CN205475697U - 适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构 - Google Patents

Abstract

一种适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，包括一组平行间隔设置的预应力张弦结构单元，相邻的两榀预应力张弦结构单元之间通过联系结构连接；每榀预应力张弦结构单元包括空间桁架和张拉连接在空间桁架下方的张弦拉索，空间桁架与张弦拉索之间竖向连接有一组撑桁架；空间桁架包括上弦桁架、下弦桁架、水平腹桁架以及斜腹桁架；其中上弦桁架、下弦桁架、斜腹桁架和水平腹桁架均为三角形空间桁架。该结构体系以小型三角形空间桁架作为子结构，代替张弦结构中的弦杆、腹杆和撑杆，形成巨型复合张弦结构，其中上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架等可在工厂预制好，在现场组拼成空间桁架，施工效率高，降低了造价成本，并减少了资源浪费。

Description

适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构

技术领域

本实用新型涉及建筑改造领域，特别是一种煤场改造用封闭结构。

背景技术

为了减轻和避免电厂、钢厂、煤化工等企业的煤场粉尘外逸造成严重的大气污染和雾霾天气，煤场需要封闭改造，但改造过程中不能影响煤场内正常生产和现有装卸工艺，这就需要在现有料场上进行罩棚封闭，而且是超大跨度无柱空间结构，结构跨度大，同时还要保证安全可靠、要求施工便捷。

预应力张弦梁结构是一种依靠空间受力较好的刚性拱结合拉索和撑杆共同组成的预应力钢结构体系，造型简洁，传力清晰，受力合理，用钢量优于钢网架、钢桁架等传统钢结构体系，适用于大跨度的火车站、体育馆、会展馆、航站楼等大型公共建筑，以及大跨度厂房、干煤棚、封闭式储料场等工业建筑。

大跨度张弦梁结构一般由钢拱、撑杆和高强度拉索组成，跨度可达60~150m，跨度小时，钢拱为单根拱形钢构件，跨度大时，钢拱一般采用空间拱桁架，但是随着跨度的增大，桁架钢构件长度越来越大，构件稳定问题也越来越突出，一般通过增大构件截面来增加构件稳定，同时结构变形也随跨度的增加三次方增加，需要增加结构厚度来增强结构刚度，结构厚度增加又带来新的构件稳定问题，其结果就是跨度越大，结构用钢量越来越大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，要解决受压构件不稳定的技术问题；并解决降低结构用钢量的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，包括一组平行间隔设置的预应力张弦结构单元，相邻的两榀预应力张弦结构单元之间通过联系结构连接，所述联系结构为一组平行间隔设置在相邻的两榀预应力张弦结构单元之间的联系桁架。

每榀预应力张弦结构单元包括空间桁架和张拉连接在空间桁架下方的张弦拉索，所述空间桁架与张弦拉索之间竖向连接有一组平行间隔设置的撑桁架。

所述空间桁架是由三角形空间桁架作为子结构构成的巨型三角形空间桁架，包括两架上弦桁架、一架与上弦桁架平行的下弦桁架、水平连接在两架上弦桁架之间的水平腹桁架以及连接在上弦桁架和下弦桁架之间的斜腹桁架。

所述上弦桁架、下弦桁架、斜腹桁架和水平腹桁架作为巨型三角形空间桁架的子结构、均为三角形空间桁架。

所述斜腹桁架的上端连接有三根斜腹桁架上连杆、下端连接有三根斜腹桁架下连杆。

三根斜腹桁架上连杆的一端分别与斜腹桁架的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与上弦桁架连接。

三根斜腹桁架下连杆的一端分别与斜腹桁架的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与下弦桁架连接。

所述上弦桁架是由上弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述下弦桁架是由下弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，包括一根上弦杆、两根下弦杆、水平连接在两根下弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述水平腹桁架包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架的下弦杆连接。

所述联系桁架是由联系桁架节段拼接而成的，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述联系桁架与水平腹桁架对应，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架的下弦杆连接。

所述撑桁架是整体桁架或者是由撑桁架节段拼接而成的，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述撑桁架的上端连接有三根撑桁架上连杆、下端连接有三根撑桁架下连杆。

三根撑桁架上连杆的一端与撑桁架的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过撑桁架上节点与下弦桁架连接。

