CN213709858U - 具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系，结构单元体包括上弦杆、下弦杆和连接在上弦杆与下弦杆之间的腹杆，上弦杆与下弦杆之间的所有腹杆均为斜腹杆，斜腹杆包括多根左斜腹杆和多根右斜腹杆，左斜腹杆和右斜腹杆分别位于一轴线的相对两侧，多根左斜腹杆与多根右斜腹杆相对于轴线左右对称，左右对称的任意一对左斜腹杆和右斜腹杆构成一V型杆组。本实用新型的结构单元体具有自应力功能，与现有技术相比，不仅可提高桁架结构的承载能力，还能节约钢材，本实用新型的结构单元体能应用于钢桁架、网架网壳、钢筋混凝土桁架、钢筋混凝土梁、建筑围护结构、民居别墅、输电塔架和多层及高层建筑的抗震结构。

Description

具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系

技术领域

本实用新型涉及建筑工程技术领域，尤其是一种具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系。

背景技术

自应力结构单元体是指，在不向桁架体系中施加预应力的条件下，能通过自身某些结构将外部荷载转化为具有抵抗外力的“自应力”，而且该自应力是随外部荷载的增加而增加——这一现象即为“自应力”。当将自应力技术应用于桁架结构时，与未应用自应力技术的现有技术相比，不仅可提高桁架结构的承载能力，还能节约钢材约 10％以上。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系，以提高桁架结构的承载能力，节约钢材。

为达到上述目的，本实用新型提出一种具有自应力功能的结构单元体，其包括上弦杆、下弦杆和连接在所述上弦杆与下弦杆之间的腹杆，所述上弦杆与所述下弦杆之间的所有腹杆均为斜腹杆，所述斜腹杆包括多根左斜腹杆和多根右斜腹杆，所述左斜腹杆和所述右斜腹杆分别位于一轴线的相对两侧，所述轴线垂直于所述上弦杆或/和所述下弦杆，多根所述左斜腹杆与多根所述右斜腹杆相对于所述轴线左右对称，左右对称的任意一对所述左斜腹杆和所述右斜腹杆构成一V型杆组。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，距离所述轴线最近的一所述V型杆组与所述上弦杆共同构成三角形结构，其余各所述V型杆组分别与所述上弦杆共同构成外延三角形结构。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，多根所述左斜腹杆相互平行，多根所述右斜腹杆相互平行。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，所述腹杆的上端和下端分别设有一上延伸段和一下延伸段，所述上延伸段与所述上弦杆平行并与所述上弦杆固定连接，所述下延伸段与所述下弦杆平行并与所述下弦杆固定连接。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，所述具有自应力功能的结构单元体为预应力结构单元体或非预应力结构单元体。

本实用新型还提供一种具有自应力功能的桁架结构体系，其包括上述的具有自应力功能的结构单元体。

如上所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其中，所述桁架结构体系为钢筋混凝土桁架，且所述具有自应力功能的结构单元体的上弦杆、下弦杆和腹杆均包括钢筋骨架和包裹所述钢筋骨架的混凝土包壳。

如上所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其中，所述桁架结构体系为钢筋混凝土梁，所述钢筋混凝土梁包括内置钢骨架和包裹所述内置钢骨架的混凝土层，所述内置钢骨架包括箍筋、主筋和由至少两排所述具有自应力功能的结构单元体形成的组件，所述主筋铺设于所述结构单元体的上弦杆顶部和下弦杆底部，所述箍筋套在所述主筋和至少两排所述具有自应力功能的结构单元体的外部。

如上所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其中，所述桁架结构体系为钢桁架、网架结构、网壳结构、建筑围护结构或抗震结构。

