫板155和调整螺母156，柱脚垫板15位于螺母上垫板154和螺母下垫板155之间。

如图5所示，底部承重钢柱12为中心对称结构，包括内部的中心柱16，中心柱16为由两块腹板拼接而成的正十字交叉形结构，每块腹板的两侧端面上设有翼缘板17，翼缘板17包括下部的矩形板和上部的弧形板，矩形板顶端边沿弯曲并倾斜向外延伸形成弧形板，弧形板的宽度逐渐增大，弧形板的上端边沿与中部承重钢柱13连接，矩形板顶端与弧形板底端平滑过渡连接；底部承重钢柱12的中段还设置有侧向加劲肋板19，侧向加劲肋板19两端边沿分别与相邻翼缘板17的端面连接；每块翼缘板17的外侧设置有两竖排栓钉20，用于加强底部承重钢柱12与混凝土结构11的连接强度，提高劲性钢柱的整体受力性能。

如图6所示，中部承重钢柱13由若干个钢柱单元拼接而成，钢柱单元的截面呈田字形，每个外侧壁上设置有三竖排栓钉20；相邻钢柱单元之间设置有水平连接板18。

顶部承重钢柱14的截面呈口字形，侧壁与中部承重钢柱13的侧壁对应设置；顶部承重钢柱14与相邻的中部承重钢柱13之间设置有水平连接板18。

每个单元梁组包括位于上方的两榀并列排布的弧形梁2，每个弧形梁2下方的拉索4，弧形梁2与拉索4之间设置的立杆5，以及连接相邻弧形梁2之间的连梁3。

如图2所示，弧形梁2为变截面箱型梁，由一组标准节21和位于两端的端部节22焊接拼接组成，标准节21的截面宽度一致，两端面的高度差不大于10-15cm，每个标准节21的长度不大于15m，如图3所示，弧形梁2底部间隔设置有用于与立杆5顶端固定的立杆夹件6，立杆夹件6包括两个夹板61，夹板61为角钢，槽口向外相对设置，两夹板61之间留有缝隙，夹板61外侧对称设置有加劲板62，加劲板62竖直设置，与夹板61焊接固定；弧形梁2两侧壁上对称设置有用于连接连梁3的套管7；端部节22包括与相邻标准节21平滑过渡连接的主梁体221和位于主梁体221上方的悬挑梁222，主梁体221端头底部与劲性钢柱1顶端固定连接，主梁体221底部设置有连接耳板，悬挑梁222一端的上表面与主梁体221上表面平滑过渡连接，另一端向外延伸形成悬挑端，悬挑梁222与主梁体221端头之间设置有连接立柱223，悬挑梁222的悬挑端与主梁体221端头之间铰接连接有斜撑杆8，斜撑杆8与水平面的夹角为15-25°。

拉索4两端通过固定索头与端部节22下方的连接耳板固定连接。

立杆5竖直设置、平行分布，顶端设置有插接板51，插接板51插入立杆夹件6的两个夹板61之间的缝隙，通过螺栓固定连接，底端通过索具与拉索4连接。

连梁3两端分别与相邻弧形梁2侧壁上对应设置的套管7承插连接，并通过螺栓固定，连梁3与立杆5一一对应设置；相邻两个弧形梁2的端部节22的主梁体221端头之间还设置有连接桁架9，连接桁架9竖直设置，与主梁体221和悬挑梁222焊接固定。

本实用新型大跨度张弦梁的屋面钢结构的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤一、根据施工设计要求，设置四周的支撑立柱；

具体的设置方法如下：

步骤A、吊装前准备：在工厂预制劲性钢柱，对劲性钢柱进行清理，预埋地脚螺杆151，各种钢构件配套运输完毕，对钢柱的各种标记进行检查，揽风绳、溜绳在钢柱起吊前绑扎到位；

步骤A还包括钢柱定位轴线复测，具体地包括以下步骤：

步骤1、在平面控制网的基础上结合图纸尺寸，采用直角坐标法放出每个钢柱基础的纵横轴线；

步骤2、将所测轴线弹墨线后，量距复核相邻柱间尺寸；

步骤3、轴线复核无误后，作为首节钢柱吊装就位时的对中依据；

步骤B、钢柱起吊：劲性钢柱吊装由起重工绑钩并负责指挥吊装，起吊劲性钢柱时，边起钩边回转使钢柱竖直起来，使柱底板离地面保持40-60cm，缓慢回转吊臂并落到安装位置上方；

步骤C、钢柱就位：劲性钢柱回旋到位后，两侧中心线与地脚螺杆151中心线吻合，拧紧地脚螺栓螺母，必要时采用揽风绳进行加固，防止倾倒，对钢柱进行临时固定；

步骤D、钢柱校正：劲性钢柱吊装完成，对劲性钢柱进行垂直度、轴线偏差和标高校正，包括校正前准备和校正，具体地包括以下步骤：

步骤a、柱标高调整：依靠地脚螺杆151的调节螺母调整；

步骤b、垂直度调整：采用无缆风绳校正法在柱的偏斜一侧打入钢楔或用顶升千斤顶，采用两台经纬仪在柱的两个两相互垂直的方向同时进行观测控制方法；在保证单节柱垂直度不超标的前提下，注意预留焊缝收缩对垂直度的影响，将柱顶轴线偏移控制在H‰内，H值为钢柱标高；

