[实用新型]一种长方形平面超大跨度预应力空间管桁架屋盖

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种长方形平面超大跨度预应力空间管桁架屋盖，属于跨度大于或等于90米、小于或等于150米的超大跨度预应力钢结构屋盖技术领域。

背景技术

随着经济建设和社会发展，大型公共建筑中的会展中心、高速铁路的候车厅、航站楼及工业建筑的飞机机库、火力发电厂的干煤棚等建筑钢结构屋盖，其跨度要求越来越大，钢网格结构(网架与网壳)规程中跨度等于60米时为大跨度，跨度超过此限值达到90米～150米的跨度时为超大跨度，对于跨度在60米左右时的建筑，现有技术一般都采用梭形空间管桁架结构，其技术经济指标较好；当跨度达到90米～150米时，如果再采用梭形空间管桁架结构，其技术经济指标将迅速下降。由于梭形空间管桁架的上弦杆受压，下弦杆受拉，则梭形空间管桁架的抗弯刚度(E_SI)主要体现在其折算惯性矩I＝A₁A₂h²/(A₁+A₂)，(式中h表示的是梭形空间管桁架中央结构高度，A₁、A₂分别表示梭形空间管桁架的上弦与下弦截面面积)，由表达式可知，梭形空间管桁架的抗弯刚度与管桁架中部结构高度平方成正比，按现有技术的刚度要求，梭形空间管桁架中部结构高度h的数值一般在h≥L₂/12范围(公式中L₂为跨度)，按此要求，当L₂＝90米时，h＝7.5米，而组成梭形空间管桁架的斜腹杆其与水平线的夹角按α≈60°时，它的长度为8.66米左右，当L₂＝150米时，h＝12.5米，其斜腹杆的长度为14.4米左右，而梭形空间管桁架的上、下弦杆的钢管截面由结构弯曲变形产生很大的压力和拉力控制，而斜腹杆钢管截面由结构剪切变形产生较小的拉、压力控制，且接近跨中斜腹杆长度大的拉、压力更小。如果当跨度L为90米时，梭形空间管桁架中的斜腹杆(压杆)按其所需强度计算，其斜腹杆的配杆仅为Φ114×4(g＝10.85kg/m，这里g表示每米钢管重量)，但按压杆长细比λ≤180的规定控制，应采用Φ152×5(g＝23kg/m)，两者相差12.15kg/m；当跨度为150米时，斜腹杆强度控制值需Φ127×4.5(g＝17.32kg/m)，而按长细比的规定控制，则斜腹杆需配制Φ245×6.5(g＝38.23kg/m)，两者相差21kg/m。一般梭形空间管桁架要确保满足变形要求，其结构高度h≥L₂/12的范围，当跨度达90m～150m时，为确保结构刚度要求，其结构高度将猛增(h＝7.5米～15.5米)，从而导致梭形空间管桁架的中间斜腹杆长度更长，达8.66米～14.4米，而此处内力很小，按长细比构造要求也将使斜腹杆用钢量猛增。另外，由于梭形空间管桁架的结构高度过大，导致室内空间高度更大，对建筑节能极为不利。因此，现有的梭形空间管桁架结构在用于超大跨度的建筑时还是不够理想。在确保结构刚度和强度的条件下，降低结构高度，减少用钢量，是结构工程师开拓新型结构体系的主要思路。

在本世纪初、上世纪末出现的国外引进技术，即张弦梁(B.S.S)及张弦桁架(T.S.S)在国内多个大型公共建筑屋盖中出现，如上海浦东国际机场航站楼(跨度为82.6米)采用张弦梁；广州国际会展中心(跨度为126.5米)采用张弦桁架。实践证明此类自平衡结构体系不仅结构高度达到其跨度长度L₂的(1/10～1/8)L₂，而且施工成型难度大，用钢量大，在沿海地区，屋面风吸力克服结构自重后，钢索松弛造成结构体系改变(梁式改变为拱式)，为此还需配重来确保结构安全，进一步增大用钢量。