一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系的制作方法

本发明涉及一种张弦桁架结构，尤其涉及一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，属于建筑结构技术领域。

背景技术：

根据国家技能环保要求，对于新建及大量已建煤场需进行封闭改造，以避免煤炭在恶劣天气下遭受损失和环境污染，堆煤高度以及斗轮机的作业要求，决定了新建及改造的罩棚必须是超大跨度无柱空间结构，而大跨度钢结构的结构形式恰好满足其跨度大，高度大，覆盖面积大的特点。

现有的张弦桁架，包括一榀上弦桁架、若干对撑杆和一对下弦索，下拉索的预应力使上弦桁架产生反挠度，在荷载下结构的最终挠度会减小，并且通过下线索的张拉力，使撑杆产生向上的分力，导致上弦桁架产生与外荷载作用下相反的内力和变形，以形成整个张弦桁架结构并提高结构刚度，撑杆对上弦桁架提供弹性支撑，改善上弦桁架的受力性能；一般上弦桁架采用桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由下弦索承受，减轻拱对支座产生的负担。由此可见，张弦桁架结构可充分发挥下弦索的强抗拉性能，有利于改善整体结构受力性能，使上弦桁架受弯刚性构件和下弦索抗拉构件取长补短，协同工作，充分发挥每种结构材料的作用。

预应力张弦桁架结构自重轻且具有良好的受力性能，因而近年来，该结构在大跨度煤棚结构中得到越来越多的应用。但是很多储煤场位于平原、沿海等强风环境下，风吸力大于屋面结构自重及屋面活载组合而成的竖直向下的荷载，使下弦索退出工作，结构的整体刚度减小，结构变形加大，甚至破坏，一般通过增加结构配重或加大下弦索力来抵抗风吸力，但两种方法的结果都会带来用钢量的增加。

基于此，本技术人对此进行专门研究，开发出一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，本案由此产生。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，使风吸下结构刚度不减小的同时降低结构用钢量。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，包括一拱形桁架、固定于所述拱形桁架下方的下弦拉索、固定于所述拱形桁架上方的抗风拉索、固定于所述下弦拉索与拱形桁架之间的若干下弦索撑杆、以及固定于所述抗风拉索与拱形桁架之间的若干抗风索。

作为优选，所述下弦拉索和抗风拉索均通过锚具分别和拱形桁架连接。

作为优选，所述下弦索撑杆的两端分别与拱形桁架中部和下弦拉索铰接，抗风索撑杆的两端分别与拱形桁架中部抗风拉索铰接。

作为优选，为保证大跨张弦结构的空间整体刚度，所述拱形桁架为空间倒三角桁架或空间倒梯形桁架。

作为优选，所述下弦索撑杆和抗风索撑杆为圆管或矩形管。

作为优选，为了最大程度地平衡体系的整体刚度和经济性，所述拱形桁架的厚度为其跨度的1/35—1/40。

作为优选，为了最大程度地平衡体系的整体刚度和经济性，所述下弦索的垂度为其跨度的1/20—1/25。

作为优选，为了提升体系的抗风吸能力所述抗风索撑杆的高度为抗风索跨度的1/15—1/20。

本发明能实现如下技术效果：

本发明提出的利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，可用于采用轻质屋面，且位于平原、沿海等强风环境中的大跨干煤棚结构，能使风吸下结构刚度不减小的同时降低结构用钢量，相对于现有的结构，增加了抗风索的使用，在大风情况下出现下弦拉索失效后，由于抗风索的关系，结构的刚度不会骤减，不会出现变形过大，甚至发生破坏的情况；同时该体系还具有支座反力小，抗连续倒塌能力强及经济性好等优点。

本发明用钢量减少的原因：现有结构只包含一根下弦索，一旦下弦索退出工作，结构的整体刚度就会骤减，出现破坏，为保证风吸下下弦索不退出工作，主要措施有两种，一是配重法，加大结构的重量，虽然附加的重量可以进一步抵抗风吸力，但却增加了结构的负担，大大增加了用钢量；还有一种方法是增加下弦索的预拉力，附加的预拉力也可以进一步抵抗风吸力，但初始预拉力的增加要以增大结构的截面为代价，也会大量增加用钢量。本案中的新型结构形式桁架下册布置有下弦索，桁架上册布置有抗风索，两根索不会出现同时失效的情况，因此结构的整体刚度不会减小，无需通过增加配重或加大预拉力来抵抗风吸，能有效的控制用钢量。

附图说明

图1为现有大跨张弦拱桁架结构示意图；

图2为一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架结构轴测图；

图3为一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架结构俯视图；

图4为一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架结构立面图。

图中标号：1.拱形桁架；2.下弦索；3.下弦索撑杆；4.抗风索；5.抗风索撑杆。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的揭露，兹提供了一个实施例，并结合附图作如下详细说明：

如图1所示，图1为现有的拱形张弦桁架结构的示意图，现有的拱形张弦桁架结构包括拱形桁架1’、下弦索2’、下弦撑杆3’，从图1可知，现有的拱形张弦桁架只有一根下弦索，下弦索2’的两端与拱形桁架1’固定，下弦索撑杆3’的上端与拱形桁架1连接，下弦索撑杆3’的下端与下弦索2连接。

图2-3所示，一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构，包括拱形桁架1、下弦索2、下弦索撑杆3、抗风索4、抗风索撑杆5，从图2-3可知，本实施例技术方案，有一根下弦索和一根抗风索，下弦索2的两端与拱形桁架1固定，下弦索撑杆3的上端与拱形桁架1连接，下弦索撑杆3的下端与下弦索2连接。抗风索4的两端与拱形桁架1固定，抗风索撑杆5的上端与拱形桁架1连接，抗风索撑杆5的下端与抗风索4连接。

本实施例中拱形桁架为空间倒三角桁架，下弦索撑杆3和抗风索撑杆5为圆管，和拱形桁架1、下弦拉索2及抗风索4的连接均为铰接。

本实施例中，拱形桁架的厚度为其跨度的1/35，下弦索的垂度为其跨度的1/20，抗风索撑杆的高度为抗风索跨度的1/15。

本实施例中，根据数值风洞模拟结果，恒载及活载组合大于1.5倍风荷载下，下弦索处于受拉状态，抗风索处于松弛状态；恒载及活载组合等于1.0倍风荷载下，下弦索与抗风索均处于受拉状态；风荷载大于1.5倍恒载及活载组合下，下弦索出现松弛，抗风索处于受拉状态，结构刚度未发生减小的情况，抗风吸性能良好。

以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种利于抵抗强风的大跨张弦桁架煤棚结构体系，涉及建筑结构技术领域，包括一拱形桁架、固定于所述拱形桁架下方的下弦拉索、固定于所述拱形桁架上方的抗风拉索、固定于所述下弦拉索与拱形桁架之间的若干下弦索撑杆、以及固定于所述抗风拉索与拱形桁架之间的若干抗风索。本发明可用于采用轻质屋面，且位于平原、沿海等强风环境中的大跨干煤棚结构，能使风吸下结构刚度不减小的同时降低结构用钢量，相对于现有的结构，增加了抗风索的使用，在大风情况下出现下弦拉索失效后，结构的刚度不会骤减，不会出现变形过大，甚至发生破坏的情况；同时该体系还具有支座反力小，抗连续倒塌能力强及经济性好等优点。

技术研发人员：丁毅;刘中华;冯晓东;周鹏洋;郦宏伟;高良;俞奇效;江涛;吴国松;王柏森;汪胤雅
受保护的技术使用者：浙江精工钢结构集团有限公司
技术研发日：2018.09.30
技术公布日：2019.02.15