一種新型預應力工業料場罩棚結構及施工方法技術

本發明專利技術涉及一種新型預應力工業料場罩棚結構及施工方法。包括由橫向平行布置的多跨預應力鋼桁架及縱向布置的多道空間張弦梁組成，所述預應力鋼桁架與空間張弦梁相互連接組成整體的一體式結構。還公開了預應力鋼桁架與空間張弦梁組合結構施工方法，包括結構設計、確定施工方案、對桁架分組、鋼桁架地面拼裝、設置臨時支撐胎架、安裝縱向穩定桁架、空間張弦梁施工等步驟。將空間張弦梁和預應力鋼桁架進行結合，充分發揮各自結構的優勢，可使建筑結構在造型、使用空間、造價、施工、安裝及運輸中達到最優。

【技術實現步驟摘要】
一種預應力工業料場罩棚結構及施工方法
本專利技術涉及土木工程建筑結構領域，尤其涉及一種預應力工業料場罩棚結構及施工方法。
技術介紹
鋼桁架結構造型美觀大方、簡潔明快、結構受力清晰，適用于大跨度和超大跨度，被廣泛的應用于火車站、機場等大型公用建筑、以及大跨度廠房、倉庫等工業建筑。傳統的桁架結構由于自重、豎向荷載及變形的影響，其跨度受限且經濟性較差。在普通桁架基礎上引入預應力概念，形成張弦桁架結構，由于預應力的作用，桁架產生向上的反拱的預應力效應，能有效地的抵抗與反拱方向相反的自重、豎向恒載、活載等正向荷載，可減少桁架高度，提高結構跨度，減少用鋼量。但常規的張弦桁架的預應力效應僅能抵抗正向荷載的作用，對于風吸等與反拱方向相同的反向荷載是不利的，因此不能用于風吸荷載控制的大跨度建筑。采用張弦桁架或普通桁架作為主體結構的建筑，一般采用檁條作為屋面的支撐構件，檁條設置在桁架的上弦。桁架在自身平面內具有較強的穩定性，但在平面外的穩定性較差。檁條為梁式受彎構件，一般采用方鋼或H型鋼，通過檁托連接在桁架的上弦，對桁架平面外的支撐作用非常有限，這種桁架+檁條的整體穩定性較差。由于檁條為受彎構件，其較經濟的跨度為5m～8m，因此桁架凈間距也為5~8m，造成桁架很密，鋼量很大，經濟性差，同時對結構的美觀造成影響。對于拱形桁架，在豎向荷載作用下，其桁架支座處存在巨大的水平推力，造成下部結構及支座造價高昂。張弦梁結構與張弦桁架的構造和受力方式類似，是由剛性構件上弦、柔性拉索下弦、中間連以撐桿形成的結構體系，通過張拉下弦高強度拉索使撐桿產生向上的分量，導致上弦構件產生與外部豎向荷載作用相反的內力和變形，從而降低結構的內力，減少結構的變形。常規的張弦梁的預應力效應僅能抵抗正向荷載的作用，對于風吸等與反拱方向相同的反向荷載是不利的。由于張弦梁上弦為單根桿件，其平面外剛度很弱，穩定性很差。
技術實現思路
本專利技術提出一種將預應力鋼桁架和空間張弦梁進行結合的組合結構體系，有效解決張弦桁架加檁條的傳統形式造成的不能有效抵抗風吸荷載、整體穩定性差，桁架間距密，用鋼量大，拱形桁架支座推力大的等缺點。具體解決方案為：本專利技術公開了一種預應力工業料場罩棚結構，包括由橫向平行布置的多榀預應力鋼桁架及縱向布置的多道空間張弦梁組成，所述預應力鋼桁架與空間張弦梁相互連接組成整體的一體式結構。進一步，預應力鋼桁架包括由桁架上弦、桁架下弦、桁架腹桿構成的預應力鋼桁架主體結構，桁架上弦、桁架下弦和桁架腹桿相互固定連接，還包括下弦索、撐桿、斜撐桿、斜拉索，撐桿與桁架下弦鉸接連接，下弦索與撐桿通過索桿連接節點連接，下弦索的端部與桁架下弦連接，通過張拉下弦索對結構施加預應力，使預應力鋼桁架產生向上的反拱；斜拉索的一端與桁架下弦相連，另一端連接在下弦索、撐桿、斜撐桿的桁架索桿連接點上，通過給斜拉索施加預應力，使結構產生向下的作用。進一步，預應力鋼桁架主體結構為四邊形桁架或三角形桁架；預應力鋼桁架主體結構采用相貫焊接桁架或焊接球桁架。