三根撑桁架下连杆的一端与撑桁架的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过索夹与张弦拉索连接。

所述撑桁架上节点通过四根下弦桁架连杆与下弦桁架的下弦杆连接，四根下弦桁架连杆的一端对称连接在下弦桁架的下弦杆上、另一端汇成一点交汇连接在撑桁架上节点上。

所述撑桁架上节点包括上球缺连接板、焊接在上球缺连接板上的上耳板、下球缺连接板以及焊接在下球缺连接板上的下耳板，所述上下耳板之间通过销轴连接。

四根下弦桁架连杆交汇连接在上球缺连接板的球面上。

三根撑桁架上连杆交汇连接在下球缺连接板的球面上。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

与传统的桁架结构或预应力张弦桁架不同，本实用新型将巨型预应力张弦结构分为四级结构，首先是由上弦杆、下弦杆和腹杆构成了上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架等三角形空间桁架，此为第一级结构；之后，由上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架作为子结构构成了空间桁架，此为第二级结构；再后，由空间桁架、撑桁架和张弦拉索构成单榀的预应力张弦结构单元，此为第三级结构；最后，由预应力张弦结构单元与联系桁架构成巨型预应力张弦结构，此为第四级结构，四级结构逐层深入、关系清晰、受理合理，形成一种适用于超大跨度的的新型结构体系，减少了巨型结构构件的长细比，提高结构的稳定性和承载能力，节省用钢量，充分发挥钢构件和拉索的优势，实现更大的跨越能力，可使建筑结构在造型、使用空间、造价、施工难度、制造及运输中达到最优。

本实用新型的空间桁架的两端与结构柱的顶部相连，空间桁架的两架上弦桁架与一架下弦桁架之间通过斜向相交布置的斜腹桁架相连，形成一个巨型倒三角形空间桁架；撑桁架的上端通过四根拉杆与下弦桁架相连，撑桁架的下端通过索夹与张弦拉索相连，通过对张弦拉索张拉施加预应力形成一榀预应力张弦结构单元，相邻的两榀预应力张弦结构单元之间采用联系桁架相连，其传力效果与主檩条相同，而与普通实腹檩条相比，联系桁架采用倒三角形空间桁架结构，可大幅的增大跨度，由传统的5～8m增大到20～40m，减少了檩条的材料用量，而且由于跨度增大，使相邻的两榀预应力张弦结构单元之间的距离增大，进而减少预应力张弦结构单元的数量，从而降低钢材用量，同时联系桁架与空间桁架中的上弦桁架对应相连，加强了预应力张弦结构单元侧向的稳定性，从而提高了整体稳定性。

本实用新型的结构体系以小型三角形空间桁架作为子结构，代替张弦结构中的弦杆、腹杆和撑杆，形成巨型复合张弦结构，通过将长细比过大的预应力张弦桁架单体杆件转化为空间桁架子结构，从而大大减少构件长细比，可以实现200~300m超大跨度的无柱空间，适合于条形煤场封闭罩棚，解决受压构件不稳定的问题，降低了结构的用钢量。

本实用新型对于已运营的燃煤电厂露天煤场、钢铁厂的料场进行封闭改造，如果巨型预应力张弦结构的各个桁架结构之间可以采用焊接连接，则该巨型预应力张弦结构采用现场散件焊接拼接施工或工厂分块加工结合现场吊装焊接的方式进行施工；或者还可以采用螺栓连接的方式，无论何种形式，上弦桁架、斜腹桁架、水平腹桁架和下弦桁架等均可以在工厂预制好，在现场组拼成空间桁架，空间桁架再采用分组滑移的方法安装就位，施工效率高，而且施工过程中不影响料场设备运行，设备无需改造，工厂无需停工，降低了造价成本，并减少了资源浪费。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的主视结构示意图。

图3是本实用新型的俯视结构示意图。

图4是本实用新型的侧视结构示意图。

图5是本实用新型的局部结构示意图。

图6是本实用新型的上弦桁架结构示意图。

图7是本实用新型的斜腹桁架结构示意图。

图8是本实用新型的撑桁架结构示意图。

图9是本实用新型的撑桁架上节点结构示意图。

附图标记：1-上弦桁架2-斜腹桁架、3-水平腹桁架、4-下弦桁架、5-联系桁架、6-撑桁架、7-张弦拉索、8-结构柱、9-撑桁架上节点、10-斜腹桁架上连杆、11-斜腹桁架下连杆、12-撑桁架上连杆、13-撑桁架下连杆、14-下弦桁架连杆、15-上球缺连接板、16-上耳板、17-下球缺连接板、18-下耳板、19-销轴。

具体实施方式

实施例参见图1、图2、图3、图4所示，这种适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，包括一组平行间隔设置的预应力张弦结构单元，相邻的两榀预应力张弦结构单元之间间距为40m、并通过联系结构连接，所述联系结构为一组平行间隔设置在相邻的两榀预应力张弦结构单元之间的联系桁架5；每榀预应力张弦结构单元的跨度为300m、包括空间桁架和张拉连接在空间桁架下方的张弦拉索7，所述空间桁架与张弦拉索7之间竖向连接有一组平行间隔设置的撑桁架6，所述撑桁架6由9道，中间撑桁架6长度最大为35m。

