一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构及施工方法

摘要

本发明涉及建筑桁架技术领域，且公开了一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构，包括桁架、彩钢板和连接单元，所述桁架的一端固定连接有固定座，所述桁架的另一端固定连接有固定板，且固定板设有弯折部，所述固定板与连接单元相连，所述桁架的上端连接有多个横杆，多个所述横杆的两端均设有连接部，且横杆通过连接部连接有连接机构。该基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构及施工方法，可以通过模块化设计降低运输和吊装的难度，且桁架结构具有较高的吸能性，同时桁架结构用料少自重轻，不影响建筑物的内部空间。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑桁架技术领域，具体为一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构及施工方法。

背景技术

桁架结构是格构化的一种梁式结构，桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架，桁架的各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布，由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力，在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构，最常见的悬架结构为整体式的三角形和弧形结构。

目前，传统的三角形桁架结构受到下玄杆的限制，一定程度上影响了建筑物内部的空间，此外，弧形结构的桁架结构虽然不影响建筑物内部的空间，但是其用料多，自重也大，而且桁架结构均为整体式设计，弦杆和腹杆均采用焊接的方式，虽然结构强度大，这不仅增加了运输和吊装的难度，其刚性的连接结构也降低了桁架的抗震性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构及施工方法，可以通过模块化设计降低运输和吊装的难度，且桁架结构具有较高的吸能性，同时桁架结构用料少自重轻，不影响建筑物的内部空间等优点，解决了传统的三角形桁架结构受到下玄杆的限制，一定程度上影响了建筑物内部的空间，此外，弧形结构的桁架结构虽然不影响建筑物内部的空间，但是其用料多，自重也大，弦杆和腹杆均采用焊接的方式，虽然结构强度大，这不仅增加了运输和吊装的难度，其刚性的连接结构也降低了桁架的抗震性的问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构，包括桁架、彩钢板和连接单元，所述桁架的一端固定连接有固定座，所述桁架的另一端固定连接有固定板，且固定板设有弯折部，所述固定板与连接单元相连，所述桁架的上端连接有多个横杆，多个所述横杆的两端均设有连接部，且横杆通过连接部连接有连接机构；

所述连接机构用于在施工时临时连接相邻的两个横杆，同时在安装后对两个横杆的连接处进行固定；

所述横杆的杆壁上通过安装槽固定连接有卡块，所述横杆通过卡块与彩钢板的侧壁相连。

优选的，所述连接机构包括U形块，所述U形块的两个竖直部上端均开设有直角缺口，所述U形块通过直角缺口卡接有压板，所述压板的侧壁开设有圆孔，所述压板的两端均设有卡接部，所述U形块的两个竖直部上端均设有两个环形部，所述U形块通过环形部套接有两个插销，两个所述插销的侧壁均开设有缺口，且缺口与卡接部卡接，所述U形块的水平部一侧固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱穿过圆孔并螺纹连接有螺帽；

所述压板的下端对称固定连接有多个三角块，所述直角缺口的一侧开设有多个第一豁口，所述连接部的边角处开设有多个第二豁口，所述第一豁口和第二豁口共同与三角块卡接，所述U形块的侧壁对称固定连接有两个连接片，两个所述连接片的侧壁均开设有多个安装孔。

优选的，所述连接单元包括支撑架，所述支撑架的侧壁对称固定连接有两个弯板，且弯板的弯折角度与弯折部相同，所述弯板和固定板通过多个第一螺栓固定连接，两个所述弯板的下端共同固定连接有支撑杆，所述支撑杆的两端均对称固定连接有两个顶杆，两个所述顶杆的一端均与弯板的侧壁固定连接；

