一种单层钢桁架屋顶结构的制作方法

1.本实用新型属于异形钢屋架，特别是一种单层钢桁架屋顶结构。


背景技术：

2.在钢屋架结构中，一般双向桁架结构结构型式单调，主要为矩形形态，无法形成有效的造型效果。当设计成造型新颖的屋架，例如马蹄形钢屋架时，现有的双向桁架结构已经无法满足其造型需求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种单层钢桁架屋顶结构，要解决现有双向桁架结构结构型式单调，主要为矩形形态，无法形成有效的造型效果的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种单层钢桁架屋顶结构，包括屋面支撑柱和屋面结构梁，其中屋面结构梁的顶面位于同一平面内，该平面内的支撑钢屋架的外轮廓为左右对称的马蹄形，包括底边和两侧的马蹄壁外侧边，所述马蹄壁外侧边的前端逐渐弧形收口围合，该钢屋架的内轮廓包括与马蹄壁外侧边的轮廓形状相适应、设置在马蹄壁外侧边围合的空间内的马蹄壁内侧边，马蹄壁内侧边与马蹄壁外侧边之间设有间隔距离，
6.所述屋面支撑柱包括支撑边柱、支撑框架柱和支撑环柱，所述屋面结构梁包括支撑边梁、支撑框架主梁、支撑框架次梁、屋面环梁、屋面伸臂梁和屋面悬挑梁，
7.所述支撑边柱包括沿底边位置间隔分布的底边柱，最外侧两个底边柱为底边外柱，支撑边柱还包括沿马蹄壁外侧边位置靠近底边柱分别设置的一个侧边柱，所述侧边柱相对底边外柱设置在其外侧，靠近底边柱的第一个支撑环柱为桁梁起始柱，其所在的横向位置前侧为桁架梁分布起始位置，
8.所述支撑框架柱分布在马蹄壁内侧边围合的空间内、支撑边柱与马蹄壁内侧边之间，是沿钢屋架纵向中线两侧横向对称设置、纵向间隔设置的两列柱，
9.所述支撑环柱沿马蹄壁内侧边的位置间隔分布，并左右对称设置直至最前侧支撑框架柱的纵向延长线位置，
10.所述支撑边梁包括固定连接在支撑边柱之间的边柱梁，还包括固定连接在底边柱与支撑框架柱之间的边框梁，还包括固定连接在侧边柱与支撑环柱之间的侧环梁，
11.所述支撑框架主梁固定连接在支撑框架柱之间，支撑框架主梁与支撑框架柱形成两道钢屋架内部纵线，所述支撑框架主梁包括纵向主梁和横向主梁，
12.所述支撑框架次梁设有一组、固定连接在纵向主梁之间，
13.所述屋面环梁沿马蹄壁内侧边设置、固定连接在支撑环柱之间，自所述桁梁起始柱向前所有的屋面环梁均为桁架环梁，所述屋面环梁包括环梁上弦杆、环梁下弦杆和环梁腹杆，
14.所述屋面伸臂梁设有一组，其远端沿马蹄壁内侧边设置，其两端分别固定连接在
钢屋架内部纵线上的梁柱构件与马蹄壁内侧边上的梁柱构件之间，自所述桁梁起始柱向前所有的屋面伸臂梁均为桁架伸臂梁，所述屋面伸臂梁包括伸臂梁上弦杆、伸臂梁下弦杆和伸臂梁腹杆；
15.所述屋面悬挑梁设有一组，其远端沿马蹄壁外侧边设置，其内端与马蹄壁内侧边上的梁柱构件固定连接，所述屋面悬挑梁的远端通过沿马蹄壁外侧边设置的屋面边缘上连梁连接为一体，自所述桁梁起始柱向前所有的屋面悬挑梁均为桁架悬挑梁，所述屋面悬挑梁包括悬挑梁上弦杆、悬挑梁下弦杆和悬挑梁腹杆。
16.最前侧的支撑框架柱为桁梁姿态分布柱，其所在的横向位置前侧为桁架梁弧形姿态分布起始位置。
17.所述桁架伸臂梁包括伸臂横梁、伸臂纵梁和伸臂斜梁，所述伸臂横梁在桁梁起始柱所在横向位置与桁梁姿态分布柱所在横向位置之间的范围内横向平行间隔设置，所述伸臂纵梁在桁梁姿态分布柱与最前侧的支撑环柱之间的范围内纵向平行间隔设置，所述伸臂斜梁在伸臂横梁与伸臂纵梁之间的范围内放射状间隔设置，其一端与临近的伸臂横梁的柱连接端固定连接，其另一端与该位置对应的马蹄壁内侧边上的梁柱构件固定连接。
