CN109235651A - 大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了大跨度刚性山墙空间网格‑索膜结构体系，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、索拱桁架、兼具竖向承载与围护建筑功能的索膜结构组成。其最主要的特征在于刚性山墙空间网格承受纵向风荷载，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。该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，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-索膜结构体系
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-索膜结构体系，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，国家从产业政策、环保立法等方面对于煤场、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-索膜料场封闭结构体系。该结构受力系统包含刚性山墙空间网格、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，刚性空间网格-索膜协同工作的料场封闭结构体系，该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-索膜结构体系，该结构由刚性山墙空间网格3、索拱桁架2和整体张拉膜1组成，刚性山墙空间网格3布置在索拱桁架2的两侧，整体张拉膜1铺设在索拱桁架2上。
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，使中间主重构件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。
所述的索拱桁架2由拱桁架、拉索4和竖向的直腹杆5构成，拉索4布置在拱桁架的下部的桁架预应力张弦索定位点11处，拉索4两端和拱桁架通过张弦节点6相连，拱桁架和拉索4之间布置有若干竖向的直腹杆5，竖向的直腹杆5顶部和拱桁架铰接，竖向的直腹杆5下端和拉索4相连。
拉索4包括锚具调节套筒7和锚具销钉8，锚具销钉8安装在锚具调节套筒7的端部；张弦节点6包括焊接空心球9、拉索耳板10和桁架预应力张弦索定位点11，拉索耳板10和桁架预应力张弦索定位点11均安装在焊接空心球9上，拉索4通过拉索耳板10与张弦节点 6相连，张弦节点6通过桁架预应力张弦索定位点11与索拱桁架2相连。
本发明中大跨度刚性山墙空间网格-索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-索膜结构体系轴测图。
图2索拱桁架轴侧图。
图3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-索拱桁架；3-自稳定空间网格山墙；4-拉索；5-直腹杆；6-张弦节点；7-锚具调节套筒；8-锚具销钉；9-焊接空心球；10-拉索耳板；11-张弦索定位点。
具体实施方式
实施时包括以下步骤：
索拱桁架2的所有构件在工厂加工，保证下料精度和焊缝质量。索拱桁架2运到施工现场，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。
索系由拉索(4)、直腹杆(5)组成。拉索(4)、直腹杆(5)均在工厂预制，运到现场安装。
安装拉索(4)。将拉索(4)的一端固定在桁架结构节点上，并将索体临时固定在锚具调节套(7)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。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 (8)

1.大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，其特征在于：该结构由刚性山墙空间网格(3)、索拱桁架(2)和整体张拉膜(1)组成，刚性山墙空间网格(3)布置在索拱桁架(2)的两侧，整体张拉膜(1)铺设在索拱桁架(2)上。
2.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，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-索膜结构体系，其特征在于：所述的刚性山墙空间网格(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，可有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-索膜结构体系，其特征在于：所述的索拱桁架(2)由拱桁架、拉索(4)和竖向的直腹杆(5)构成，拉索(4)布置在拱桁架的下部的桁架预应力张弦索定位点(11)处，拉索(4)两端和拱桁架通过张弦节点(6)相连，拱桁架和拉索(4)之间布置有若干竖向的直腹杆(5)，竖向的直腹杆(5)顶部和拱桁架铰接，竖向的直腹杆(5)下端和拉索(4)相连。
5.根据权利要求4所述的大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，其特征在于：拉索(4)包括锚具调节套筒(7)和锚具销钉(8)，锚具销钉(8)安装在锚具调节套筒(7)的端部；张弦节点(6)包括焊接空心球(9)、拉索耳板(10)和桁架预应力张弦索定位点(11)，拉索(4)通过拉索耳板(10)与张弦节点(6)相连，张弦节点(6)通过桁架预应力张弦索定位点(11)与索拱桁架(2)相连；拉索耳板(10)和桁架预应力张弦索定位点(11)均安装在焊接空心球(9)上。
6.根据权利要求1所述的大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，其特征在于：索拱桁架(2)的所有构件在工厂加工，保证下料精度和焊缝质量；索拱桁架(2)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。
7.根据权利要求5所述的大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，其特征在于：索系由拉索(4)、直腹杆(5)组成；拉索(4)、直腹杆(5)均在工厂预制，运到现场安装。
8.根据权利要求7所述的大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，其特征在于：安装拉索(4)；将拉索(4)的一端固定在桁架结构节点上，并将索体临时固定在锚具调节套(7)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；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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