基于体外预应力的钢-混组合屋架单元、体系及施工方法与流程

本发明涉及建筑施工，尤其是基于体外预应力的钢-混组合屋架单元、体系及施工方法。

背景技术：

1、公知的，在我国大型厂房以及粮仓的建设中，由于屋架的跨径大，通常采用预应力结构体系，预应力屋架结构不仅可以有效提升粮仓在受到雪荷载时的承载能力，而且通过提前预制的方式可以提高屋架的施工精度，降低成本，大幅度缩减工期。

2、目前，预应力屋架通常采用混凝土结构，在屋架下弦杆上张拉预应力，存在自重大，吊装困难以及预应力在使用过程中发生的损失难以监测的问题。

3、现有的预应力混凝土屋架，在屋架与牛腿柱连接处的连接方法通常是对牛腿柱以及屋架中的预埋钢筋进行焊接，或者利用螺栓对牛腿柱上的预留螺栓孔以及屋架上的预留螺栓孔之间进行螺栓连接。因为这种固结的方法会使屋架与混凝土柱的连接处在使用过程中产生较大的弯矩，所以在受到雪荷载以及温度应力的作用下极易产生裂缝，还存在结构强度降低，结构使用寿命缩短，安全隐患增加的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上克服相关技术中的上述不足。为此，本发明提出一种基于体外预应力的钢-混组合屋架单元、体系及施工方法，设计合理且施工简便、使用效果好，能有效解决现有现有大跨径预应力屋架自重大、预应力损失难以监测、与牛腿柱连接处易产生裂缝等问题。

2、根据本发明的一种基于体外预应力的钢-混组合屋架单元，包括：

3、预制屋架模块，被配置为钢-混组合结构，预制屋架模块包括屋架主体，屋架主体的长度方向两端分别形成有第一侧连接部和第二侧连接部；

4、牛腿柱模块，被配置为钢筋混凝土结构，牛腿柱模块包括第一侧牛腿柱和第二侧牛腿柱，第一侧牛腿柱的顶端与第一侧连接部通过嵌合和混凝土现浇筑的组合方式相连，第二侧牛腿柱的顶端与第二侧连接部通过嵌合和伸缩缝对接的组合方式相连；

5、体外预应力调节模块，被配置为平行于屋架主体长度方向设置且两端分别贯穿第一侧牛腿柱与第一侧连接部之间的第一嵌合连接处以及第二侧牛腿柱与第二侧连接部之间的第二嵌合连接处，同时该两端被分别锚固于第一侧牛腿柱和第二侧牛腿柱的外侧。

6、根据本发明的一个实施例，屋架主体包括混凝土结构的上弦杆、下弦杆和竖杆的组合主体及钢管结构的支撑腹杆。

7、根据本发明的一个实施例，第一侧牛腿柱包括第一侧牛腿柱本体，第一侧牛腿柱本体的顶端具有第一预留凹槽和牛腿柱预留钢筋；

8、第一侧连接部包括形成于上弦杆第一端上部的屋架预留钢筋，屋架预留钢筋用于与牛腿柱预留钢筋连接构成现浇段结构，同时第一预留凹槽被配置为能够从底部和侧部支撑和嵌接下弦杆第一端和第一侧竖杆。

9、根据本发明的一个实施例，屋架预留钢筋的外层还包裹有加强钢管，屋架预留钢筋与加强钢管之间进行焊接。

10、根据本发明的一个实施例，第二侧牛腿柱包括第二侧牛腿柱本体，第二侧牛腿柱本体的顶端具有第二预留凹槽和第一伸缩缝型钢；

11、第二侧连接部包括形成于上弦杆第二端上部的第二伸缩缝型钢，第二伸缩缝型钢用于与第一伸缩缝型钢间隔对称布置构成伸缩缝结构，同时第二预留凹槽被配置为能够从底部和侧部支撑和嵌接下弦杆第二端和第二侧竖杆。

12、根据本发明的一个实施例，第二伸缩缝型钢和第一伸缩缝型钢的形状被构造为镜像对称的f型，二者形成f型对接式伸缩缝结构；第二伸缩缝型钢与第一伸缩缝型钢的中间还通过弹性橡胶条相连。