進一步，在預應力鋼桁架的所形成的弧的最高點、下弦索與預應力鋼桁架連接處即接近預應力鋼桁架兩端的部位設置縱向穩定桁架。進一步，空間張弦梁由上弦梁、上弦腹桿、三角形撐桿、上斜拉索、水平拉索、下斜拉索構成；兩根上弦梁和上弦腹桿形成平面桁架；上斜拉索、水平拉索和三角形撐桿對上弦梁產生向上的預應力效應，形成具有承載正向荷載的張弦梁結構；上斜拉索與三角形撐桿通過張弦梁索桿連接點連接，下斜拉索一端連接在預應力鋼桁架的桁架下弦上，另一端通過張弦梁索桿連接點與三角形撐桿、上斜拉索、水平拉索相連，通過張拉下斜拉索，形成具有承載反向風荷載的張弦梁結構。空間張弦梁的上斜拉索和上弦梁，通過連接節點與預應力鋼桁架的桁架上弦連接，空間張弦梁的下斜拉索與預應力鋼桁架的桁架下弦連接。本專利技術還公開了預應力鋼桁架與空間張弦梁組合結構施工方法，包括如下步驟：第一步，完成結構設計。第二步，確定施工方案，根據施工方案進行施工全過程仿真分析，確定每一步張拉過程中的預應力張拉值。第三步，對預應力鋼桁架分組，將相鄰不少于兩榀預應力鋼桁架及預應力鋼桁架之間的空間張弦梁作為一組，形成子結構。同一組子結構中的預應力鋼桁架同時安裝施工。第四步，對單榀預應力鋼桁架分三段進行地面拼裝，桁架分段位置設置在下弦索與桁架下弦連接節點的外側。對預應力鋼桁架吊裝中段在地面布置下弦索、撐桿、斜撐桿；并對下弦索進行初步張拉。第五步，設置臨時支撐胎架、預應力鋼桁架吊裝中段；將桁架下弦固定在臨時支撐胎架上；吊裝預應力鋼桁架的兩預應力鋼桁架吊裝邊段，與預應力鋼桁架吊裝中段拼接，形成完整單榀預應力鋼桁架，將桁架支座與滑移施工設備連接牢固，初步張拉斜拉索。第六步，同一子結構的兩榀預應力鋼桁架施工完成后，安裝兩榀預應力鋼桁架之間的縱向穩定桁架；將空間張弦梁在地面拼裝完成，初步張拉上斜拉索和水平拉索；吊裝空間張弦梁，通過連接節點將空間張弦梁與預應力鋼桁架的桁架上弦連接；將下斜拉索連接到預應力鋼桁架的桁架下弦對應位置；張拉下斜拉索，使空間張弦梁達到特定預應力。第七步，待一組內兩榀預應力鋼桁架之間的空間張弦梁施工完畢；對下弦索和斜拉索進行二次張拉；張拉完成后卸載臨時支撐胎架，預應力鋼桁架與臨時支撐胎架脫離。第八步，將組裝完成的一組子結構采用滑移施工方法滑移到特定位置，將桁架支座節點與基礎連接固定，對下弦索和斜拉索進行最終張拉，使鋼索拉力達到設計值。第九步，安裝各組子結構之間的空間張弦梁，完成主體結構工程施工。有益效果：與傳統的桁架+檁條的主次結構不同，一種將預應力鋼桁架和空間張弦梁進行結合的組合結構體系，將預應力鋼桁架和空間張弦梁兩相結合，形成一種相互作用的結構體系，提高結構的穩定性和承載能力。預應力鋼桁架結構的下弦索、撐桿與桁架共同作用形成張弦桁架，能抵抗豎向荷載作用，斜拉索可抵抗反向風荷載，同時能減少支座的水平力。空間張弦梁結構布置在兩榀預應力鋼桁架之間，其傳力效果與主檁條相同。由于空間張弦梁結構對平面內荷載和平面外荷載均具有有效的承載能力，同時由于下斜拉索的存在，能有效抵抗反向風吸荷載。采用空間張弦梁代替普通檁條，將傳統受彎的檁條改為預應力張弦結構，與普通檁條相比可大幅的增大跨度，使檁條的跨度由5～8m增大到20～40m，減少檁條的用材料用量。由于檁條跨的增大，使相鄰兩榀預應力鋼桁架之間的距離增大，進而減少預應力鋼桁架的數量，降低預應力鋼桁架的材料用量。空間張弦梁的上斜拉索和上弦梁的端部連接在預應力鋼桁架的桁架上弦，下斜拉索與預應力鋼桁架結構的桁架下弦連接，使桁架上弦的每一個節點都有一個側向支點，能提高桁架的整體穩定性。