18.所述桁架悬挑梁包括悬挑横梁、悬挑纵梁和悬挑斜梁，每道桁架悬挑梁与内侧桁架伸臂梁的安装位置的外延线均一一对应设置，其中悬挑梁上弦杆与悬挑梁下弦杆的外端固定连接为一点，所述屋面边缘上连梁连接相邻两点，所述悬挑梁下弦杆是由两段构件弯折连接而成，相邻两个弯折点之间通过屋面边缘下连梁固定连接。
19.所述支撑边柱和支撑环柱的顶面与屋面结构梁的顶面位于同一平面内。
20.所述支撑框架柱包括长柱和短柱，所述短柱的位于最前端、其顶面与屋面结构梁的顶面位于同一平面内，所述长柱的顶部伸出该平面并且长柱的顶部四侧固定连接有连接短梁。
21.所述支撑边柱、支撑环柱和支撑框架柱均为方钢管柱，自桁梁起始柱向后的支撑边梁、屋面环梁、屋面伸臂梁和屋面悬挑梁均为工字钢梁，所述支撑框架主梁和支撑框架次梁均为工字钢梁。
22.自桁梁起始柱向后的屋面伸臂梁顶面上还左右对称固定连接有纵向的拉接加强梁。
23.与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：
24.本实用新型的单层钢桁架屋顶结构是通过梁柱安装设计形成的异形屋架，通过边部生根的支撑边柱、支撑边梁形成屋面起始结构，然后通过设计支撑环柱、屋面环梁、屋面悬挑梁形成马蹄形轮廓，再通过设计框架内部的支撑框架柱、支撑框梁的主次杆件的编制及衔接的屋面伸臂梁形成整体马蹄形的屋架。本实用新型的屋面结构为单层双向桁架结构，造型与马蹄造型极为相似，提供了一种新型的组合造型结构的设计思路。
25.本实用新型中为了形成马蹄形结构，特别设计了特殊的单层双向桁架结构，包括屋面环梁、屋面伸臂梁和屋面悬挑梁分别使用桁架并进行组合，形成了马蹄造型钢屋架，在保证了造型效果的同时，保证了结构受力的可靠性，满足了公用建筑例如图书馆对于采光的要求，保证了结构受力的可靠性。
26.本实用新型特意设计成左右对称的单层双向桁架结构，比起单排框架柱，中间两道支撑框架柱、支撑框架主梁和支撑框架次梁，形成主体受力框架，使受力中心平衡的作用
更加稳定，并通过屋面伸臂梁传力至支撑环柱和屋面环梁，随后传力至屋面悬挑梁。本实用新型针对性设计了该位置梁柱的安装姿态，设定桁梁起始柱可以清楚的设计传力路径，自该位置向前均将普通工字钢梁换成桁架梁进行设计，保证受力的稳定。并且根据马蹄形的形状特点，将前端设计成弧形收口形状，同时还设定了桁梁姿态分布柱，保证收口位置的桁架的安装和受力得以实现。
27.本实用新型相较一般双向桁架结构屋架，造型新颖别致，屋架下部空间开阔，特别适用于图书馆等对采光要求较高的公用建筑。
附图说明
28.下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
29.图1是本实用新型的结构示意图一。
30.图2是本实用新型的结构示意图二。
31.图3是本实用新型的结构示意图三。
32.图4是本实用新型的结构示意图四。
33.图5是图1-4的后半部结构放大示意图。
34.图6是图1-4的前半部结构放大示意图。
35.图7是本实用新型实施例的单层屋面结构示意图。
36.图8是本实用新型实施例的俯视结构示意图。
37.图9是屋面环梁的连接结构放大示意图。
38.图10是与柱连接的屋面伸臂梁和屋面悬挑梁的连接结构放大示意图。
39.图11是与梁连接的屋面伸臂梁和屋面悬挑梁的连接结构放大示意图。
40.附图标记：1－底边、2－马蹄壁外侧边、3－马蹄壁内侧边、4－支撑边柱、41－底边柱、42－底边外柱、43－侧边柱、5－支撑框架柱、51－桁梁姿态分布柱、52－长柱、53－短柱、6－支撑环柱、61－桁梁起始柱、7－支撑边梁、71－边柱梁、72－边框梁、73－侧环梁、8－支撑框架主梁、81－纵向主梁、82－横向主梁、9－支撑框架次梁、10－屋面环梁、10a－环梁上弦杆、10b－环梁下弦杆、10c－环梁腹杆、11－屋面伸臂梁、11a－伸臂梁上弦杆、11b－伸臂梁下弦杆、11c－伸臂梁腹杆、111－伸臂横梁、112－伸臂纵梁、113－伸臂斜梁、12－屋面悬挑梁、12a－悬挑梁上弦杆、12b－悬挑梁下弦杆、12c－悬挑梁腹杆、121－悬挑横梁、122－悬挑纵梁、123－悬挑斜梁、13－连接短梁、14－拉接加强梁、15－屋面边缘上连梁、16－屋面边缘下连梁。