本实用新型还提供一种具有自应力功能的结构单元体，其为V型排架式桁架，所述V型排架式桁架包括上弦杆、下弦杆和连接在所述上弦杆与下弦杆之间的腹杆，所述上弦杆与所述下弦杆之间的所有腹杆均为斜腹杆，所述斜腹杆包括多根左斜腹杆和多根右斜腹杆，所述左斜腹杆和所述右斜腹杆分别位于一轴线的相对两侧，所述轴线垂直于所述上弦杆或/和所述下弦杆，多根所述左斜腹杆与多根所述右斜腹杆相对于所述轴线左右对称，左右对称的任意一对所述左斜腹杆和所述右斜腹杆构成一V 型杆组。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的钢桁架，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的网架结构，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的网壳结构，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的建筑围护结构。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的混凝土结构，所述混凝土结构为混凝土桁架、梁式结构、箱梁或建筑围护结构。

如上所述的具有自应力功能的结构单元体，其中，所述V型排架式桁架的结构类型为厂房和民居别墅多层及高层的抗震结构。

本实用新型的具有自应力功能的结构单元体和桁架结构体系的特点和优点是：

1.本实用新型的结构单元体是在外延三角形亦属于稳定构造的认识的基础上提出的一种新型结构，各V型杆组分别与上弦杆构成结构稳定的三角形结构和外延三角形结构，该新型结构的优点在于：当上弦杆受压时，在左斜腹杆和上弦杆连接的节点处，左斜腹杆对上弦杆产生与上弦杆受到的压力方向相反的外推力，在右斜腹杆和上弦杆连接的节点处，右斜腹杆对上弦杆产生与上弦杆受到的压力方向相反的外推力，从而减少上弦杆承受的压力；当下弦杆受拉时，在左斜腹杆和下弦杆连接的节点处，左斜腹杆对下弦杆产生与下弦杆受到的拉力方向相反的内推力，在右斜腹杆和下弦杆连接的节点处，右斜腹杆对下弦杆产生与下弦杆受到的拉力方向相反的内推力，从而减少下弦杆承受的拉力，这些外推力和内推力即为结构单元体的自应力，因此本实用新型的结构单元体具有自应力功能，与现有技术相比具有更高的承载能力，能节约钢材；

2.本实用新型的结构单元体能应用于钢桁架、网架网壳、钢筋混凝土桁架、钢筋混凝土梁、建筑围护结构、民居别墅、输电塔架和多层及高层建筑的抗震结构。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型的具有自应力功能的结构单元体的结构示意图；

图2是应用于钢桁架的具有自应力功能的结构单元体的结构示意图；

图3是图2的具有自应力功能的结构单元体在施加预应力阶段的结构简图；

图4是图2中A1处的局部放大图；

图5是图2中A2处的局部放大图；

图6是图2中A3处的局部放大图；

图7是应用于钢筋混凝土桁架的具有自应力功能的结构单元体的结构示意图；

图8是图7的具有自应力功能的结构单元体在施加预应力阶段的结构简图；

图9是图7中B1处的局部放大图；

图10是图7中B2处的局部放大图；

图11是图7中B3处的局部放大图；

图12是钢筋混凝土梁的结构示意图；

图13是图12中的具有自应力功能的结构单元体在施加预应力阶段的结构简图；

图14是图12中沿C-C线的剖视图。

主要元件标号说明：

1、10、100、430、上弦杆；2、20、200、440、下弦杆；

3、30、300、450、左斜腹杆；4、40、400、460、右斜腹杆；5、V型杆组；

31、上延伸段；32、下延伸段；50、上节点板；60、下节点板；

110、第一钢筋骨架；120、第一混凝土包壳；

210、第二钢筋骨架；220、第二混凝土包壳；

310、第三钢筋骨架；311、上延伸段；312、下延伸段；320、第三混凝土包壳；

400、内置钢骨架；410、箍筋；420、主筋；500、混凝土层。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，可以是直接连接，可以是通过中间媒介间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施方式一