步骤c、轴线偏差调整：轴线调整通过千斤顶对不同侧柱底板施力进行调整；

步骤E、钢柱安装固定：对校正完成劲性钢柱进行复测，满足规范要求后围焊柱脚垫板15，点焊螺杆丝扣，采用CO₂气体保护焊，焊缝为角焊缝及点焊；

步骤二、在待施工的单元梁组下方设置临时支撑架，并设置缆风绳固定；

步骤三、将端部节22或标准节21在地面胎架上进行分段预拼装，每一段的长度不大于30m；

步骤四、将拼装完成的弧形梁2分段吊装至高空，固定端的端部节22与支撑立柱焊接固定，另一端架设在临时支撑架上，与后吊升的相邻的弧形梁2焊接固定，滑动端的端部节22架设在临时支撑架上，形成稳定结构，完成第一榀弧形梁2的安装；

步骤五、重复步骤三和步骤四，完成第二榀弧形梁2的安装；

步骤六、连接两榀弧形梁2之间的连梁3，形成单元梁组，并设置连接桁架9和斜撑杆8；

步骤七、安装拉索4，同时对第一组单元梁组进行初张拉；

步骤八、重复步骤二至步骤步骤七，完成第二组单元梁组的安装，并在相邻的两组单元梁组之间设置连梁3；

步骤九、重复步骤二至步骤八，完成整体张弦梁结构的安装，然后按照从中间到两端对称进行整体的二次张拉和三次张拉，每次张拉分级进行，张拉过程中相邻两榀之间张拉荷载不相差10%，且保证张拉高差不超过6mm；

步骤十、张拉完成后安装结构两端连梁3，焊接完成，细部调整各榀索力，均满足设计要求后结束张拉，对滑动端节点进行打磨清理焊接。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：包括劲性钢柱（1），劲性钢柱（1）上平行排布的单元梁组和连接相邻单元梁组的连梁（3），每个单元梁组包括位于上方的两榀并列排布的弧形梁（2），每个弧形梁（2）下方的拉索（4），弧形梁（2）与拉索（4）之间设置的立杆（5），以及连接相邻弧形梁（2）之间的连梁（3）；所述劲性钢柱（1）包括内部的支撑钢柱和支撑钢柱外侧的混凝土结构（11），所述支撑钢柱包括自下而上设置的底部承重钢柱（12）、中部承重钢柱（13）和顶部承重钢柱（14）；所述弧形梁（2）为变截面箱型梁，由一组标准节（21）和位于两端的端部节（22）拼接组成，每个标准节（21）的截面宽度一致，两端面的高度差不大于10-15cm。

2.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述劲性钢柱（1）的截面为矩形，所述底部承重钢柱（12）、中部承重钢柱（13）和顶部承重钢柱（14）的几何中心重叠设置；所述底部承重钢柱（12）通过柱脚垫板（15）与地基固定，所述柱脚垫板（15）通过螺栓组件与地基固定。

3.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述底部承重钢柱（12）为中心对称结构，包括内部的中心柱（16），所述中心柱（16）为由两块腹板拼接而成的正十字交叉形结构，每块腹板的两侧端面上设有翼缘板（17），所述翼缘板（17）包括下部的矩形板和上部的弧形板，矩形板顶端边沿弯曲并倾斜向外延伸形成弧形板，弧形板的宽度逐渐增大，弧形板的上端边沿与中部承重钢柱（13）连接；所述中部承重钢柱（13）由若干个钢柱单元拼接而成，钢柱单元的截面呈田字形；所述顶部承重钢柱（14）的截面呈口字形。

4.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述端部节（22）包括与相邻标准节（21）平滑过渡连接的主梁体（221）和位于主梁体（221）上方的悬挑梁（222），主梁体（221）端头底部与支撑钢柱顶端固定连接，悬挑梁（222）一端的上表面与主梁体（221）上表面平滑过渡连接，另一端向外延伸形成悬挑端，悬挑端与主梁体（221）端头之间铰接连接有斜撑杆（8）。

5.根据权利要求4所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：相邻两个所述弧形梁（2）的端部节（22）的主梁体（221）之间还设置有连接桁架（9），所述连接桁架（9）竖直设置，端头与主梁体（221）和悬挑梁（222）焊接固定。

6.根据权利要求4所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述悬挑梁（222）与主梁体（221）端头之间还设置有连接立柱（223）；所述斜撑杆（8）与水平面的夹角为15-25°。

7.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述弧形梁（2）两侧壁上对称设置有用于连接连梁（3）的套管（7），连梁（3）两端分别与相邻弧形梁（2）上对应设置的套管（7）承插连接，并通过螺栓固定，所述连梁（3）与立杆（5）一一对应设置。

8.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述弧形梁（2）底部间隔设置有用于与立杆（5）顶端固定的立杆夹件（6），所述立杆夹件（6）包括两个夹板（61），夹板（61）为角钢，槽口向外相对设置，两夹板（61）之间留有缝隙，夹板（61）外侧对称设置有加劲板（62）。

9.根据权利要求8所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述立杆（5）竖直设置、平行分布，顶端设置有插接板（51），插接板（51）插入所述立杆夹件（6）的两个夹板（61）之间的缝隙中，通过螺栓固定连接，底端通过索具与拉索（4）连接。

10.根据权利要求1所述的大跨度张弦梁的屋面钢结构，其特征在于：所述标准节（21）的长度不大于16m。