专利名称：大跨度球面网壳煤场结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种煤场围护结构及其施工方法，特别是一种屋顶为网壳结构的煤场围护接结构及其施工方法。
背景技术：
火力发电站往往需要储备大量的煤，目前大多数煤场都是露天堆放，露天堆放的煤块经日晒雨淋会影响煤的燃烧效果，降低利用率，且刮风时会造成环境污染，因此，在全社会普遍提高生活质量，工作环境的大环境下，对堆放场地形成封闭的围护，减少环境污染，是必须的。目前常用通常采用为半封闭的煤棚，半封闭的煤棚在一定程度上可阻挡刮风带来 的环境污染，但日晒雨淋对煤燃烧效果的影响无法去除，因此寻求一种即可避免环境污染，又可有效防止太阳直晒对煤品质的影响，则需要在半封闭的煤棚上加设一个棚顶，鉴于煤场一般跨度较大，其内设置有大型的自动化机械设备，高度也较大，因此，稳定性好，空间刚度较大、动荷载承受能力强、结构空间变化多样的网壳结构是首选。而一般底部的半封闭围护结构为混凝土筒仓结构，而网壳结构属于钢结构，钢结构和混凝土筒仓结构如何形成可靠连接，并实现网壳结构安全便捷准确的施工，是本发明所研究的对象。
发明内容
本发明的目的是提供一种大跨度球面网壳煤场结构及其施工方法，要解决煤场围护结构中混凝土筒仓结构与网壳钢结构连接的技术问题；并解决网壳结构高空施工的问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种大跨度球面网壳煤场结构，包括底部维护结构和棚顶，所述底部维护结构为混凝土筒仓结构，其顶面设置有支撑短柱，所述棚顶为半球网壳，所述半球网壳是由若干个直径自底至顶递减球环叠合而成，所述球环为由若干个四角锥形单元续接成环形，所述四角锥形单元由上弦杆、下弦杆和腹杆通过螺栓球呈放射状连接而成，其中，最底排的螺栓球通过预埋支座与支撑短柱连接。所述预埋支座由底部连接板、支撑立板和侧向限位板焊接而成，所述支撑立板和侧向限位板垂直相交设置，两者底部共同与底部连接板焊接连接，两者顶部均开有与螺栓球吻合的槽口，所述槽口对螺栓球形成碗状支撑面。所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方法，其特征在于步骤如下
步骤一，搭设底部维护结构的内外双排落地脚手架；
步骤二，绑扎底部维护结构的钢筋；
步骤三，分别支设底部维护结构的第一板内模和第一板外模；
步骤四，浇筑底部维护结构的第一板混凝土 ；步骤五，按跳仓法施工底部维护结构的第二板混凝土；
步骤六，不断翻板施工至底部维护结构的最后一板，且在最后一板的顶部间隔设置支撑短柱的预埋件；
步骤七，在预埋件位置顶面浇筑支撑短柱，并在支撑短柱顶面预埋预埋支座的连接
件；
步骤八，将预埋支座安装在连接件上；
步骤九，将半球网壳以水平直径为起点，等分为六等份，依次为第一施工段、第二施工段、第三施工段、第四施工段、第五施工段和第六施工段，在地面将半球网壳的底部两圈球环按照上述划分的施工段分别拼装吊装单元，同时将其余半球网壳拼装成单个四角锥形单元体；
步骤十，依次按照自第一施工段至第六施工段的逆时针顺序将拼装好的吊装单元通过吊车吊装至安装位置并将吊装单元进行合拢，将最底部的螺栓球搁置在预埋支座顶部的凹槽内后将螺栓球与预埋支座焊接连接，在合拢过程中采用临时支撑系统对已安装的底部两圈球环进行支顶；
步骤十一，采用汽车吊吊装单个四角锥形单元体，并按与底部两圈球环相同的安装顺序将其连接在已安装完成的网壳区段上；
步骤十二，当安装至距地面高度大于等于30米时，在已安装的网壳区段边缘安装拨杆，通过连接在拨杆上的钢丝绳吊装单个四角锥形单元体，并将其逐个安装到已安装的网壳区段上，直至整个半球网壳闭合；