如图1所示本实用新型提供一种具有自应力功能的结构单元体，也可称为一种具有自应力功能的桁架结构单元体，其包括上弦杆1、下弦杆2和连接在上弦杆1与下弦杆2之间的腹杆，上弦杆1与下弦杆2之间的所有腹杆均为斜腹杆，斜腹杆包括多根左斜腹杆3和多根右斜腹杆4，左斜腹杆3和右斜腹杆4分别位于一轴线O的相对两侧，该轴线O垂直于上弦杆1或/和下弦杆2，当上弦杆1与下弦杆2平行时，轴线O垂直于上弦杆1和下弦杆2，多根左斜腹杆3与多根右斜腹杆4相对于轴线O 左右对称，左右对称的任意一对左斜腹杆3和右斜腹杆4构成一V型杆组5，该V 型杆组5中的“V型”指一对左右对称的左斜腹杆3和右斜腹杆4由下弦杆2至上弦杆1朝远离彼此的方向倾斜，也就是一对左右对称的左斜腹杆3和右斜腹杆4的上端之间的间距大于下端之间的间距，V型杆组5的形状大致呈V形。

具体是，距离轴线O最近的一个V型杆组5与上弦杆1共同构成三角形结构，其余各V型杆组5分别与上弦杆1共同构成外延三角形结构，其中的“外延”指的是左斜腹杆3的向下延长线和右斜腹杆4的向下延长线能交于一点形成三角形的一个角，外延三角形亦属于稳定构造。

本实用新型的结构单元体是在外延三角形亦属于稳定构造的认识的基础上提出的一种新型结构，各V型杆组5分别与上弦杆1构成结构稳定的三角形结构和外延三角3形结构，该新型结构的优点在于：当上弦杆1受压时，在左斜腹杆3和上弦杆 1连接的节点处，左斜腹杆3对上弦杆1产生与上弦杆1受到的压力方向相反的外推力，在右斜腹杆4和上弦杆1连接的节点处，右斜腹杆4对上弦杆1产生与上弦杆1 受到的压力方向相反的外推力，从而减少上弦杆1承受的压力；当下弦杆2受拉时，在左斜腹杆3和下弦杆2连接的节点处，左斜腹杆3对下弦杆2产生与下弦杆2受到的拉力方向相反的内推力，在右斜腹杆4和下弦杆2连接的节点处，右斜腹杆4对下弦杆2产生与下弦杆2受到的拉力方向相反的内推力，从而减少下弦杆2承受的拉力，这些外推力和内推力即为结构单元体的自应力，因此本实用新型的结构单元体具有自应力功能，与现有技术相比具有更高的承载能力，能节约钢材。

如图1所示，进一步，多根左斜腹杆3相互平行，多根右斜腹杆4相互平行，相邻左斜腹杆3之间的间距及相邻右斜腹杆4之间的间距根据设计需要确定，间距越小，承载强度越高。

如图1所示，进一步，距离轴线O最远的两根左斜腹杆3相邻设置，距离轴线O 最远的两根右斜腹杆4相邻设置，以提高结构强度的抗剪切能力。

进一步，腹杆的上端和下端分别设有一上延伸段和一下延伸段，上延伸段与上弦杆1平行并与上弦杆1固定连接，下延伸段与下弦杆2平行并与下弦杆2固定连接，以进一步提高节点处的连接强度。本方案的结构单元体一般用于钢桁架(请参见图 2)，用于钢桁架的结构单元体的上弦杆、下弦杆、左斜腹杆、右斜腹杆、上延伸段和下延伸段均为型钢。但本实用新型并不以此为限，当本实用新型的结构单元体用于其它建筑结构类型时，结构单元体的上弦杆、下弦杆和腹杆还可以分别为其它结构或组合结构，并不限于杆状结构，比如为钢筋骨架结构，而上延伸段和下延伸段的结构一般与腹杆的结构相同。

进一步，本实用新型的结构单元体为预应力结构单元体或非预应力结构单元体，预应力结构单元体也就是对结构单元体施加有预压应力，预应力结构单元体的制造方法请参见后文的实施方式四，非预应力结构单元体也就是没有对结构单元体施加预压应力。

