適合超大跨度煤場封閉的巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)及施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑改造領(lǐng)域，特別是一種煤場改造用封閉結(jié)構(gòu)及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減輕和避免電廠、鋼廠、煤化工等企業(yè)的煤場粉塵外逸造成嚴(yán)重的大氣污染和霧霾天氣，煤場需要封閉改造，但改造過程中不能影響煤場內(nèi)正常生產(chǎn)和現(xiàn)有裝卸工藝，這就需要在現(xiàn)有料場上進(jìn)行罩棚封閉，而且是超大跨度無柱空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨度大，同時還要保證安全可靠、要求施工便捷。
[0003]預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)是一種依靠空間受力較好的剛性拱結(jié)合拉索和撐桿共同組成的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系，造型簡潔，傳力清晰，受力合理，用鋼量優(yōu)于鋼網(wǎng)架、鋼桁架等傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系，適用于大跨度的火車站、體育館、會展館、航站樓等大型公共建筑，以及大跨度廠房、干煤棚、封閉式儲料場等工業(yè)建筑。
[0004]大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)一般由鋼拱、撐桿和高強度拉索組成，跨度可達(dá)60?150m，跨度小時，鋼拱為單根拱形鋼構(gòu)件，跨度大時，鋼拱一般采用空間拱桁架，但是隨著跨度的增大，桁架鋼構(gòu)件長度越來越大，構(gòu)件穩(wěn)定問題也越來越突出，一般通過增大構(gòu)件截面來增加構(gòu)件穩(wěn)定，同時結(jié)構(gòu)變形也隨跨度的增加三次方增加，需要增加結(jié)構(gòu)厚度來增強結(jié)構(gòu)剛度，結(jié)構(gòu)厚度增加又帶來新的構(gòu)件穩(wěn)定問題，其結(jié)果就是跨度越大，結(jié)構(gòu)用鋼量越來越大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種適合超大跨度煤場封閉的巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)及施工方法，要解決受壓構(gòu)件不穩(wěn)定的技術(shù)問題;并解決降低結(jié)構(gòu)用鋼量的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種適合超大跨度煤場封閉的巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)，包括一組平行間隔設(shè)置的預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元，相鄰的兩榀預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元之間通過聯(lián)系結(jié)構(gòu)連接，所述聯(lián)系結(jié)構(gòu)為一組平行間隔設(shè)置在相鄰的兩榀預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元之間的聯(lián)系桁架。
[0007]每榀預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元包括空間桁架和張拉連接在空間桁架下方的張弦拉索，所述空間桁架與張弦拉索之間豎向連接有一組平行間隔設(shè)置的撐桁架。
[0008]所述空間桁架是由三角形空間桁架作為子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的巨型三角形空間桁架，包括兩架上弦桁架、一架與上弦桁架平行的下弦桁架、水平連接在兩架上弦桁架之間的水平腹桁架以及連接在上弦桁架和下弦桁架之間的斜腹桁架。
[0009]所述上弦桁架、下弦桁架、斜腹桁架和水平腹桁架作為巨型三角形空間桁架的子結(jié)構(gòu)、均為三角形空間桁架。
[0010]所述斜腹桁架的上端連接有三根斜腹桁架上連桿、下端連接有三根斜腹桁架下連桿。
[0011]三根斜腹桁架上連桿的一端分別與斜腹桁架的上弦桿和下弦桿連接，另一端匯成一點與上弦桁架連接。
[0012]三根斜腹桁架下連桿的一端分別與斜腹桁架的上弦桿和下弦桿連接，另一端匯成一點與下弦桁架連接。
[0013]所述上弦桁架是由上弦桁架節(jié)段依次拼接而成的弧形桁架，包括兩根上弦桿、一根下弦桿、水平連接在兩根上弦桿之間的水平腹桿以及連接在上弦桿和下弦桿之間的斜腹桿。
[0014]所述下弦桁架是由下弦桁架節(jié)段依次拼接而成的弧形桁架，包括一根上弦桿、兩根下弦桿、水平連接在兩根下弦桿之間的水平腹桿以及連接在上弦桿和下弦桿之間的斜腹桿。
[0015]所述水平腹桁架包括兩根上弦桿、一根下弦桿、水平連接在兩根上弦桿之間的水平腹桿以及連接在上弦桿和下弦桿之間的斜腹桿，其兩根上弦桿兩端與對應(yīng)的上弦桁架的上弦桿連接，其下弦桿兩端與對應(yīng)的上弦桁架的下弦桿連接。
[0016]所述聯(lián)系桁架是由聯(lián)系桁架節(jié)段拼接而成的，包括兩根上弦桿、一根下弦桿、水平連接在兩根上弦桿之間的水平腹桿以及連接在上弦桿和下弦桿之間的斜腹桿。
[0017]所述聯(lián)系桁架與水平腹桁架對應(yīng)，其兩根上弦桿兩端與對應(yīng)的上弦桁架的上弦桿連接，其下弦桿兩端與對應(yīng)的上弦桁架的下弦桿連接。
[0018]所述撐桁架是整體桁架或者是由撐桁架節(jié)段拼接而成的，包括兩根上弦桿、一根下弦桿、水平連接在兩根上弦桿之間的水平腹桿以及連接在上弦桿和下弦桿之間的斜腹桿。
