專利名稱：：自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力鋼桁架，特別是一種適合抵抗反復(fù)荷載作用的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展和人類物質(zhì)文化生活水平的提高不斷對(duì)建筑物的功能、審美提出新的標(biāo)準(zhǔn)與要求，設(shè)計(jì)師越來越青睞大而輕巧的建筑造型。例如，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師往往希望建筑構(gòu)件的一個(gè)維度尺寸比較大，而另外兩個(gè)維度的尺寸越小約好，這就產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)剛度、承載能力與構(gòu)件橫截面尺寸之間的矛盾。傳統(tǒng)上，對(duì)承受單向橫向荷載作用的構(gòu)件，通?？稍跇?gòu)件的受拉邊緣一側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索施加預(yù)應(yīng)力，來改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，提高結(jié)構(gòu)剛度，提高結(jié)構(gòu)承載力。而現(xiàn)實(shí)工程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些承受反復(fù)荷載的構(gòu)件，例如，既承受風(fēng)壓力又承受風(fēng)吸力的大跨度墻梁和立柱等構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件承受風(fēng)壓力時(shí)，在構(gòu)件受拉邊緣設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力拉索可以提高結(jié)構(gòu)剛度，增大結(jié)構(gòu)承載力；而當(dāng)構(gòu)件承受風(fēng)吸力時(shí)，則此時(shí)的預(yù)應(yīng)力就與風(fēng)荷載的作用方向一致，變成了不利作用。而現(xiàn)有的技術(shù)中，對(duì)這種承受反復(fù)荷載的大跨度構(gòu)件，目前還僅僅是依靠增大構(gòu)件的截面來提高結(jié)構(gòu)的剛度，控制結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形。這樣，往往造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的笨重、粗壯，不夠美觀，不能符合設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。為此，需要提供一種自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其能適應(yīng)雙向橫向荷載，且不會(huì)造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的笨重、粗壯和不美觀。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其包括內(nèi)弦桿、外弦桿，在所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿之間連接有腹桿，在所述內(nèi)弦桿、所述外弦桿中均設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索。這樣充分利用了鋼構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力拉索的特性，從而使得該鋼桁架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度好，承載力大，同時(shí)由于內(nèi)、外弦桿內(nèi)均設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索，使得該鋼桁架系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)的受荷情況自適應(yīng)地調(diào)整各組成構(gòu)件的受力狀態(tài)，特別適用于承受雙向反復(fù)橫向荷載。進(jìn)一步地，在所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿的連接節(jié)點(diǎn)上也設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索。進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力拉索由限位器固定在所述內(nèi)弦桿或者所述外弦桿內(nèi)，并使所述預(yù)應(yīng)力拉索在橫截面內(nèi)處于所述內(nèi)弦桿或者所述外弦桿的中央，所述內(nèi)弦桿或者外弦桿與所述腹桿連接的節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置限位器。限位器能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力拉索固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，防止預(yù)應(yīng)力拉索移動(dòng)，難于控制。優(yōu)選地，所述鋼桁架可采用平面桁架或空間桁架。優(yōu)選地，所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿為閉口截面的鋼管。優(yōu)選地，所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿為開口截面的鋼構(gòu)件。優(yōu)選地，所述限位器包括穿束限位部件和支撐限位部件。所述支撐限位部件連接于所述穿束限位部件與所述內(nèi)弦桿或所述外弦桿之間。優(yōu)選地，所述穿束限位部件為鋼管套或者鋼環(huán)，所述支撐限位部件為圓鋼或者鋼板。這樣使得，本發(fā)明的鋼桁架能夠有效地提高建筑空間的利用率，較好地滿足建筑效果。優(yōu)選地，所述預(yù)應(yīng)力拉索的預(yù)應(yīng)力施加與所述鋼桁架系統(tǒng)所受的反復(fù)荷載相匹配。優(yōu)選地，所述預(yù)應(yīng)力拉索為無粘結(jié)高強(qiáng)低松弛鋼絞線。優(yōu)選地，所述預(yù)應(yīng)力拉索為高強(qiáng)、高彈性模量、低松弛的鋼絞線。