所述支撑杆的两端均倾斜固定连接有托板，且托板与桁架相连，所述桁架的侧壁对称固定连接有两个支撑板，两个所述支撑板均通过第二螺栓与支撑杆的杆壁固定连接。

优选的，所述横杆的杆壁上固定连接有圆板，所述圆板的上端固定连接有橡胶圈，所述橡胶圈内设有圆台，所述圆台的一端与圆板固定连接，所述圆台的另一端设有弧形面，所述圆台的上端开设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔内螺纹连接有螺钉，所述螺钉上套接有压环，所述压环的下端开口处开设有与圆台相配合的坡口，所述横杆通过螺钉和压环配与彩钢板连接。

优选的，所述卡块的下端设有两个凸起，所述卡块通过两个凸起卡接有弧形块，所述弧形块的一端设有两个定位凸起，所述弧形块的另一端设有倾斜面，所述弧形块与桁架的侧壁固定连接，所述拉杆固定在卡块上。

优选的，所述卡块的侧壁通过通孔套接有固定螺栓，所述弧形块的侧壁通过第二螺纹孔与固定螺栓连接，所述固定螺栓与弧形块配合固定拉杆，且拉杆为X形结构。

本发明还提供了一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、在施工现场组装屋顶桁架结构；

步骤二、在相邻的两个屋顶桁架结构之间用安装连接机构、拉杆和加强杆连接；

步骤三、安装彩钢板，并对接缝处做防水处理；

步骤四、在屋顶桁架顶部安装屋脊。

优选的，所述步骤一中的屋顶桁架结构由一个连接单元、两个桁架、两个彩钢板以及多个横杆组成，桁架上安装的横杆根据屋顶跨度设置，且连接单元、桁架和横杆的组装作业在地面进行。

优选的，所述步骤二中屋顶桁架结构组装后吊装至建筑物立柱顶部进行固定安装，使用连接机构临时连接相邻的横杆，在安装拉杆和加强杆后再次使用连接机构固定横杆。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构，具备以下有益效果：

1、本发明在使用的时候，通过在施工现场组装屋顶桁架结构，每个屋顶桁架结构均由一个连接单元、两个桁架、两个彩钢板以及多个横杆组成，且连接单元、桁架和横杆的组装作业在地面进行，即便于运输，也便于吊装，并且各个组成单元之间调节具有调节间隙，降低了安装时的技术要求，此外，压环、螺钉上、与圆台配合能在彩钢板上的装配孔处压出一个凸缘，进而可以与橡胶圈配合起到良好的防水效果，无需进行额外的防水处理作业。

2、本发明设置有的连接机构，在使用时，将插销插入环形部内用于对横杆进行临时固定，用压板卡入直角缺口内，并使用螺帽与螺纹柱配合压紧压板，压板上的三角块使U形块与横杆之间稳固连接不易松脱，同时卡接部卡合在缺口内，对插销进行定位，增加横杆的连接处抗压强度，同时U形块之间通过拉杆相连，有效的降低了横杆连接处的受力强度，且U形块与横杆之间的间隙可有效增加其缓冲性能。

3、本发明设置有的连接单元，在固定板利用弯折部与弯板时，利用弯折的结构可以实现固定板与弯板的卡接，且连接单元的弯板从两个方向承受桁架传递的挤压力和下压力，然后在利用第一螺栓加以固定，即加强了固定板与弯板之间的连接强度，也实现了柔性连接，使桁架结构具有良好的吸能效果，此外，卡块与弧形块卡接可快速安装横杆，且固定螺栓同时对卡块和拉杆进行固定安装，进而实现安装过程桁架、彩钢板、横杆和拉杆之间均具有一定的吸能性，增加了屋顶桁架结构的抗震性。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构图1的仰视图；

图3为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中横杆的结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构施工后的效果图；