实施方式二

本实用新型还提供一种具有自应力功能的桁架结构体系，也可称为一种具有自应力功能的建筑结构体系，该桁架结构体系包括实施方式一的具有自应力功能的结构单元体，因此该桁架结构体系也具有自应力功能，与现有技术相比，承载强度更高，节约钢材。

如图2至图6所示，在第一种实施例中，桁架结构体系为钢桁架，该钢桁架可以由多个本实用新型的具有自应力功能的结构单元体组合构成，也可以由本实用新型的具有自应力功能的结构单元体与现有的桁架结构单元体组合构成，具体排列组合方式根据设计需要而定。

如图2所示，本实施例的钢桁架中的具有自应力功能的结构单元体的上弦杆10、下弦杆20、左斜腹杆30和右斜腹杆40的组合方式与实施方式一的具有自应力功能的结构单元体相同。就具体结构而言，本实施例中的上弦杆10、下弦杆20、左斜腹杆30和右斜腹杆40均为型钢，为便于描述，将左斜腹杆30和右斜腹杆40统称为腹杆，各腹杆的上端和下端分别设有一上延伸段31和一下延伸段32，腹杆上端处还设有上节点板50(如图4、图6所示)，该上节点板50与腹杆的上延伸段31和上弦杆10固定连接，腹杆下端处还设有下节点板60(如图5所示)，该下节点板60与腹杆的下延伸段32和下弦杆20固定连接，以提高节点处的连接强度。

本实施例的钢桁架为预应力钢桁架或非预应力钢桁架。

构建预应力钢桁架的方法为：首先建立弱稳定体系，即在上弦杆10和下弦杆20 之间(例如桁架的中间部位)连接一个至三个三角形构造(即V型杆组，如图3所示)，然后对下弦杆20施加预应力，并以锚具锁定，之后在上弦杆10和下弦杆20 之间建构V型排架式杆件(即其余的V型杆组)，也就是在三角形构造的两侧的上弦杆10和下弦杆20之间对称设置斜腹杆(如图2所示)。是否先行施加预应力，由施工单位决定。如果构建非预应力的钢桁架，就省去图3对应的步骤，直接构建图2 的结构。

如图7至图11所示，在第二种实施例中，桁架结构体系为钢筋混凝土桁架。

如图7所示，本实施例的钢筋混凝土桁架的具有自应力功能的结构单元体的上弦杆100、下弦杆200、左斜腹杆300和右斜腹杆400的组合方式与实施方式一的具有自应力功能的结构单元体相同。就具体结构而言，本实施例中的上弦杆100、下弦杆 200、左斜腹杆300和右斜腹杆400均包括钢筋骨架和包裹钢筋骨架的混凝土包壳，例如该钢筋骨架包括两根主筋和连接在两根主筋之间的多根连接筋。

具体是，如图9、图11所示，上弦杆100包括第一钢筋骨架110和第一混凝土包壳120，如图10所示，下弦杆200包括第二钢筋骨架210和第二混凝土包壳220，为便于描述，将左斜腹杆300和右斜腹杆400统称为腹杆，如图9、图10所示，腹杆包括第三钢筋骨架310和第三混凝土包壳320，第三钢筋骨架310的上端和下端分别设有一上延伸段311和一下延伸段312，第三钢筋骨架310的上延伸段311与第一钢筋骨架110固定连接，第三钢筋骨架310的下延伸段312与第二钢筋骨架210固定连接。

加工时，先将上弦杆100的第一钢筋骨架110与腹杆的第三钢筋骨架310的上延伸段311固定连接，将下弦杆200的第二钢筋骨架210与腹杆的第三钢筋骨架310的下延伸段312固定连接，然后在上弦杆100、下弦杆200和腹杆的钢筋骨架外浇筑混凝土。