13、根据本发明的一个实施例，体外预应力调节模块包括对称设置于下弦杆两侧的体外预应力钢绞线，体外预应力钢绞线平行于下弦杆；

14、下弦杆的两端部两侧分别对称设有一体结构的两个第一侧预应力筋锚固段和两个第二侧预应力筋锚固段，第一侧预应力筋锚固段和第二侧预应力筋锚固段的内部分别预留有第一预应力钢绞线管道和第二预应力钢绞线管道；

15、第一侧牛腿柱本体和第二侧牛腿柱本体分别设有位于第一预留凹槽和第二预留凹槽内的第一预应力筋管道和第二预应力筋管道；

16、体外预应力钢绞线的两端分别依次贯穿第一预应力钢绞线管道和第一预应力筋管道及第二预应力钢绞线管道和第二预应力筋管道，且该两端在张拉完成后于第一侧牛腿柱本体和第二侧牛腿柱本体的外侧分别设置第一锚固端和第二锚固端。

17、根据本发明的一个实施例，下弦杆第一端与第一预留凹槽的第一连接部位下方呈第一弧形结构，第一弧形结构包括形成于第一预留凹槽的第一内弧及形成于下弦杆第一端的第一外弧；第一连接部位的下方及侧方还包裹有第一加强钢板；

18、下弦杆第二端与第二预留凹槽的第二连接部位下方均呈第二弧形结构，第二弧形结构包括形成于第二预留凹槽的第二内弧及形成于下弦杆第二端的第二外弧；第二连接部位的下方及侧方还包裹有第二加强钢板。

19、根据本发明的一种基于体外预应力的钢-混组合屋架体系，包括：

20、如上述钢-混组合屋架单元；

21、纵向限位单元，用于连接于相邻的两个钢-混组合屋架单元，纵向限位单元包括至少一个纵向限位钢管，多个纵向限位钢管之间等间隔排布，每个纵向限位钢管的两端分别锚固于相邻两个钢-混组合屋架单元的上弦杆上。

22、根据本发明的一种基于体外预应力的钢-混组合屋架体系的施工方法，包括以下步骤：

23、1）桩基础施工；

24、2）牛腿柱浇筑：

25、在桩基础施工完成并达到预设强度要求之后，浇筑牛腿柱模块，同时施工出第一预留凹槽、牛腿柱预留钢筋、第二预留凹槽、预留预应力筋管道和第一伸缩缝型钢；

26、3）现场预制屋架：

27、根据设计图纸及牛腿柱模块的预留凹槽尺寸进行预制屋架模块的制作；并在预制过程中，在上弦杆的两端分别设置屋架预留钢筋和第二伸缩缝型钢，还在下弦杆的两端设置预应力筋锚固段且预留出体外预应力钢绞线管道；

28、4）吊装屋架：

29、现场使用吊车将预制屋架模块与牛腿柱模块对接在一起；

30、5）张拉体外预应力：

31、待预制屋架模块吊装完成之后，安装体外预应力调节模块，张拉下弦杆体外预应力，张拉完成之后设置锚固端；

32、6）现浇段施工及伸缩缝安装：待下弦杆预应力张拉完成之后，分别在屋架主体两端施工形成现浇段结构和伸缩缝结构；

33、7）安装纵向支撑：

34、待相邻的两个钢-混组合屋架单元按照步骤1）-步骤6）依次安装完成之后，在二者之间安装纵向限位单元。

35、根据本发明的基于体外预应力的钢-混组合屋架单元、体系及施工方法，通过牛腿柱模块与预制屋架模块之间相互匹配的预留钢筋、伸缩缝结构，且在连接处设置有体外预应力调节模块。从而能够利用施加体外预应力的方式，方便监测屋架预应力的储备量，利于在发现屋架预应力出现损失之后，及时地重新施加预应力并进行加固。

36、因此，本发明设计合理且施工简便、使用效果好，能有效解决现有预应力混凝土屋架自重大，吊装困难，预应力损失难以监测，屋架与牛腿柱的连接处在使用过程中产生较大的弯矩，在温度应力的作用下极易产生裂缝等问题。

37、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。