[发明专利]预应力离心混凝土管式空间杆系结构

说明书

本发明涉及建筑领域中的一种大跨空间结构，特别是一种预应力离心混凝土管式网架（网壳、扭壳等）结构。适应于20～80M，乃至更大跨度。

现有大跨网架（网壳、扭壳等）结构，主要由钢管及空心钢球或螺栓球节点，通过焊接或螺栓连接，按一定的构成规律而组成。考虑到钢管成型工艺复杂，造价较高，也有以角钢或其它型钢代替，通过特殊冲压板节点或其它措施连接而成。当网架受力后，杆件承受拉、压轴向力。当今国内外采用的均为此类网架（网壳）结构。由于钢管造价高，而角钢受压稳定性能低。同时，此类钢结构易受环境腐蚀，且防火性能差，维护费用高。另一方面，单向钢筋混凝土结构，包括预应力混凝土桁架结构，因其单向受力，空间刚度差，跨度有限，自重较大，且不便工厂化生产，从而延长现场施工工期。

本发明的目的是要提供一种造价低、自重轻、稳定性能好，耐火、抗腐蚀、抗开裂、便于工厂化生产、运输及现场拼装的新型大跨空间结构体系，即预应力离心混凝土管式网架（网壳、扭壳等）。

本发明是以预应力离心混凝土管式杆件（即类似于在电力输送业中广泛使用的预应力离心混凝土杆）替代通常的钢管及型钢杆件，并通过杆件两端的锚固钢环（或锥头及连接螺栓）与空心钢球（或螺栓球）相连接，从而组成各种网架（网壳）或其它空间杆系结构（折板、扭壳等）。预应力离心混凝土管式杆件是按如下方法制作：按规定长度截取所需数量的预力钢筋（φ12～φ16）将其周边均匀地搭接焊在φ100×8～φ140×12长120～150MM的两端钢环外侧，两端钢环直径及长度具体由计算所确定，外径一般较混凝土管小50～70MM，长度满足搭接长度外，另加60～80MM。预应力离心混凝土管件一般长2500～6000MM（但应扣除节点的直径长度，考虑到节点钢球与两端钢环的相贯尺寸）。管件壁厚一般为30～60MM。倘采用高强钢丝作预应力筋时，则可分别采用带墩头锚孔的钢环（此外钢环外套焊接在杆的两端锚固内钢环上）或带墩头锚孔的锻钢锥头并通过连接螺栓与螺栓球相连。预应力高强钢丝（φ5～φ7）则经墩头后，锚固在杆件两端锚具上。尔后，将两端连接钢环或锚具经张拉固定在预应力混凝土管式杆件的钢模上。即可按通常离心法生产所需直径、厚度和强度的预应力离心混凝土管件。杆件和球节点拼装后，以特制的钢丝网片将球节点外露金属部分包裹，然后用高强度砂浆喷涂，使球节点及网片被复盖。由于可采用普通钢筋混凝土生产管件，其造价低于钢管结构，且这种结构受压稳定性好、抗裂、抗腐、耐火。结构自重较之钢管结构增加极有限，相对整个屋面系统荷载增加不过15～20%，而其增加，对于下部由其高度控制截面尺寸的支承柱来说，在抵抗水平荷载，尤其是风载时，因其自重的有限增加，减少了偏心距，反而对结构有利。

下面结合附图对发明实施例作进一步描述：

图1（a）、（b）为本发明的网架（网壳）平、剖面图。

图2（a）、（b）、（c）为本发明的网架（网壳）的基本构件预应力离心混凝土管式杆件，其两端为锚固钢环，或带墩头锚具的锚固钢环，亦可为留有墩头锚孔和配有连接螺栓的锻钢锥头。

参照图1，这是一种符合使用条件、具有良好强度、刚度及稳定性的空间网架（网壳）结构。它由预应力离心混凝土管件通过其两端锚固钢环（或由锥体铸钢件及连联螺栓）与空心球（或螺栓球）相连接。图2（a）、（b）、（c）所示预应力离心混凝土管，其受力主筋与两端锚固连接件的连接方式有三种，连接件与管内受力钢筋连接方式见图3。图3（a），为杆端锚固钢环，受力主筋沿钢环周边均匀搭接焊在环壁外侧，钢环外径较混凝土管外径小50～70MM，钢环且应外露60～80MM。图3（b）为带有墩头锚孔的钢环，并外套焊接在锚固钢环上，此带有墩头锚孔的外套钢环径向宽度一般为30～40MM，外径一般较预应力离心混凝土管径小1～2MM。图3（c）为带有墩头锚孔的锻钢锥头件，锥头大头直径一般较混凝土管外径小1～2MM，螺栓直径一般为M16至M60或更大。

结构拼装后，以特制冲压成型的钢丝网片将节点外露金属包裹，尔后用高强砂浆喷涂，使球节点及网片为砂浆所复盖。