本实施例的钢筋混凝土桁架为预应力钢筋混凝土桁架或非预应力钢筋混凝土桁架。

构建预应力钢筋混凝土桁架的方法为：首先建立弱稳定体系，即在上弦杆100 和下弦杆200之间(即桁架的中间部位)连接三角形构造(即V型杆组，如图8所示)，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到设计值时，对下弦杆200施加预应力，并以锚具锁定，之后在上弦杆100和下弦杆200之间建构V型排架式杆件(即其余的V 型杆组)，也就是在三角形构造的两侧的上弦杆100和下弦杆200之间对称设置斜腹杆(如图7所示)，并将斜腹杆与下弦杆200的锚固连接筋固定，然后再浇筑混凝土。但本实用新型并不以此为限，何时浇筑混凝土及对混凝土构建施加预应力的顺序，由施工单位自行决定。是否先行施加预应力，也由施工单位决定。如果构建非预应力的钢筋混凝土桁架，就省去图8对应的步骤，直接构建图7的结构。

如图12至图14所示，在第三种实施例中，桁架结构体系为钢筋混凝土梁，钢筋混凝土梁包括内置钢骨架400和包裹内置钢骨架的混凝土层500，内置钢骨架400包括多个箍筋410、多根主筋420和由至少两排具有自应力功能的结构单元体并排形成的组件。

如图12所示，本实施例的钢筋混凝土梁的受压区和受拉区的结构借用桁架的上弦杆和下弦杆等技术术语，以便于理解。本实施例中的具有自应力功能的结构单元体的上弦杆430(即受压区结构)、下弦杆440(即受拉区结构)、左斜腹杆450和右斜腹杆460的组合方式与实施方式一的具有自应力功能的结构单元体相同。就具体结构而言，如图14所示，本实施例中的上弦杆430和下弦杆440为型钢或钢板，为便于描述，将左斜腹杆450和右斜腹杆460统称为腹杆，腹杆为型钢或圆形钢管，主筋 420为钢筋，多根主筋420铺设固定于上弦杆430的顶部和下弦杆440的底部，也就是主筋420位于钢筋混凝土梁的受压区和受拉区，箍筋410套在所有主筋420和由至少两排结构单元体形成的组件的外部，且箍筋410与所有主筋420固定连接。

加工时，先组建内置钢骨架400，然后在内置钢骨架400外浇筑混凝土。

由于本实施例的钢筋混凝土梁包括具有自应力功能的结构单元体，因此箍筋的设置数量可以减少，与现有技术相比能够节约钢材。

本实施例的钢筋混凝土梁为预应力钢筋混凝土梁或非预应力钢筋混凝土梁。

构建预应力钢筋混凝土梁的方法：先首先建立弱稳定体系，即在上弦杆430和下弦杆440之间(即桁架的中间部位)连接三角形构造(即V型杆组，如图13所示)，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到设计值时，对下弦杆440施加预应力，并以锚具锁定，之后在上弦杆430和下弦杆440之间建构V型排架式杆件(即其余的V型杆组)，也就是在三角形构造的两侧的上弦杆430和下弦杆440之间对称设置斜腹杆(如图12所示)，并将斜腹杆与下弦杆440的锚固连接筋固定，然后再铺设主筋420、连接箍筋410，得到内置钢骨架400，之后在内置钢骨架400外浇筑混凝土。但本实用新型并不以此为限，何时浇筑混凝土及对混凝土构建施加预应力的顺序，由施工单位自行决定。是否先行施加预应力，也由施工单位决定。如果构建非预应力的钢筋混凝土梁，就省去图13对应的步骤，直接构建图12的结构。

在第四种实施例中，桁架结构体系为网架结构，该网架结构可以由多个本实用新型的具有自应力功能的结构单元体组合构成，具体排列组合方式根据设计需要而定。对于本实施例中具有自应力功能的结构单元体的上弦杆1、下弦杆2、左斜腹杆3和右斜腹杆4的具体结构，本实施例不作限定，可根据工程需要选择，比如为型钢。