步骤十三，对半球网壳进行施工验收。所述步骤一中，内外双排落地脚手架直接支承在地基上，地基应先平整场地，清除障碍物，回填土必须严格分层夯打坚实，上铺50mm厚松木板。所述步骤四至步骤五中，底部维护结构的混凝土浇筑时，每隔45度角设置一道后浇带。所述步骤九中，四角锥形单元体的组装按照先下弦杆、再腹杆、后上弦杆的工艺顺序进行。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明通过设置短柱和预埋支座，并使预埋制作形成碗装支撑体，可很好的与球型螺栓的外表面适应，提高了支撑的稳定性，实现可靠连接。本发明所述煤场围护结构底部维护结构为混凝土筒仓结构，棚顶为半球网壳，综合利用了混凝土结构可塑性好，易于形成围护筒仓结构，施工简便的特点，同时，利用了网壳结构质量轻，稳定性好，空间刚度较大、动荷载承受能力强等特点，两者形成较理想的大空间围护结构。本发明在安装棚顶的网壳结构时，在吊装合拢的同时，通过内外临时支撑配合支撑，保证底层网架顺利合拢，同时也减小了网架的变形，确保了已安装网壳部分的稳定性，使其具备了较强的刚度，为后续上部网壳安装提供条件。对上部网壳结构采用拨杆和钢丝绳组成的高空悬挑散装法安装，与传统的采用搭设钢管脚手架做操作平台的散装拼装施工方法进行比较，节省了人工、材料费，并缩短了工期，经济效益明显。
通过预先计算对吊装进行合理分区，采用合理吊装方案，分区对称逐圈吊装，防止因荷载大引起杆件变形。半球网壳结构采取地下预拼装成四角锥形单元体，减少了高空组装的危险性，同时提高了施工速度。本发明另一个特色就是取消了常规的网壳结构施工需要搭设满堂脚手架，而代之以采用较大直径钢管分散单独支撑的临时支撑体系，确保施工安全的同时，节约了施工成本，加快了施工进度，以下以同样的网壳结构，分别采用传统的搭设架体支撑和采用分散的临时钢管支撑费用的简单比较。传统方法采用搭设架体支撑施工
脚手架钢管、扣件租赁费:150吨X 3. 2元X 35天+30000个X0. 008元X 35天=2. 52
万元
脚手架搭设及拆除人工费30人X 15天X 80元=3. 6万元 工期效益16天X0. 5万元=8万元 钢管支撑施工
钢管搭设支撑费用500元X 36个支墩=1. 8万元 钢管折旧费3000元X3吨=0. 9万元
节约资金传统方法采用搭设架体支撑-钢管临时支撑=14. 12万元-2. 7万元=11. 42
万元
本发明可广泛应用于混凝土筒仓结构和网壳结构组合形成的煤场围合结构。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图I是本发明结构的俯视图。图2是图I的E-E剖视图。图3是预埋支座详图。图4是最顶层两圈网壳立面图。图5是图4的A-A剖视图。
图6是安装最底层两圈网壳不意图。图7是图6的B-B剖视图。图8是30米以下部分网壳的安装示意图。图9是图8的C-C示意图。图10是30米以上部分网壳的安装示意图。图11是图10的D-D剖视图。附图标记1 一底部维护结构、2 —四角锥形单元体、2. I 一上弦杆、2. 2 一下弦杆、
2.3 一腹杆、3 —螺栓球、4 一支撑短柱、5 —预埋支座、5. I 一底部连接板、5. 2 一支撑立板、
5.3 一侧向限位板、6 —汽车吊、7 —拨杆、8 —第一施工段、9 一第二施工段、10 —第三施工段、11 一第四施工段、12 —第五施工段、13 —第六施工段、14 一钢丝绳。
具体实施例方式 实施例参见图I至图3所示，一种大跨度球面网壳煤场结构，包括底部维护结构I和棚顶，所述底部维护结构为混凝土筒仓结构，其顶面设置有支撑短柱4，所述棚顶为半球网壳，所述半球网壳是由若干个直径自底至顶递减球环叠合而成，所述球环为由若干个四角锥形单元续接成环形，所述四角锥形单元由上弦杆2. I、下弦杆2. 2和腹杆2. 3通过螺栓球3呈放射状连接而成，其中，最底排的螺栓球通过预埋支座5与支撑短柱4连接。所述预埋支座5由底部连接板5. I、支撑立板5. 2和侧向限位板5. 3焊接而成，所述支撑立板5. 2和侧向限位板5. 3垂直相交设置，两者底部共同与底部连接板5. I焊接连接，两者顶部均开有与螺栓球3吻合的槽口，所述槽口对螺栓球3形成碗状支撑面。所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方 法，步骤如下