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中未設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索的鋼桁架系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖；圖2為僅在單邊豎桿設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索的鋼桁架系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖；圖3為本發(fā)明自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例的示意簡(jiǎn)圖；圖4為本發(fā)明自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例的示意簡(jiǎn)圖；圖5為本發(fā)明自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)的第三個(gè)實(shí)施例的示意簡(jiǎn)圖；圖6為內(nèi)/外弦桿為閉口截面時(shí)的截面示意圖；圖7為內(nèi)/外弦桿為開口截面時(shí)的截面示意圖。具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中未設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索的鋼桁架系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖；圖2為僅在單邊豎桿設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索的鋼桁架系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖；圖3-圖5為本發(fā)明自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)的三個(gè)實(shí)施例的示意簡(jiǎn)圖。在這5個(gè)對(duì)比的簡(jiǎn)圖中，標(biāo)記1表示內(nèi)弦桿，標(biāo)記2表示外弦桿，標(biāo)記3表示腹桿，標(biāo)記4表示第一預(yù)應(yīng)力拉索，標(biāo)記5表示第二預(yù)應(yīng)力拉索。如圖3-圖5所示，三個(gè)實(shí)施例僅預(yù)應(yīng)力拉索的設(shè)置位置有差異。各個(gè)實(shí)施例的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)均包括內(nèi)弦桿1、外弦桿2，在內(nèi)弦桿1和外弦桿2之間連接有腹桿3。其中，在圖3所示的實(shí)施例中，在內(nèi)弦桿1、外弦桿2內(nèi)分別設(shè)置有預(yù)應(yīng)力拉索4、5。在圖4、圖5所示的實(shí)施例中，在內(nèi)弦桿1、外弦桿2以及兩者相連的節(jié)點(diǎn)中均設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索，只是圖4、圖5的實(shí)施例中，預(yù)應(yīng)力拉索的形式有些差異(詳見附圖4、5)優(yōu)選地，上述預(yù)應(yīng)力拉索4、5由限位器固定在內(nèi)弦桿或者外弦桿內(nèi)，并使預(yù)應(yīng)力拉索在橫截面內(nèi)處于內(nèi)弦桿或者外弦桿的中央，內(nèi)弦桿或者外弦桿與所述腹桿連接的節(jié)點(diǎn)位置必須設(shè)置限位器。更進(jìn)一步地，限位器包括穿束限位部件和支撐限位部件，支撐限位部件連接于穿束限位部件與內(nèi)弦桿或外弦桿之間。如圖6所示，內(nèi)弦桿1、外弦桿2和腹桿3均可采用圓鋼管、矩形鋼管等閉口截面的鋼管；穿束限位部件為鋼管套6，支撐限位部件為圓鋼7，此時(shí)先將拉索穿入鋼套管6，并通過計(jì)算，將預(yù)定數(shù)量的鋼管套用細(xì)鐵絲等固定于拉索長(zhǎng)度方向上的預(yù)定位置，這樣，張拉完成后，圓鋼7將預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)限定于內(nèi)弦桿1或外弦桿2截面的中央(如圖6的剖視圖所示)。如圖7所示，內(nèi)弦桿1、外弦桿2和腹桿3均可采用H型鋼、槽鋼等開口截面的鋼構(gòu)件，穿束限位部件為鋼環(huán)9，支撐限位部件為鋼板8。此時(shí)，預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)穿入鋼環(huán)9并通過鋼板8固定在內(nèi)弦桿1或外弦桿2截面的中央(如圖7的剖視圖所示)。上述第一、二、三個(gè)實(shí)施例中，預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)可采用無粘結(jié)高強(qiáng)低松弛鋼絞線或其它高強(qiáng)低松弛材料，尤其是高強(qiáng)、高彈性模量、低松弛的材料。預(yù)應(yīng)力拉索的預(yù)應(yīng)力施加與所述鋼桁架系統(tǒng)所受的反復(fù)荷載相匹配。上述各實(shí)施例的自適應(yīng)承載式鋼桁架系統(tǒng)的施工方法，具體包括如下步驟(1)首先用鋼材分別制作成桁架構(gòu)件、限位器。所述的構(gòu)件包括內(nèi)弦桿1、外弦桿2和腹桿3，所述的限位器由鋼套管6或鋼環(huán)9等穿束限位部件和圓鋼7或鋼板8等支撐限位部件組焊而成。(2)當(dāng)鋼桁架弦桿(1/2)、腹桿3制作采用開口截面時(shí)，限位器支撐鋼板8與鋼桁架弦桿(1/2)、節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)位置連接牢固；當(dāng)鋼桁架弦桿(1/2)、腹桿3制作采用閉口截面時(shí)，限位器通過圓鋼7支撐在鋼桁架弦桿(1/2)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)位置的中央，不與弦桿(1/2)、節(jié)點(diǎn)連接。(3)當(dāng)鋼桁架弦桿(1/2)、腹桿3采用開口截面時(shí)，可按常規(guī)方法直接完成預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)的穿束；當(dāng)鋼桁架弦桿(1/2)、腹桿3采用閉口截面時(shí)，先將拉索(4/5)穿入鋼管套，并通過計(jì)算，將預(yù)定數(shù)量的鋼管套用細(xì)鐵絲等固定于拉索(4/5)長(zhǎng)度方向上的預(yù)定位置，這樣，預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)張拉完成后，限位器按預(yù)想要求將預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)支撐在鋼桁架弦桿(1/2)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)位置的中央。(4)桁架內(nèi)弦桿1、外弦桿2中的預(yù)應(yīng)力拉索(4/5)應(yīng)對(duì)稱平行張拉，或根據(jù)計(jì)算確定的張拉次數(shù)及張拉次序交替平行張拉以完成預(yù)應(yīng)力的施加。