在第五种实施例中，桁架结构体系为网壳结构，该网壳结构可以由多个本实用新型的具有自应力功能的结构单元体组合构成，也可以由本实用新型的具有自应力功能的结构单元体与现有的桁架结构单元体组合构成，具体排列组合方式根据设计需要而定。对于本实施例中具有自应力功能的结构单元体的上弦杆1、下弦杆2、左斜腹杆 3和右斜腹杆4的具体结构，本实施例不作限定，可根据工程需要选择，比如在网壳不同区段可选择不同型号的型钢。

在第六种实施例中，桁架结构体系为抗震结构，由于抗震结构包括本实用新型的具有自应力功能的结构单元体，在地震发生时，当结构单元体具有向左偏移的趋势时，右斜腹杆4会阻碍结构单元体向左偏移，当结构单元体的上弦杆1具有向右偏移的趋势时，左斜腹杆3会阻碍结构单元体向右偏移，从而产生互相制约的效果，提高抗震结构的安全可靠性，增强抗震结构的抗震效果。

对于抗震结构的具体结构型式，本实施例不作限定，只要抗震结构的钢骨架或钢支撑体系采用了本实用新型的具有自应力功能的结构单元体即可，本抗震构造可与其它抗震构造组合应用。

在第七种实施例中，桁架结构体系为建筑围护结构，例如建筑围护结构为外墙、屋顶、侧窗或外门等，由于建筑围护结构包括本实用新型的具有自应力功能的结构单元体，结构稳定，承载能力强，能够抵御外界不利环境。

对于建筑围护结构的具体结构型式，本实用新型不作限定，只要建筑围护结构的钢骨架或钢支撑体系采用了本实用新型的具有自应力功能的结构单元体即可，其它结构可与现有技术相同，对于本实施例中具有自应力功能的结构单元体的上弦杆1、下弦杆2、左斜腹杆3和右斜腹杆4的具体结构，本实施例不作限定，可根据工程需要选择，比如为型钢或钢筋骨架结构。

实施方式三

本实用新型还提供一种具有自应力功能的结构单元体，其是在弱稳定体系阶段在外延三角形亦属于稳定构造的认识上提出的一种V型排架式桁架，该V型排架式桁架具有自应力调整结构荷载应力的功能和抗震功能，该V型排架式桁架包括上弦杆1、下弦杆2和连接在上弦杆1与下弦杆2之间的腹杆，上弦杆1与下弦杆2之间的所有腹杆均为斜腹杆，斜腹杆包括多根左斜腹杆3和多根右斜腹杆4，左斜腹杆3和右斜腹杆4分别位于一轴线O的相对两侧，该轴线O垂直于上弦杆1或/和下弦杆2，当上弦杆1与下弦杆2平行时，轴线O垂直于上弦杆1和下弦杆2，多根左斜腹杆3与多根右斜腹杆4相对于轴线O左右对称，左右对称的任意一对左斜腹杆3和右斜腹杆4构成一V型杆组5，该V型杆组5指的是一对左右对称的左斜腹杆3和右斜腹杆4由下弦杆2至上弦杆1朝远离彼此的方向倾斜，V型杆组5的形状大致呈V形。

在第一种实施例中，V型排架式桁架能应用于预应力或非预应力的钢桁架、预应力或非预应力的网架结构、预应力或非预应力的网壳结构、及预应力或非预应力的建筑围护结构，具体应用方式参照实施方式二。

在第二种实施例中，V型排架式桁架能应用于预应力或非预应力的混凝土结构，混凝土结构为混凝土桁架、梁式结构或建筑围护结构，例如梁式结构为箱梁。具体应用方式参照实施方式二。

在第三种实施例中，V型排架式桁架能应用于厂房和民居别墅多层及高层的抗震结构。具体应用方式参照实施方式二。

制造实施方式一和实施方式三的具有自应力功能的结构单元体的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：在上弦杆1和下弦杆2之间构建一个至三个V型杆组5，以形成弱稳定体系结构，例如在靠近轴线O处构建一个至三个V型杆组5；