图5为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构图4中A处的结构放大图；

图6为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构图4中B处的结构放大图；

图7为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中连接单元结构示意图；

图8为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中连接机构的结构示意图；

图9为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构图8中压板和三角块的结构示意图；

图10为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中圆板圆台和压环的结构示意图；

图11为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中卡块和弧形块的剖视图；

图12为本发明提出的一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构中卡块和弧形块的结构示意图。

图中：1、支撑架；2、弯板；3、桁架；4、拉杆；5、横杆；6、彩钢板；7、固定板；8、卡块；9、支撑杆；10、顶杆；11、支撑板；12、托板；13、螺帽；14、三角块；15、卡接部；16、插销；17、缺口；18、环形部；19、直角缺口；20、第一豁口；21、连接片；22、第二豁口；23、U形块；24、螺纹柱；25、连接部；26、压板；27、螺钉；28、压环；29、圆台；30、橡胶圈；31、圆板；32、弧形块；33、固定螺栓；34、凸起；35、定位凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参照附图1-12,一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构，包括桁架3、彩钢板6和连接单元，桁架3的一端固定连接有固定座，桁架3的另一端固定连接有固定板7，且固定板7设有弯折部，固定板7与连接单元相连，桁架3的上端连接有多个横杆5，多个横杆5的两端均设有连接部25，且横杆5通过连接部25连接有连接机构，连接机构用于在施工时临时连接相邻的两个横杆5，同时在安装后对两个横杆5的连接处进行固定。

横杆5的杆壁上固定连接有圆板31，圆板31的上端固定连接有橡胶圈30，橡胶圈30内设有圆台29，圆台29的一端与圆板31固定连接，圆台29的另一端设有弧形面，圆台29的上端开设有第一螺纹孔，第一螺纹孔内螺纹连接有螺钉27，螺钉27上套接有压环28，压环28的下端开口处开设有与圆台29相配合的坡口，横杆5通过螺钉27和压环配28与彩钢板6连接。

本发明在使用的时候，在连接单元两侧对称固定两个桁架3，并将横杆5固定在桁架3的对应位置，组装后进行吊装，吊装后，将固定座与对应的立柱(图中未示出)上，随后，用连接机构临时连接相邻的两个横杆5，然后在对应位置安装固定拉杆4和加强杆(如图4所示)，最后在用连接机构对两个横杆5的连接处进行固定，最后铺设安装彩钢板6，彩钢板6上预先按照设计的尺寸冲出装配孔洞，在固定时，先将压环28套在螺钉27上，然后将螺钉27旋进第一螺纹孔内，螺钉27压紧压环28时，圆台29上端的弧形面与压环28下端的坡口配合压紧彩钢板6，此时彩钢板6上的装配孔处被压至变形形成一个凸缘，进而可以与橡胶圈30配合起到良好的防水效果，无需对固定点进行额外的防水处理作业。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

参照附图8-9,所述连接机构包括U形块23，U形块23的两个竖直部上端均开设有直角缺口19，U形块23通过直角缺口19卡接有压板26，压板26的侧壁开设有圆孔，压板26的两端均设有卡接部15，U形块23的两个竖直部上端均设有两个环形部18，U形块23通过环形部18套接有两个插销16，两个插销16的侧壁均开设有缺口17，且缺口17与卡接部15卡接，U形块23的水平部一侧固定连接有螺纹柱24，螺纹柱24穿过圆孔并螺纹连接有螺帽13；

压板26的下端对称固定连接有多个三角块14，直角缺口19的一侧开设有多个第一豁口20，连接部25的边角处开设有多个第二豁口22，第一豁口20和第二豁口22共同与三角块14卡接，U形块23的侧壁对称固定连接有两个连接片21，两个连接片21的侧壁均开设有多个安装孔。

本发明设置有的连接机构，在使用时，先将U形块23由下向上扣在相邻的两个横杆5上的连接部25，并将插销16插入环形部18内，进而对横杆5进行临时固定，然后在连接拉杆4和加强杆(如图3-5中所示)，最后将压板26卡入直角缺口19内，并使用螺帽13与螺纹柱24配合压紧压板26，压板26上的三角块14卡入第二豁口22内挤压横杆5上的连接部25，且三角块14同时卡入第一豁口20内，使U形块23与横杆5之间稳固连接，不易松脱，同时压板26上的卡接部15卡合在插销16上的缺口17内，对插销16进行定位，使U形块23与插销16和压板26配合增加横杆5的连接处抗压强度，同时U形块23之间通过连接片21和拉杆4相连，有效的降低了横杆5连接处的受力强度，此外，U形块23与横杆5之间的间隙可有效增加其缓冲性能。