具体实施方式
41.实施例一参见图1-11所示，一种单层钢桁架屋顶结构，包括屋面支撑柱和屋面结构梁，其中屋面结构梁的顶面位于同一平面内，该平面内的支撑钢屋架的外轮廓为左右对称的马蹄形，包括底边1和两侧的马蹄壁外侧边2，所述马蹄壁外侧边2的前端逐渐弧形收口围合，该钢屋架的内轮廓包括与马蹄壁外侧边2的轮廓形状相适应、设置在马蹄壁外侧边2围合的空间内的马蹄壁内侧边3，马蹄壁内侧边3与马蹄壁外侧边2之间设有间隔距离。
42.所述屋面支撑柱包括支撑边柱4、支撑框架柱5和支撑环柱6，所述屋面结构梁包括支撑边梁7、支撑框架主梁8、支撑框架次梁9、屋面环梁10、屋面伸臂梁11和屋面悬挑梁12。
43.所述支撑边柱4包括沿底边1位置间隔分布的底边柱41，最外侧两个底边柱41为底边外柱42，支撑边柱4还包括沿马蹄壁外侧边2位置靠近底边柱41分别设置的一个侧边柱43，所述侧边柱43相对底边外柱42设置在其外侧。靠近底边柱41的第一个支撑环柱6为桁梁起始柱61，其所在的横向位置前侧为桁架梁分布起始位置，最前侧的支撑框架柱5为桁梁姿态分布柱51，其所在的横向位置前侧为桁架梁弧形姿态分布起始位置。
44.本实施例中，底边柱共间隔设有四根，最外侧两根为底边外柱42，侧边柱43位于底边的外侧，侧边柱相对底边外柱靠前设置，两者之间通过边柱梁71的连接可形成马蹄形底边端圆角。
45.所述支撑框架柱5分布在马蹄壁内侧边3围合的空间内、支撑边柱4与马蹄壁内侧边3之间，是沿钢屋架纵向中线两侧横向对称设置、纵向间隔设置的两列柱。本实施例中，支撑框架柱5共十根形成两列，每列五根。两列支撑框架柱沿中间两根底边柱的延长线纵向设置。
46.所述支撑环柱6沿马蹄壁内侧边3的位置间隔分布，并左右对称设置直至最前侧支撑框架柱5的纵向延长线位置。本实施例中，支撑环柱6共十二根，其中沿纵向左右两侧各自设置五根，还有两根对齐支撑框架柱的延长线纵向设置。
47.所述支撑边柱4和支撑环柱6的顶面与屋面结构梁的顶面位于同一平面内。
48.所述支撑边梁7包括固定连接在支撑边柱4之间的边柱梁71，还包括固定连接在底边柱41与支撑框架柱5之间的边框梁72，还包括固定连接在侧边柱43与支撑环柱6之间的侧环梁73。其中侧环梁73沿马蹄壁内侧边3设置。前述马蹄形底边端圆角以及边柱梁71、边框梁72和侧环梁73的范围内，可以在梁柱或者梁梁之间增设加强梁，保证马蹄形底边端圆角区域成形。
49.所述支撑框架主梁8固定连接在支撑框架柱5之间，支撑框架主梁8与支撑框架柱5形成两道钢屋架内部纵线，所述支撑框架主梁8包括纵向主梁81和横向主梁82。所述支撑框架次梁9设有一组、固定连接在纵向主梁81之间。支撑框架次梁9可以横向设置，也可以在支撑框架次梁9之间继续增设纵向次梁，保证结构稳定。
50.所述屋面环梁10沿马蹄壁内侧边3设置、固定连接在支撑环柱6之间。本实施例中，为了加强屋面结构的支撑，自所述桁梁起始柱61向前所有的屋面环梁10均为桁架环梁，所述屋面环梁10包括环梁上弦杆10a、环梁下弦杆10b和环梁腹杆10c。
51.参见图9所示，为屋面环梁10固定连接在支撑环柱6之间，同时屋面环梁10的两侧还分别连接着屋面伸臂梁11和屋面悬挑梁12。
52.所述屋面伸臂梁11设有一组，其远端沿马蹄壁内侧边3设置，其两端分别固定连接在钢屋架内部纵线上的梁柱构件与马蹄壁内侧边3上的梁柱构件之间。所述屋面伸臂梁11包括伸臂梁上弦杆11a、伸臂梁下弦杆11b和伸臂梁腹杆11c。梁柱构件即梁或柱构件，梁柱构件与其它构件之间的连接关系包括梁梁连接、梁柱连接或者柱柱连接。