步骤一，搭设底部维护结构I的内外双排落地脚手架；所述内外双排落地脚手架直接支承在地基上，地基应先平整场地，清除障碍物，回填土必须严格分层夯打坚实，上铺50mm厚松木板。步骤二，绑扎底部维护结构I的钢筋。步骤三，分别支设底部维护结构I的第一板内模和第一板外模。步骤四，浇筑底部维护结构I的第一板混凝土。步骤五，按跳仓法施工底部维护结构I的第二板混凝土 ；所述跳仓法是充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理，它是将建筑物地基或大面积砼平面机构划分成若干个区域，按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则施工，其模式和跳棋一样，即隔一段浇一段。相邻两段间隔时间不少于七天，以避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用。步骤六,不断翻板施工至底部维护结构I的最后一板，且在最后一板的顶部间隔设置支撑短柱4的预埋件；所述步骤四至步骤六，底部维护结构I的混凝土时，每隔45度角设置一道后浇带。步骤七，在预埋件位置顶面浇筑支撑短柱4，并在支撑短柱4顶面预埋预埋支座5的连接件。步骤八，将预埋支座5安装在连接件上。步骤九，将半球网壳以水平直径为起点，等分为六等份，依次为第一施工段8、第二施工段9、第三施工段10、第四施工段11、第五施工段12和第六施工段13，在地面将半球网壳的底部两圈球环按照上述划分的施工段分别拼装吊装单元，同时将其余半球网壳拼装成单个四角锥形单元体；所述四角锥形单元体的组装按照先下弦杆、再腹杆、后上弦杆的工艺顺序进行，参见图4至图7。步骤十，依次按照自第一施工段8至第六施工段13的逆时针顺序将拼装好的吊装单元通过吊车吊装至安装位置并将吊装单元进行合拢，将最底部的螺栓球3搁置在预埋支座5顶部的凹槽内后将螺栓球3与预埋支座5焊接连接，在合拢过程中采用临时支撑系统对已安装的底部两圈球环进行支顶；所述临时支撑系统包括内支撑和外支撑，所述外支撑为三根钢管焊接而成，其中两根钢管垂直相交成角形，另外一根设置在角形的角平分线处，相互垂直的钢管自由端分别支顶在底部维护结构I的外壁和露出底部维护结构I的螺栓球上，位于角平分线处的钢管支顶在预埋支座上。所述外支撑包括设置在底部维护结构I内圈顶面的支撑环和斜向支撑杆，所述斜向支撑杆的一端支顶在支撑环上，另一端支顶在倒数第二层的螺栓球上。
步骤十一，采用汽车吊6吊装单个四角锥形单元体，并按与底部两圈球环相同的安装顺序将其连接在已安装完成的网壳区段上；参见图8和图9。
步骤十二，当安装至距地面高度大于等于30米时，在已安装的网壳区段边缘安装拨杆7，通过连接在拨杆7上的钢丝绳14吊装单个四角锥形单元体，并将其逐个安装到已安装的网壳区段上，直至整个半球网壳闭合；参见图10和图11。步骤十三，对半球网壳进行施工验收。
权利要求
1.一种大跨度球面网壳煤场结构，包括底部维护结构(I)和棚顶，其特征在于所述底部维护结构为混凝土筒仓结构，其顶面设置有支撑短柱(4)，所述棚顶为半球网壳，所述半球网壳是由若干个直径自底至顶递减球环叠合而成，所述球环为由若干个四角锥形单元体(2)续接成环形，所述四角锥形单元体(2)由上弦杆(2. I)、下弦杆(2. 2)和腹杆(2. 3)通过螺栓球(3)呈放射状连接而成，其中，最底排的螺栓球通过预埋支座(5)与支撑短柱(4)连接。