实施例3：基于实施例1有不同的是；

参照附图7,连接单元包括支撑架1，支撑架1的侧壁对称固定连接有两个弯板2，且弯板2的弯折角度与弯折部相同，弯板2和固定板7通过多个第一螺栓固定连接，两个弯板2的下端共同固定连接有支撑杆9，支撑杆9的两端均对称固定连接有两个顶杆10，两个顶杆10的一端均与弯板2的侧壁固定连接，支撑杆9的两端均倾斜固定连接有托板12，且托板12与桁架3相连，桁架3的侧壁对称固定连接有两个支撑板11，两个支撑板11均通过第二螺栓与支撑杆9的杆壁固定连接；

横杆5的杆壁上通过安装槽固定连接有卡块8，横杆5通过卡块8与彩钢板6的侧壁相连，卡块8的下端设有两个凸起34，卡块8通过两个凸起34卡接有弧形块32，弧形块32的一端设有两个定位凸起35，弧形块32的另一端设有倾斜面，弧形块32与桁架3的侧壁固定连接，拉杆4固定在卡块8上，卡块8的侧壁通过通孔套接有固定螺栓33，弧形块32的侧壁通过第二螺纹孔与固定螺栓33连接，固定螺栓33与弧形块32配合固定拉杆4，且拉杆4为X形结构。

本发明设置有的连接单元，在固定板7利用弯折部与弯板2时，利用弯折的结构可以实现固定板与7弯板2的卡接，且连接单元的弯板2从两个方向承受桁架3传递的挤压力和下压力，然后在利用第一螺栓加以固定，即加强了固定板7与弯板2之间的连接强度，也实现了柔性连接，使桁架结构具有良好的吸能效果，此外在固定横杆5时，直接将横杆5上的卡块8与桁架3上的弧形块32卡接，卡接后横杆5与卡块8之间预连接，在使用固定螺栓33固定拉杆4后，固定螺栓33穿过拉杆4、卡块8与弧形块32上的第二螺纹孔连接，进而连接后桁架3上无需打孔，且弧形块32既可以增加桁架3受力点的结构强度，也可以使用固定螺栓33同时对卡块8和拉杆4进行固定安装，进而实现安装过程桁架3、彩钢板6、横杆5和拉杆4之间均具有一定的吸能性，增加了屋顶桁架结构的抗震性。

本发明还提供了一种基于结构力学的建筑屋顶桁架支撑结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、在施工现场组装屋顶桁架结构，每个屋顶桁架结构均由一个连接单元、两个桁架3、两个彩钢板6以及多个横杆5组成，桁架3上安装的横杆5根据屋顶跨度设置，且连接单元、桁架3和横杆5的组装作业在地面进行，屋顶桁架结构采用模块化生产，即便于运输，也便于吊装，并且各个组成单元之间调节具有调节间隙，降低了安装时的技术要求；

步骤二、在相邻的两个屋顶桁架结构之间用安装连接机构、拉杆4和加强杆连接，屋顶桁架结构组装后吊装至建筑物立柱顶部进行固定安装，使用连接机构临时连接相邻的横杆5，在安装拉杆4和加强杆后再次使用连接机构固定横杆5，连接机构以较大的接触面积保证两个横杆5之间的连接强度，并且以拉杆4直接连接桁架3，使连接机构受到的力分散至桁架3上，既可以保证桁架3与横杆5之间的连接强度，也可以使二者之间具备较高的吸能性。

步骤三、安装彩钢板6，并对接缝处做防水处理，采用粘接胶或铺设防水卷材；

步骤四、在屋顶桁架顶部安装屋脊。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。