53.参见图10所示，为屋面伸臂梁11固定连接在支撑框架柱5与支撑环柱6之间，即钢屋架内部纵线上与马蹄壁内侧边3上的柱柱连接。
54.本实施例中，为了加强屋面结构的支撑，自所述桁梁起始柱61向前所有的屋面伸臂梁11均为桁架伸臂梁。所述桁架伸臂梁包括伸臂横梁111、伸臂纵梁112和伸臂斜梁113。所述伸臂横梁111在桁梁起始柱61所在横向位置与桁梁姿态分布柱51所在横向位置之间的
范围内横向平行间隔设置，所述伸臂纵梁112在桁梁姿态分布柱51与最前侧的支撑环柱6之间的范围内纵向平行间隔设置，所述伸臂斜梁113在伸臂横梁111与伸臂纵梁112之间的范围内放射状间隔设置，其一端与临近的伸臂横梁111的柱连接端固定连接，其另一端与该位置对应的马蹄壁内侧边上的梁柱构件固定连接。梁柱构件即梁或柱构件，梁柱构件与其它构件之间的连接关系包括梁梁连接、梁柱连接或者柱柱连接。
55.所述屋面悬挑梁12设有一组，其远端沿马蹄壁外侧边2设置，其内端与马蹄壁内侧边3上的梁柱构件固定连接，所述屋面悬挑梁12的远端通过沿马蹄壁外侧边2设置的屋面边缘上连梁15连接为一体。
56.参见图10所示，为屋面悬挑梁12固定连接在支撑环柱6的外侧，即屋面悬挑梁12与柱构件连接。参见图11所示，为屋面悬挑梁12固定连接在屋面环梁10的外侧，即屋面悬挑梁12与梁构件连接。
57.本实施例中，为了加强屋面结构的支撑，自所述桁梁起始柱61向前所有的屋面悬挑梁12均为桁架悬挑梁，所述桁架悬挑梁包括悬挑横梁121、悬挑纵梁122和悬挑斜梁123，每道桁架悬挑梁与内侧桁架伸臂梁的安装位置的外延线均一一对应设置，所述屋面悬挑梁12包括悬挑梁上弦杆12a、悬挑梁下弦杆12b和悬挑梁腹杆12c。
58.其中悬挑梁上弦杆12a与悬挑梁下弦杆12b的外端固定连接为一点，所述屋面边缘上连梁15连接相邻两点，所述悬挑梁下弦杆12b是由两段构件弯折连接而成，相邻两个弯折点之间通过屋面边缘下连梁16固定连接。
59.本实施例中，所述支撑边柱4、支撑环柱6和支撑框架柱5均为方钢管柱，也可以为钢管混凝土柱。自桁梁起始柱61向后的支撑边梁7、屋面环梁10、屋面伸臂梁11和屋面悬挑梁12均为工字钢梁，所述支撑框架主梁8和支撑框架次梁9均为工字钢梁。
60.自桁梁起始柱61向后的屋面伸臂梁11顶面上还左右对称固定连接有纵向的拉接加强梁14，保证马蹄形屋面的后侧平稳。
61.所述支撑框架柱5包括长柱52和短柱53，所述短柱53的位于最前端、其顶面与屋面结构梁的顶面位于同一平面内，所述长柱52的顶部伸出该平面并且长柱52的顶部四侧固定连接有连接短梁13。本实施例中，短柱53与桁梁姿态分布柱51为同一柱。
62.这种马蹄形桁架结构钢屋架的施工方法，施工步骤如下：
63.步骤一，根据桁架结构钢屋架的马蹄形设计梁柱安装位置和构件尺寸，然后在工厂加工各个柱和梁构件；
64.步骤二，在既有结构上安装支撑边柱4、支撑框架柱5和支撑环柱6，包括底边柱41和侧边柱43，其中侧边柱43位于底边柱41的外侧；
65.步骤三，确定桁梁起始柱61的位置，桁梁起始柱61与底边柱41的距离大于最后侧的支撑框架柱5与底边柱41的距离；
66.步骤四，在支撑边柱4之间安装边柱梁71，在底边柱41与支撑框架柱5之间安装边框梁72，在侧边柱43与支撑环柱6之间安装侧环梁73；
67.步骤五，在支撑框架柱5之间安装支撑框架主梁8和支撑框架次梁9；
68.步骤六，在支撑环柱6之间安装屋面环梁10；
69.步骤七，在钢屋架内部纵线上的梁柱构件与马蹄壁内侧边3上的梁柱构件之间安装屋面伸臂梁11；
70.步骤八，在马蹄壁内侧边3上的梁柱构件与马蹄壁外侧边2上的梁柱构件之间安装屋面悬挑梁12。
71.本施工方法的梁柱连接、梁梁连接和柱柱连接中，固定连接均为锚栓固定连接或者焊接固定连接。所有构件的上侧表面均预制布置有栓钉。