所述空间桁架是由三角形空间桁架作为子结构构成的巨型三角形空间桁架，整个空间桁架跨度为300m、高度为15m、宽度为10m，包括两架上弦桁架1、一架与上弦桁架平行的下弦桁架4、水平连接在两架上弦桁架1之间的水平腹桁架3以及连接在上弦桁架1和下弦桁架4之间的斜腹桁架2。

所述上弦桁架1、下弦桁架4、斜腹桁架2和水平腹桁架3作为巨型三角形空间桁架的子结构、同样为三角形空间桁架，子结构桁架的宽度和高度均为2m，其各个杆件均采用圆形钢管。

参见图5、图7所示，所述斜腹桁架2的上端连接有三根斜腹桁架上连杆10、下端连接有三根斜腹桁架下连杆11；三根斜腹桁架上连杆10的一端分别与斜腹桁架2的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与上弦桁架1连接；三根斜腹桁架下连杆11的一端分别与斜腹桁架2的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与下弦桁架4连接。

参见图6所示，所述上弦桁架1是由上弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，每节段长度约为20m，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述下弦桁架4是由下弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，每节段长度约为20m，包括一根上弦杆、两根下弦杆、水平连接在两根下弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述水平腹桁架3包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架1的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架1的下弦杆连接。

所述联系桁架5是由两段联系桁架节段拼接而成的，每节段长度约为20m，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

所述联系桁架5与水平腹桁架3位置对应，如图3所示，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架1的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架1的下弦杆连接。

参见图8所示，所述撑桁架6由于长度不同，可以是整体桁架或者是由撑桁架节段拼接而成的，将20m以上的撑桁架6分为两段在工厂预制，以满足运输要求，撑桁架6包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；所述撑桁架6的上端连接有三根撑桁架上连杆12、下端连接有三根撑桁架下连杆13；三根撑桁架上连杆12的一端与撑桁架6的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过撑桁架上节点9与下弦桁架4连接，其中三根撑桁架上连杆12交汇连接在下球缺连接板的球面上；三根撑桁架下连杆13的一端与撑桁架6的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过索夹与张弦拉索7连接。

参见图9所示，所述撑桁架上节点9包括上球缺连接板、焊接在上球缺连接板上的上耳板、下球缺连接板以及焊接在下球缺连接板上的下耳板，所述上下耳板之间通过销轴连接，所述耳板为二夹一式，即上耳板有一个、且夹持在一对下耳板之间，两者通过销轴销接；或者是下耳板有一个、且夹持在一对上耳板之间，两者通过销轴销接。

所述下弦桁架4的下弦杆通过四根下弦桁架连杆14与撑桁架上节点9连接，四根下弦桁架连杆的一端对称连接在下弦桁架4的下弦杆上、另一端汇成一点交汇连接在上球缺连接板的球面上。

巨型预应力张弦结构中，在各桁架杆件交汇的地方，如果各杆件直径相差不大，则可以采用焊接球节点相连；如果经计算，上下弦桁架的弦杆直径远大于交汇过来的杆件直径，则可以直接交汇相贯于主弦杆，采用焊接或者螺栓连接的方式连接。

一种如所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，工厂预制上弦桁架1、下弦桁架4、水平腹桁架3、斜腹桁架2、联系桁架5、撑桁架6和撑桁架上节点9，其中上弦桁架、下弦桁架、联系桁架和撑桁架根据运输和吊装要求分段制成。

步骤二，将预制好的水平腹桁架、斜腹桁架以及上弦桁架、下弦桁架、联系桁架和撑桁架的各个节段运输至施工现场，进行现场拼装。

步骤三，在地面上将预制好的水平腹桁架、斜腹桁架、斜腹桁架上连杆、斜腹桁架下连杆、下弦桁架连杆分别与上弦桁架和下弦桁架的各个节段在地面拼接成空间桁架节段，每个节段长度约为20m。

步骤四，在施工现场搭设临时脚手架，并在要拼装空间桁架的位置下方搭设10个临时胎架。

步骤五，将各个空间桁架节段依次吊装、并利用临时胎架在空中拼接成300m跨度的空间桁架。

步骤六，将空间桁架的两端与结构柱8连接：所述结构柱8的高度为50m，空间桁架的一端与结构柱8铰接，另一端与结构柱8单向滑动支座连接，其中，铰接支座结构：各杆件交汇焊接于空心球节点，空心球节点下焊接连接板与柱顶预埋板通过销轴连接或者螺栓连接；单向滑动支座结构：各杆件交汇焊接于空心球节点，空心球节点下焊接连接板与柱顶预埋板通过滑板接触连接或者橡胶支座连接，在桁架跨度方向支座侧边设置侧向限位板。

