CN109235650A - 大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱（桁架）-膜结构体系 - Google Patents

大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱（桁架）-膜结构体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大跨度刚性山墙空间网格‑三段组合索拱（桁架）‑膜结构体系，属于大跨度空间结构领域，特别适用于料场封闭等建筑。主要由刚性山墙空间网格、中间三段组合索拱桁架、兼具竖向承载与围护建筑功能的索膜结构组成。主要特征在于自稳定空间网格山墙承受纵向风荷载，三段组合索拱桁架承受横向水平荷载，索膜结构承受屋面竖向荷载和维护覆盖。利用张拉膜结构兼具结构受力和建筑围护的功能，可有效降低工程造价，提升结构的经济性，缓解大跨度料场封闭建筑建设面临的建设成本压力，具有广泛的应用前景。

Description

大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系
技术领域
本发明涉及大跨度索膜屋盖结构领域，具体涉及一种大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，属于国际专利分类E04B技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，建设了大量的电厂、钢铁厂、煤与矿石转运码头的煤场和料场。这些煤场和料场，堆积面积大、需要用斗轮机取料，若采用建筑封闭的投资较大，且无直接经济效益，因此早期上述堆场多为露天堆放。近年来，为减少扬尘对环境的影响，需要对现行使用的堆场进行封闭，但煤场与料场的基本功能与作业原理很相似，业内一般将对煤料场与矿料场的封闭建设统称料场封闭。料场封闭建筑建设单体建筑面积、结构跨度大、建设投资大、且无直接经济效益，在运行料场进行封闭建设时，必须保证堆场能正常使用。料场封闭中多设有斗轮机，单台斗轮机的工作半径在60m以上，为提高料场堆放效率，料场多设有两台以上的斗轮机。因而煤场、料场封闭建筑的跨度基本在120m以上，我国目前建成的煤料场封闭结构其跨度已超过200m。
近年来，随着空现气质量的恶化，国家对于煤场、料场等封闭提出了严格要求，有大量的煤棚和料场封闭建筑已建成或正在建设。现行料场封闭结构多采用网架、网壳、预应力索拱作为承重构件，围护结构采用压型钢板，也有部分煤场采用充气膜结构。随着料场封闭结构跨度的增大，结构的用钢量也显著增大，结构单位面积的用钢量直接影响工程建设的总投资。目前储煤封闭采用的主要采用大跨度钢结构表面覆盖彩色压型钢板的形式，承重主要采用网架、网壳、拱形结构、预应力索拱、张弦结构等，采用现有的结构体系很难采取技术手段降低工程建设总费用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于120m～200m跨度的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系。该结构受力系统包含自稳定空间网格山墙、中间三段组合索拱桁架、兼具竖向承载与围护建筑功能的索膜结构。结合料场封闭建筑的使用特点，利用张拉膜结构兼具结构受力和建筑围护的功能，研发刚性空间网格-索-膜协同工作的料场封闭结构体系，该新型料场封闭结构形式可有效降低工程造价，提升结构的经济性，缓解大跨度料场封闭建筑建设面临的建设成本压力，具有广泛的应用前景。
该发明的目的是通过以下技术方案实现的：
大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，该体系由刚性山墙空间网格3、三段组合索拱桁架2和张拉膜1组成，刚性山墙空间网格3 设置在三段组合索拱桁架2的两侧，张拉膜1铺附在三段组合索拱桁架2上；刚性山墙空间网格3承受纵向风荷载，三段组合索拱桁架2主要承受横向水平风荷载及竖向荷载，张拉膜1承受屋面竖向荷载和维护覆盖。
刚性山墙空间网格3基于缩短山墙横向水平风荷载的传力路径，将风荷载快速传递到基础。改变传统设计中的山墙风荷载通过水平和竖向支撑系统传递给中间承载构件设计思路，使中间三段组合索拱桁架2主要承受竖向荷载和横向水平风荷载。
所述的刚性山墙空间网格系统3改变传统设计中的山墙立柱形式，将山墙设计为双层网壳的空间网格形式，流线型的结构形式，可有效减弱水平风荷载对索拱桁架2的作用效果。
所述的三段组合索拱桁架由端部拱桁架5、中部拱桁架4、拉索6和竖直腹杆7构成，端部拱桁架5的整体形状为直线，端部拱桁架5的顶部向结构中部倾斜；中部拱桁架4的整体形状为上凸曲线，端部拱桁架5的顶部和中部拱桁架4端部相连；拉索6布置在中部拱桁架4的下部，拉索6两端和中部拱桁架4 的两端相连，中部拱桁架4和拉索6之间布置若干竖直腹杆7，竖直腹杆7顶部和中部拱桁架4铰接，竖直腹杆7的下端和拉索6相连。
拉索6包括锚具调节套筒9和锚具销钉10，锚具销钉10安装在锚具调节套筒9的端部；张弦节点8包括焊接空心球11、拉索耳板12和桁架预应力张弦索定位点13，拉索6通过拉索耳板12与张弦节点8相连，张弦节点8通过桁架预应力张弦索定位点13与索拱桁架2相连。
本发明中涉及的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系具有结构形式新颖、受力合理、具备更多的荷载传递路径、用钢量少、建筑造型美观等优点，而且便于制作和安装，具有较强的实际意义。
附图说明
图1大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系轴测图。
图2中间三段组合索拱桁架轴侧图。
图3中间三段组合索拱桁架剖面图。
图4拉索锚具剖面图。
图5拉索III-III剖面图。
图6主桁架预应力张弦节点。
图中：1-整体张拉膜；2-三段组合索拱桁架；3-刚性山墙空间网格；4-中部拱桁架；5-端部拱桁架；6-拉索；7-直腹杆；8-张弦节点；9-锚具调节套筒；10- 锚具销钉；11-焊接空心球；12-拉索耳板；13-张弦索定位点。
具体实施方式
实施时包括以下步骤：
中间三段组合索拱桁架结构(2)的所有构件应在工厂加工，保证下料精度和焊缝质量。构件运到施工现场，建议采取地面分块拼装，分块吊装、拼接的方式，尽量减少高空操作。
支承索系由下部拉索(6)、直腹杆(7)组成。下部拉索(6)、直腹杆(7) 均在工厂预制，运到现场安装。
安装拉索(6)。将拉索的一端固定在三段组合桁架结构中部拱桁架下弦端部节点上，并将索体临时固定在节点(8)处，此时并不夹紧拉索，保证拉索可以顺畅滑移。采用张拉工装将另一端牵引至预定节点处并用销钉固定。依此步骤，依次将所有下弦拉索安装到位此时索桁架中的拉索处于松弛状态，不能承受外荷载。
施加预应力。建议首先将所有拉索依次张拉至目标索力的15％进行初步张紧。然后，将所有拉索依次张拉至目标索力的35％。然后，张拉到目标索力的 75％，最后超张拉到目标索力的105％以抵消预应力损失。

