适合超大跨度煤场封闭的巨型预应力张弦结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑改造领域，特别是一种煤场改造用封闭结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]本发明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及施工方法，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。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]四根下弦桁架连杆交汇连接在上球缺连接板的球面上。
[0025]三根撑桁架上连杆交汇连接在下球缺连接板的球面上。
[0026]—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、下弦桁架、水平腹桁架、斜腹桁架、联系桁架、撑桁架和撑桁架上节点，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。
[0027]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。
[0028]步骤三，在地面上将水平腹桁架、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。
[0029]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一组临时胎架。
[0030]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空间桁架。
[0031]步骤六，将空间桁架的两端与结构柱连接。
[0032]步骤七，在地面上将撑桁架节段拼装成撑桁架，并在撑桁架两端连接撑桁架上连杆和撑桁架下连杆。
[0033]步骤八，将拼装好的撑桁架吊装至合适位置、并通过撑桁架上节点连接撑桁架上连杆和下弦桁架连杆。
[0034]步骤九，安装张弦拉索，将撑桁架下端的撑桁架下连杆与张弦拉索对应位置通过索夹连接。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]步骤十二，在地面将联系桁架节段拼装成联系桁架。
[0038]步骤十三，将拼装好的联系桁架依次吊装至合适位置、并与相邻的两榀空间桁架连接。
[0039]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。
[0040]与现有技术相比本发明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，本发明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。
[0041]本发明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