步骤七，在地面上将撑桁架节段拼装成撑桁架6，并在撑桁架两端连接撑桁架上连杆12和撑桁架下连杆13。

步骤八，将拼装好的撑桁架6吊装至合适位置、并通过撑桁架上节点9连接撑桁架上连杆12和下弦桁架连杆14。

步骤九，安装张弦拉索7，将撑桁架6下端的撑桁架下连杆13与张弦拉索对应位置通过索夹连接：其中，索夹可采用双球缺板螺栓相连，两块球缺板的平面中间开弧形索槽，便于索穿过。

步骤十，根据仿真计算结果，对张弦拉索进行预应力张拉，至此，完成一榀空间桁架施工。

步骤十一，重复步骤三至步骤十，直至完成全部空间桁架的施工：在空间桁架施工过程中，为防止巨型桁架侧向失稳，在空间桁架两侧与地面之间拉置临时揽风绳进行临时侧向固定。

步骤十二，在地面将联系桁架节段拼装成联系桁架5。

步骤十三，将拼装好的联系桁架5依次吊装至合适位置、并与相邻的两榀空间桁架连接，联系桁架5作为结构的主檩条，增强了结构的整体稳定性。

步骤十四，重复步骤十二和步骤十三，直至相邻的空间桁架之间均完成联系桁架连接施工，至此，完成煤场大跨度封闭罩棚施工。

Claims (10)

1.一种适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，包括一组平行间隔设置的预应力张弦结构单元，相邻的两榀预应力张弦结构单元之间通过联系结构连接，其特征在于：所述联系结构为一组平行间隔设置在相邻的两榀预应力张弦结构单元之间的联系桁架（5）；

每榀预应力张弦结构单元包括空间桁架和张拉连接在空间桁架下方的张弦拉索（7），所述空间桁架与张弦拉索（7）之间竖向连接有一组平行间隔设置的撑桁架（6）；

所述空间桁架是由三角形空间桁架作为子结构构成的巨型三角形空间桁架，包括两架上弦桁架（1）、一架与上弦桁架平行的下弦桁架（4）、水平连接在两架上弦桁架（1）之间的水平腹桁架（3）以及连接在上弦桁架（1）和下弦桁架（4）之间的斜腹桁架（2）；

所述上弦桁架（1）、下弦桁架（4）、斜腹桁架（2）和水平腹桁架（3）作为巨型三角形空间桁架的子结构、均为三角形空间桁架。

2.根据权利要求1所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述斜腹桁架（2）的上端连接有三根斜腹桁架上连杆（10）、下端连接有三根斜腹桁架下连杆（11）；

三根斜腹桁架上连杆（10）的一端分别与斜腹桁架（2）的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与上弦桁架（1）连接；

三根斜腹桁架下连杆（11）的一端分别与斜腹桁架（2）的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点与下弦桁架（4）连接。

3.根据权利要求2所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述上弦桁架（1）是由上弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；

所述下弦桁架（4）是由下弦桁架节段依次拼接而成的弧形桁架，包括一根上弦杆、两根下弦杆、水平连接在两根下弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆。

4.根据权利要求3所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述水平腹桁架（3）包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架（1）的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架（1）的下弦杆连接。

5.根据权利要求4所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述联系桁架（5）是由联系桁架节段拼接而成的，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；

所述联系桁架（5）与水平腹桁架（3）对应，其两根上弦杆两端与对应的上弦桁架（1）的上弦杆连接，其下弦杆两端与对应的上弦桁架（1）的下弦杆连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述撑桁架（6）是整体桁架或者是由撑桁架节段拼接而成的，包括两根上弦杆、一根下弦杆、水平连接在两根上弦杆之间的水平腹杆以及连接在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；

所述撑桁架（6）的上端连接有三根撑桁架上连杆（12）、下端连接有三根撑桁架下连杆（13）；

三根撑桁架上连杆（12）的一端与撑桁架（6）的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过撑桁架上节点（9）与下弦桁架（4）连接；

三根撑桁架下连杆（13）的一端与撑桁架（6）的上弦杆和下弦杆连接，另一端汇成一点通过索夹与张弦拉索（7）连接。

7.根据权利要求6所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述撑桁架上节点（9）通过四根下弦桁架连杆（14）与下弦桁架（4）的下弦杆连接，四根下弦桁架连杆的一端对称连接在下弦桁架（4）的下弦杆上、另一端汇成一点交汇连接在撑桁架上节点（9）上。

8.根据权利要求7所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：所述撑桁架上节点（9）包括上球缺连接板、焊接在上球缺连接板上的上耳板、下球缺连接板以及焊接在下球缺连接板上的下耳板，所述上下耳板之间通过销轴连接。

9.根据权利要求8所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：四根下弦桁架连杆（14）交汇连接在上球缺连接板的球面上。

10.根据权利要求9所述的适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构，其特征在于：三根撑桁架上连杆（12）交汇连接在下球缺连接板的球面上。