Claims (6)

1.大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：该体系由刚性山墙空间网格(3)、三段组合索拱桁架(2)和张拉膜(1)组成，刚性山墙空间网格(3)设置在三段组合索拱桁架(2)的两侧，张拉膜(1)铺附在三段组合索拱桁架(2)上；刚性山墙空间网格(3)承受纵向风荷载，三段组合索拱桁架(2)主要承受横向水平风荷载及竖向荷载，张拉膜(1)承受屋面竖向荷载和维护覆盖。
2.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：刚性山墙空间网格(3)基于缩短山墙横向水平风荷载的传力路径，将风荷载快速传递到基础；使中间三段组合索拱桁架(2)主要承受竖向荷载和横向水平风荷载。
3.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：所述的刚性山墙空间网格系统(3)将山墙设计为双层网壳的空间网格形式，流线型的结构形式，效减弱水平风荷载对索拱桁架(2)的作用效果。
4.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：所述的三段组合索拱桁架由端部拱桁架(5)、中部拱桁架(4)、拉索(6)和竖直腹杆(7)构成，端部拱桁架(5)的整体形状为直线，端部拱桁架(5)的顶部向结构中部倾斜；中部拱桁架(4)的整体形状为上凸曲线，端部拱桁架(5)的顶部和中部拱桁架(4)端部相连；拉索(6)布置在中部拱桁架(4)的下部，拉索(6)两端和中部拱桁架(4)的两端相连，中部拱桁架(4)和拉索(6)之间布置若干竖直腹杆(7)，竖直腹杆(7)顶部和中部拱桁架(4)铰接，竖直腹杆(7)的下端和拉索(6)相连。
5.根据权利要求4所述的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：拉索(6)包括锚具调节套筒(9)和锚具销钉(10)，锚具销钉(10)安装在锚具调节套筒(9)的端部；张弦节点(8)包括焊接空心球(11)、拉索耳板(12)和桁架预应力张弦索定位点(13)，拉索(6)通过拉索耳板(12)与张弦节点(8)相连，张弦节点(8)通过桁架预应力张弦索定位点(13)与索拱桁架(2)相连。
6.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-三段组合索拱(桁架)-膜结构体系，其特征在于：实施时包括以下步骤：
中间三段组合索拱桁架结构(2)的所有构件在工厂加工，保证下料精度和焊缝质量；构件运到施工现场，采取地面分块拼装，分块吊装、拼接的方式，减少高空操作；
支承索系由下部拉索(6)、直腹杆(7)组成；下部拉索(6)、直腹杆(7)均在工厂预制，运到现场安装；
安装拉索(6)；将拉索的一端固定在三段组合桁架结构中部拱桁架下弦端部节点上，并将索体临时固定在节点(8)处，此时并不夹紧拉索，保证拉索顺畅滑移；采用张拉工装将另一端牵引至预定节点处并用销钉固定；依次将所有下弦拉索安装到位此时索桁架中的拉索处于松弛状态，不能承受外荷载；
施加预应力；首先将所有拉索依次张拉至目标索力的15％进行初步张紧；然后，将所有拉索依次张拉至目标索力的35％；然后，张拉到目标索力的75％，最后超张拉到目标索力的105％以抵消预应力损失。
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