步骤S2：对下弦杆2施加预应力；

步骤S3：在上弦杆1和下弦杆2之间构建其余的V型杆组5，得到预应力结构单元体。

以下从设计依据、应用和具体加工方法等方面，对本实用新型做进一步说明：

本实用新型的自应力结构单元的建立是依据弱稳定体系中提到的外延三角形构造，经多次筛选得到的一种新型V型排架式桁架(或称为自应力桁架)，也是对结构体系要求安全稳定且具有实际应用功能传统理念的创新产品。

V型排架式桁架是最基本的型态，根据工程需要例如钢网架、网壳及维护结构的需要_，其横截面可以将桁架组合成Λ及ν型和三角型_、矩型_、方型_、U型及

梯型等形状。其纵向可以有坡度，也可以呈多维变化。

V型排架式桁架可广泛的应用于钢筋混凝结构及预应力钢筋混凝土结构。其主要特征是在结构中构建成V型排架式钢筋骨架，并浇注混凝土以实现自应力效果。

对于自应力钢混凝土桁架可以现场浇注混凝土也可以预制成V型排架的杆件，再行组装成自应力钢筋混凝桁架。

对于V型排架式桁架的V型杆件的排列间距及与上弦杆、下弦杆的夹角均由设计者自行决定，对于钢筋混凝土梁可省去大部分箍筋的配置。

本实用新型的自应力结构单元还可应用于预应力与非预应力的钢桁架、网架及网壳结构与钢筋混凝土桁架排架及梁式结构(含混凝土箱梁)。

在自应力作用下，以梁式结构为例。其受压区、受拉区及连续梁的支座处的负弯矩的荷载应力、以及剪切力均会发生有益的改善。

由于它还具有一定的抗震功能，所以可应用于民居、别墅、多层及高层建筑，还可应用于工业厂房及维护结构，输电塔架及工业产品的梁式类结构。

本实用新型的新型桁架由于是按对称布置的V型腹杆体系，所以其稳定性及安全性的要求，更重视斜腹杆的强度及其与上弦杆下弦杆节点连接的坚固性，其整体安全性不会低于当前的桁架结构体系。

预应力钢结构桁架预加应力方法的提出是出于对桁架结构不同构建时段分析提出的。

对于弱稳定体系的提出则是对桁架预加应力的方法规律的总结。

一个安全稳定经济适用的桁架体系都是由若干个稳定的三角形构造按一定规律组合而成的，对于这样的桁架对其下弦杆件施加预应力时，会因腹杆与下弦杆节点的固结而无法达到预期目的。

如果在桁架构建初期只在关键部位先构建1个～3个三角形构造就对下弦杆施加预应力，即可得到设计预应力效果。而首先建立的1个～3个三角形构造就是发明人所提出的弱稳定体系。外延三角形亦属稳定性构造的推论，现已得到自应力桁架(V 型排架式桁架)的验证。

自应力桁架的具体加工方法如下(以预应力桁架为例)：

①所有杆件应预先按设计要求在车间内加工；

②自应力桁架的构建在室外加工平台上完成，加工平台应为钢制平台，且具有桁架杆件限位卡及防止预应力杆件变形、移位及预加应力时的失稳功能，准备加工的自应力V型排架式桁架，应在加工平台上，以垫块垫起300毫米，以便于加工制造。自应力桁架构建的原则：除必须在室外加工平台上加工同时，必须先对桁架的下弦杆先完成预加应力之后再行组装桁架的上弦杆、下弦杆及斜腹杆。斜腹杆与上弦杆及下弦杆的节点连接必须牢固可靠，在整个工作过程中不允许有移位现象发生。

对于自应力钢筋混凝土桁架及预应力桁架可按现有技术标准执行。

具体要求是：先行灌注下弦杆的混凝土，在施加预应力之后，再对其他部位浇筑混凝土。也可以将预制自应力V型杆件与现浇混凝土的上弦杆与下弦杆再做现场固结。

本实用新型的具有自应力功能的结构单元体可应用于网架、网壳、桁架及建筑围护结构，也可应用于同一类型预应力及非预应力的钢筋混凝土结构。由于自应力桁架构的V型杆组是左右对称布置，在地震荷载及偶发荷载作用下会具有相互的制约作用，因此自应力桁架的安全度应优于现有桁架体系，并因此具有一定程度的抗动震能。所以本实用新型的结构单元体还可广泛应用于民居别墅、多层及高层建筑，可应用于厂房、建筑围护结构及输电塔架。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (13)