[0019]所述撐桁架的上端連接有三根撐桁架上連桿、下端連接有三根撐桁架下連桿。
[0020]三根撐桁架上連桿的一端與撐桁架的上弦桿和下弦桿連接，另一端匯成一點通過撐桁架上節(jié)點與下弦桁架連接。
[0021]三根撐桁架下連桿的一端與撐桁架的上弦桿和下弦桿連接，另一端匯成一點通過索夾與張弦拉索連接。
[0022]所述撐桁架上節(jié)點通過四根下弦桁架連桿與下弦桁架的下弦桿連接，四根下弦桁架連桿的一端對稱連接在下弦桁架的下弦桿上、另一端匯成一點交匯連接在撐桁架上節(jié)點上。
[0023]所述撐桁架上節(jié)點包括上球缺連接板、焊接在上球缺連接板上的上耳板、下球缺連接板以及焊接在下球缺連接板上的下耳板，所述上下耳板之間通過銷軸連接。
[0024]四根下弦桁架連桿交匯連接在上球缺連接板的球面上。
[0025]三根撐桁架上連桿交匯連接在下球缺連接板的球面上。
[0026]—種如所述的適合超大跨度煤場封閉的巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)的施工方法，具體步驟如下:
步驟一，工廠預(yù)制上弦桁架、下弦桁架、水平腹桁架、斜腹桁架、聯(lián)系桁架、撐桁架和撐桁架上節(jié)點，其中上弦桁架、下弦桁架、聯(lián)系桁架和撐桁架根據(jù)運輸和吊裝要求分段制成。
[0027]步驟二，將預(yù)制好的水平腹桁架、斜腹桁架以及上弦桁架、下弦桁架、聯(lián)系桁架和撐桁架的各個節(jié)段運輸至施工現(xiàn)場，進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。
[0028]步驟三，在地面上將水平腹桁架、斜腹桁架、斜腹桁架上連桿、斜腹桁架下連桿、下弦桁架連桿分別與上弦桁架和下弦桁架的各個節(jié)段在地面拼接成空間桁架節(jié)段。
[0029]步驟四，在施工現(xiàn)場搭設(shè)臨時腳手架，并在要拼裝空間桁架的位置下方搭設(shè)一組臨時胎架。
[0030]步驟五，將各個空間桁架節(jié)段依次吊裝、并利用臨時胎架在空中拼接成空間桁架。
[0031]步驟六，將空間桁架的兩端與結(jié)構(gòu)柱連接。
[0032]步驟七，在地面上將撐桁架節(jié)段拼裝成撐桁架，并在撐桁架兩端連接撐桁架上連桿和撐桁架下連桿。
[0033]步驟八，將拼裝好的撐桁架吊裝至合適位置、并通過撐桁架上節(jié)點連接撐桁架上連桿和下弦桁架連桿。
[0034]步驟九，安裝張弦拉索，將撐桁架下端的撐桁架下連桿與張弦拉索對應(yīng)位置通過索夾連接。
[0035]步驟十，根據(jù)仿真計算結(jié)果，對張弦拉索進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，至此，完成一榀空間桁架施工。
[0036]步驟十一，重復(fù)步驟三至步驟十，直至完成全部空間桁架的施工。
[0037]步驟十二，在地面將聯(lián)系桁架節(jié)段拼裝成聯(lián)系桁架。
[0038]步驟十三，將拼裝好的聯(lián)系桁架依次吊裝至合適位置、并與相鄰的兩榀空間桁架連接。
[0039]步驟十四，重復(fù)步驟十二和步驟十三，直至相鄰的空間桁架之間均完成聯(lián)系桁架連接施工，至此，完成煤場大跨度封閉罩棚施工。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果:
與傳統(tǒng)的桁架結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力張弦桁架不同，本發(fā)明將巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)分為四級結(jié)構(gòu)，首先是由上弦桿、下弦桿和腹桿構(gòu)成了上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架等三角形空間桁架，此為第一級結(jié)構(gòu);之后，由上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架作為子結(jié)構(gòu)構(gòu)成了空間桁架，此為第二級結(jié)構(gòu);再后，由空間桁架、撐桁架和張弦拉索構(gòu)成單榀的預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元，此為第三級結(jié)構(gòu);最后，由預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元與聯(lián)系桁架構(gòu)成巨型預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)，此為第四級結(jié)構(gòu)，四級結(jié)構(gòu)逐層深入、關(guān)系清晰、受理合理，形成一種適用于超大跨度的的新型結(jié)構(gòu)體系，減少了巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長細(xì)比，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，節(jié)省用鋼量，充分發(fā)揮鋼構(gòu)件和拉索的優(yōu)勢，實現(xiàn)更大的跨越能力，可使建筑結(jié)構(gòu)在造型、使用空間、造價、施工難度、制造及運輸中達(dá)到最優(yōu)。
[0041]本發(fā)明的空間桁架的兩端與結(jié)構(gòu)柱的頂部相連，空間桁架的兩架上弦桁架與一架下弦桁架之間通過斜向相交布置的斜腹桁架相連，形成一個巨型倒三角形空間桁架;撐桁架的上端通過四根拉桿與下弦桁架相連，撐桁架的下端通過索夾與張弦拉索相連，通過對張弦拉索張拉施加預(yù)應(yīng)力形成一榀預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元，相鄰的兩榀預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)單元