下面以本發(fā)明應(yīng)用于承受風(fēng)壓力與風(fēng)吸力的幕墻立柱為例，通過計(jì)算對(duì)比分析進(jìn)一步證明本發(fā)明的效果。(1)計(jì)算說明本例中構(gòu)造了承受反復(fù)橫向均布荷載的普通鋼管桁架、單邊張拉預(yù)應(yīng)力鋼管桁架、雙邊張拉預(yù)應(yīng)力鋼管桁架3種情況。其中，桁架弦桿截面均采用①89X6，腹桿截面均采用。48X3.5，材質(zhì)均為Q345B，拉索均采用2束7。j5高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力拉索的初始張力均為200kN，桁架高20m，寬2m，兩端鉸接，桁架右側(cè)弦桿節(jié)點(diǎn)分別承受±10kN的橫向節(jié)點(diǎn)荷載，計(jì)算分析采用ANSYS11.0。(2)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析3種工況下計(jì)算結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(3)小結(jié)從計(jì)算分析結(jié)果可以看出，對(duì)于承受反復(fù)橫向荷載的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的單邊設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索的鋼桁架當(dāng)預(yù)應(yīng)力的作用與荷載作用方向一致時(shí)，施加的預(yù)應(yīng)力會(huì)增大結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形而變?yōu)椴焕饔?。而本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)體系中，受壓弦桿一側(cè)預(yù)應(yīng)力拉索通過與主體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)而降低拉索索力，從而削弱對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響直至失效；而受拉一側(cè)的預(yù)應(yīng)力拉索通過與主體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)而伸長(zhǎng)，從而增大索力、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度、改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)有益作用。以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。權(quán)利要求自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于包括內(nèi)弦桿、外弦桿，在所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿之間連接有腹桿，在所述內(nèi)弦桿、所述外弦桿中均設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索。2.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于在所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿的連接節(jié)點(diǎn)上設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索。3.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力拉索由限位器固定在所述內(nèi)弦桿或者所述外弦桿內(nèi)，并使所述預(yù)應(yīng)力拉索在橫截面內(nèi)處于所述內(nèi)弦桿或者所述外弦桿的中央，所述內(nèi)弦桿或者外弦桿與所述腹桿連接的節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置限位器。4.如權(quán)利要求3的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿為閉口截面的鋼管。5.如權(quán)利要求3的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿為開口截面的鋼構(gòu)件。6.如權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述限位器包括穿束限位部件和支撐限位部件。所述支撐限位部件連接于所述穿束限位部件與所述內(nèi)弦桿或所述外弦桿之間。7.如權(quán)利要求6的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述穿束限位部件為鋼管套或者鋼環(huán)，所述支撐限位部件為圓鋼或者鋼板。8.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力拉索的預(yù)應(yīng)力施加與所述鋼桁架系統(tǒng)所受的反復(fù)荷載相匹配。9.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力拉索為無粘結(jié)高強(qiáng)低松弛鋼絞線。10.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力拉索為高強(qiáng)、高彈性模量、低松弛的鋼絞線。全文摘要一種自適應(yīng)承載式預(yù)應(yīng)力鋼桁架系統(tǒng)，其包括內(nèi)弦桿、外弦桿，在所述內(nèi)弦桿和所述外弦桿之間連接有腹桿，在所述內(nèi)弦桿、所述外弦桿中均設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索。該自適應(yīng)承載式鋼桁架系統(tǒng)充分利用鋼構(gòu)件和拉索的特性，將其有機(jī)地組合成一種結(jié)構(gòu)剛度好且承載力大的新型預(yù)應(yīng)力鋼桁架體系，且能夠根據(jù)系統(tǒng)的受荷情況自適應(yīng)地調(diào)整各組成構(gòu)件的工作狀態(tài)和受力狀態(tài)，特別適用于承受反復(fù)橫向荷載。文檔編號(hào)E04C3/10GK101787769SQ201010112060公開日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年2月9日優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日發(fā)明者婁風(fēng),王龍,石開榮,高俊岳申請(qǐng)人:廣州市建筑集團(tuán)有限公司