2.根据权利要求I所述的大跨度球面网壳煤场结构，其特征在于所述预埋支座(5)由底部连接板(5. I)、支撑立板(5. 2)和侧向限位板(5. 3)焊接而成，所述支撑立板(5. 2)和侧向限位板(5.3)垂直相交设置，两者底部共同与底部连接板(5.1)焊接连接，两者顶部均开有与螺栓球(3 )吻合的槽口，所述槽口对螺栓球(3)形成碗状支撑面。
3.—种上述权利要求I或2任意一项所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方法，其特征在于步骤如下 步骤一，搭设底部维护结构(I)的内外双排落地脚手架； 步骤二，绑扎底部维护结构(I)的钢筋； 步骤三，分别支设底部维护结构(I)的第一板内模和第一板外模； 步骤四，浇筑底部维护结构(I)的第一板混凝土 ； 步骤五，按跳仓法施工底部维护结构(I)的第二板混凝土 ； 步骤六，不断翻板施工至底部维护结构(I)的最后一板，且在最后一板的顶部间隔设置支撑短柱(4)的预埋件； 步骤七，在预埋件位置顶面浇筑支撑短柱(4)，并在支撑短柱(4)顶面预埋预埋支座(5)的连接件； 步骤八，将预埋支座(5)安装在连接件上； 步骤九，将半球网壳以水平直径为起点，等分为六等份，依次为第一施工段(8)、第二施工段(9)、第三施工段(10)、第四施工段(11)、第五施工段(12)和第六施工段(13)，在地面将半球网壳的底部两圈球环按照上述划分的施工段分别拼装吊装单元，同时将其余半球网壳拼装成单个四角锥形单元体； 步骤十，依次按照自第一施工段(8)至第六施工段(13)的逆时针顺序将拼装好的吊装单元通过吊车吊装至安装位置并将吊装单元进行合拢，将最底部的螺栓球(3)搁置在预埋支座(5)顶部的凹槽内后将螺栓球(3)与预埋支座(5)焊接连接，在合拢过程中采用临时支撑系统对已安装的底部两圈球环进行支顶； 步骤十一，采用汽车吊(6)吊装单个四角锥形单元体，并按与底部两圈球环相同的安装顺序将其连接在已安装完成的网壳区段上； 步骤十二，当安装至距地面高度大于等于30米时，在已安装的网壳区段边缘安装拨杆(7)，通过连接在拨杆(7)上的钢丝绳(14)吊装单个四角锥形单元体，并将其逐个安装到已安装的网壳区段上，直至整个半球网壳闭合； 步骤十三，对半球网壳进行施工验收。
4.根据权利要求3所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方法，所述步骤一中，内外双排落地脚手架直接支承在地基上，地基应先平整场地，清除障碍物，回填土必须严格分层夯打坚实，上铺50mm厚松木板。
5.根据上述权利要求3所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方法，所述步骤四至步骤五中，底部维护结构(I)的混凝土浇筑时，每隔45度角设置一道后浇带。
6.根据上述权利要求3所述的大跨度球面网壳煤场结构的施工方法，其特征在于所述步骤九中，四角锥形单元体(2)的组装按照先下弦杆、再腹杆、后上弦杆的工艺顺序进行。
全文摘要
本发明涉及一种大跨度球面网壳煤场结构及其施工方法，包括底部维护结构和棚顶，所述底部维护结构为混凝土筒仓结构，其顶面设置有支撑短柱，所述棚顶为半球网壳，所述半球网壳是由若干个直径自底至顶递减球环叠合而成，所述球环为由若干个四角锥形单元续接成环形，所述四角锥形单元由上弦杆、下弦杆和腹杆通过螺栓球呈放射状连接而成，其中，最底排的螺栓球通过预埋支座与支撑短柱连接。施工过程通过设置临时支撑系统和高空悬挑散装的施工方法，实现了安全高效的施工，可广泛应用于封闭式煤场围护结构。
文档编号E04B7/10GK102767235SQ20121029398
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者刘现辉, 崔琪, 李蕾, 石国强 申请人:中建二局第二建筑工程有限公司