將空間張弦梁和預應力鋼桁架進行結合，充分發揮各自結構的優勢，可使建筑結構在造型、使用空間、造價、施工難度、制造及運輸中達到最優。對于已運營的燃煤電廠露天煤場、鋼鐵廠的料場的封閉改造，采用本專利技術可采用分組滑移的施工方法，工程施工過程中不影響料場設備運行，設備無需改造，工廠無需停工，能降低造價，減少資源浪費。附圖說明圖1為實施例1預應力鋼桁架與空間張弦梁組合結構的整體示意圖；圖2為實施例1預應力鋼桁架與空間張弦梁連接布置整體示意圖；圖3為實施例1預應力鋼桁架立面圖；圖4為實施例1預應力鋼桁架軸測示意圖；圖5為實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型預應力工業料場罩棚結構，其特征在于，包括由橫向平行布置的多榀預應力鋼桁架（1）及縱向布置的多道空間張弦梁（2）組成，所述預應力鋼桁架（1）與空間張弦梁（2）相互連接組成整體的一體式結構。

【技術特征摘要】
1.一種預應力工業料場罩棚結構，其特征在于，包括由橫向平行布置的多榀預應力鋼桁架（1）及縱向布置的多道空間張弦梁（2）組成，所述預應力鋼桁架（1）與空間張弦梁（2）相互連接組成整體的一體式結構；預應力鋼桁架（1）包括由桁架上弦（11）、桁架下弦（12）、桁架腹桿（17）構成的預應力鋼桁架主體結構，桁架上弦（11）、桁架下弦（12）和桁架腹桿（17）相互固定連接，還包括下弦索（14）、撐桿（13）、斜撐桿（16）、斜拉索（15），撐桿（13）與桁架下弦（12）鉸接連接，下弦索（14）與撐桿（13）通過索桿連接節點（18）連接；下弦索（14）的端部與桁架下弦（12）連接，通過張拉下弦索對結構施加預應力，使預應力鋼桁架產生向上的反拱；斜拉索（15）的一端與桁架下弦（12）相連，另一端連接在下弦索（14）、撐桿（13）、斜撐桿（16）的桁架索桿連接點（19）上，通過給斜拉索（15）施加預應力，使結構產生向下的作用；空間張弦梁（2）由上弦梁（21）、上弦腹桿（27）、三角形撐桿（25）、上斜拉索（22）、水平拉索（26）、下斜拉索（23）構成；兩根上弦梁（21）和上弦腹桿（27）形成平面桁架；上斜拉索（22）、水平拉索（26）和三角形撐桿（25）對上弦梁（21）產生向上的預應力效應，形成具有承載正向荷載的張弦梁結構。2.根據權利要求1所述的預應力工業料場罩棚結構，其特征在于，預應力鋼桁架主體結構為四邊形桁架或三角形桁架；預應力鋼桁架主體結構采用相貫焊接桁架或焊接球桁架。3.根據權利要求1所述的預應力工業料場罩棚結構，其特征在于，在預應力鋼桁架（1）的所形成的弧的最高點、下弦索（14）與預應力鋼桁架（1）連接處即接近預應力鋼桁架兩端的部位設置縱向穩定桁架（3）。4.根據權利要求1所述的預應力工業料場罩棚結構，其特征在于，上斜拉索（22）與三角形撐桿（25）通過張弦梁索桿連接點（28）連接，下斜拉索（23）一端連接在預應力鋼桁架（1）的桁架下弦（12）上，另一端通過張弦梁索桿連接點（28）與三角形撐桿（25）、上斜拉索（22）、水平拉索（26）相連，通過張拉下斜拉索（23），形成具有承載反向風荷載的張弦梁結構。5.根據權利要求1所述的預應力工業料場罩棚結構，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛家琪，王明珠，王樹，劉鑫剛，張國軍，張奇銘，
申請(專利權)人：中國航空規劃建設發展有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11