1.一种具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述具有自应力功能的结构单元体包括上弦杆、下弦杆和连接在所述上弦杆与下弦杆之间的腹杆，所述上弦杆与所述下弦杆之间的所有腹杆均为斜腹杆，所述斜腹杆包括多根左斜腹杆和多根右斜腹杆，所述左斜腹杆和所述右斜腹杆分别位于一轴线的相对两侧，所述轴线垂直于所述上弦杆或/和所述下弦杆，多根所述左斜腹杆与多根所述右斜腹杆相对于所述轴线左右对称，左右对称的任意一对所述左斜腹杆和所述右斜腹杆构成一V型杆组。

2.如权利要求1所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，距离所述轴线最近的一所述V型杆组与所述上弦杆共同构成三角形结构，其余各所述V型杆组分别与所述上弦杆共同构成外延三角形结构。

3.如权利要求1所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，多根所述左斜腹杆相互平行，多根所述右斜腹杆相互平行。

4.如权利要求1所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述腹杆的上端和下端分别设有一上延伸段和一下延伸段，所述上延伸段与所述上弦杆平行并与所述上弦杆固定连接，所述下延伸段与所述下弦杆平行并与所述下弦杆固定连接。

5.如权利要求1所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述具有自应力功能的结构单元体为预应力结构单元体或非预应力结构单元体。

6.一种具有自应力功能的桁架结构体系，其特征在于，所述桁架结构体系包括权利要求1至5任一项所述的具有自应力功能的结构单元体。

7.如权利要求6所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其特征在于，所述桁架结构体系为钢筋混凝土桁架，且所述具有自应力功能的结构单元体的上弦杆、下弦杆和腹杆均包括钢筋骨架和包裹所述钢筋骨架的混凝土包壳。

8.如权利要求6所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其特征在于，所述桁架结构体系为钢筋混凝土梁，所述钢筋混凝土梁包括内置钢骨架和包裹所述内置钢骨架的混凝土层，所述内置钢骨架包括箍筋、主筋和由至少两排所述具有自应力功能的结构单元体形成的组件，所述主筋铺设于所述结构单元体的上弦杆顶部和下弦杆底部，所述箍筋套在所述主筋和至少两排所述具有自应力功能的结构单元体的外部。

9.如权利要求6所述的具有自应力功能的桁架结构体系，其特征在于，所述桁架结构体系为钢桁架、网架结构、网壳结构、建筑围护结构或抗震结构。

10.一种具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述具有自应力功能的结构单元体为V型排架式桁架，所述V型排架式桁架包括上弦杆、下弦杆和连接在所述上弦杆与下弦杆之间的腹杆，所述上弦杆与所述下弦杆之间的所有腹杆均为斜腹杆，所述斜腹杆包括多根左斜腹杆和多根右斜腹杆，所述左斜腹杆和所述右斜腹杆分别位于一轴线的相对两侧，所述轴线垂直于所述上弦杆或/和所述下弦杆，多根所述左斜腹杆与多根所述右斜腹杆相对于所述轴线左右对称，左右对称的任意一对所述左斜腹杆和所述右斜腹杆构成一V型杆组。

11.如权利要求10所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的钢桁架，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的网架结构，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的网壳结构，或所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的建筑围护结构。

12.如权利要求10所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述V型排架式桁架的结构类型为预应力或非预应力的混凝土结构，所述混凝土结构为混凝土桁架、梁式结构、箱梁或建筑围护结构。

13.如权利要求10所述的具有自应力功能的结构单元体，其特征在于，所述V型排架式桁架的结构类型为厂房和民居别墅多层及高层的抗震结构。

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