CN103061412B - 一种劲性支撑穹顶结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种劲性支撑穹顶结构的施工方法涉及建筑领域。其施工方法为：第一步安装中央内拉环、安装脊索；第二步安装内环杆，按节点先上后下的顺序安装内斜杆、中撑杆；第三步安装外环杆，整体张拉提升外脊索和中斜杆的工装索，安装中斜杆、外撑杆；第四步整体张拉提升外脊索和外斜杆的工装索，将外脊索和外斜杆与环梁连接；第五步张拉外脊索，使结构达到设计外形；第六步铺设膜材，完成施工。本发明给出了一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，此方法充分利用了该结构杆件定位容易等特点，按节点先内后外先上后下的顺序整体提升对称安装，一次张拉成形。杆件的安装在地面或操作平台完成，避免高空作业。杆件始终在提升，避免了杆件反复张拉放松。

Description

一种劲性支撑穹顶结构的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，

背景技术

索穹顶结构是一种由索、杆、膜组合而成的预应力空间结构，一经问世就受到建筑师的青睐。但由于索穹顶结构自身的结构特点决定其有许多技术难题。如杆件定位困难、杆件初始刚度低、施工难度大等。因此，许多基于索穹顶结构的新型预应力空间结构出现，如劲性支撑穹顶结构。劲性支撑穹顶结构上层是索网体系，下层是刚性杆体系，即将索穹顶结构的下部拉索替换成高强钢拉杆，增强杆件的刚度和结构的整体刚度，高强钢拉杆的杆件容易定位，降低了结构的施工难度。该结构也具有索穹顶结构的轻盈高效，自重随着跨度的增大而不明显增加等特点。劲性支撑穹顶结构是在索穹顶结构的基础上发展起来的，已有的索穹顶结构施工方法都存在着以下一点或者几点的不足：

（1）工作人员需要高空作业来完成索穹顶结构的安装和张拉，不仅增加施工难度而且工作人员人身安全很难保障。

（2）索穹顶结构在张拉过程中采用逐层张拉法，施工张拉难度增加，整个施工过程很难控制，且非常不容易满足设计图纸上的建筑外形要求，同时给施工模拟分析和施工过程控制带来很大的难度。

（3）对张拉的对称性要求高，如果出现张拉不对称的现象，就会出现与设计时不一样的结构外形，给施工带来麻烦。且反复张拉放松脊索，给施工模拟分析和施工过程控制带来困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是结合劲性支撑穹顶结构的特点，提出一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，这种施工方法不需要工人高空作业，所有的安装和张拉都是在地面、操作平台进行。施工过程中由于下部高强高拉杆的存在，使得杆件和杆件之间的位置关系容易控制，只要控制好撑杆上部节点或撑杆下部节点的位置，就能使结构达到设计要求的建筑外形。而且张拉过程中，脊索始终是在上升的，避免了脊索反复张拉放松带来的施工模拟分析和施工控制方面的困难。该施工方法的施工模拟分析和施工控制也较为简单。

为了达到上述目的，本发明采取了如下技术方案。先将中心场地内的杆件按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装，然后同时张拉外脊索和中斜杆的工装索，整体张拉提升中心场地内已经拼装好的杆系，使得待组装杆件的脊索节点达到操作平台的高度，在操作平台上按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装杆件，继续张拉外脊索和外斜杆的工装索，将外脊索、外斜杆与环梁连接，完成杆件的拼装，通过张拉外脊索完成预应力的施加，使得结构达到设计要求的外形，具体实施步骤如下：

第一步：安装中心内拉环9，内脊索1的上端与中心内拉环9的上耳板13连接，安装内脊索1、中脊索2、外脊索3，通过工装索将外脊索3与环梁12连接。将内斜杆6的下端与中心内拉环9的下耳板14连接；

第二步：安装内环杆8，按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装内斜杆6上端和中撑杆11，连接中斜杆5的下端与内环杆8的相应节点，中斜杆5的上端连接工装索；

第三步：在操作平台上安装外环杆7，整体张拉提升外脊索3和中斜杆5的工装索，按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装中斜杆5上端和外撑杆10；并将外斜杆4的下端与外环杆7上的对应节点连接；

第四步：整体张拉提升外脊索3和外斜杆4的工装索，将外脊索3下端和外斜杆4的上端与环梁12上的节点连接；

第五步：张拉外脊索3，使结构达到设计要求的外形；

第六步：铺设膜材，完成施工。

所述的第一步中的具体安装步骤为：首先搭设操作平台，然后在中心场地中央位置安装焊接中心内拉环9，将中心内拉环9上的耳板13和14与环梁12上的节点相对应，将内脊索1的上端与中心内拉环9的上耳板13连接，内脊索1的下端与中脊索2的上端连接，中脊索2的下端与外脊索3的上端连接，外脊索3的下端与工装索的一端连接，工装索的另一端与环梁12上的节点连接。将内斜杆6的下端与中心内拉环9的下耳板14连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

所述的第二步中的具体安装步骤为：安装拼接内环杆8，将内环杆8上的节点与环梁12的节点相对应。提升连接内脊索1下端和中脊索2上端的节点，将内斜杆6上端、中撑杆11上端与该节点连接，将中撑杆11下端与内环杆8上的相应节点连接。将中斜杆5的下端与内环杆8上的节点相连接。中斜杆5的上端与工装索连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

所述的第三步中的具体安装步骤为：在操作平台上安装拼接外环杆7，将外环杆7上的节点与环梁12上的相应节点对应，将中斜杆5的工装索与外环杆7上的相应节点连接，整体张拉提升外脊索3和中斜杆5的工装索，使得连接中脊索2和外脊索3的节点达到操作平台的高度，将中斜杆5的上端和外撑杆10上端与该节点相连接，继续张拉外脊索3的工装索，使得能够连接外撑杆10的下端，将外撑杆10的下端与外环杆7上的相应节点连接。将外斜杆4的下端与外环杆7上的节点连接，外斜杆4的上端与工装索的一端连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

所述的第四步中的具体安装步骤为：将与外斜杆4连接的工装索与环梁12上的节点连接。整体张拉提升外脊索3和外斜杆4连接的工装索，将外脊索3的下端与环梁12上的节点连接，将外斜杆4的上端与环梁12上的节点连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

所述的第五步中的具体安装步骤为：张拉外脊索3，使得杆件的内力达到设计值的90%以上，然后再张拉外脊索3进行调节使得杆件的内力达到设计值。

所述的由环梁、外环杆、内环杆组成的环向外轮廓为圆形或为椭圆形或为多边形。

这种劲性支撑穹顶结构的施工方法，充分利用了该结构下部刚性件定位容易的特点，结构的每一个节点都与一个或者几个刚性杆连接，因此节点和节点之间的位置关系明确，施工过程中只需控制撑杆上节点或者撑杆下节点的位置，就可以得到满足设计图纸要求的结构外形，降低了结构的施工难度；该结构一次张拉完成，避免了结构的多层次张拉；在张拉过程中，体系始终不断的上升，避免了脊索的反复张拉放松。上述特点都降低了施工模拟分析和施工控制的难度。杆件的安装和张拉都在地面、操作平台或楼面上完成，避免了工人的高空作业。

附图说明

图1上层为肋环型网格的劲性支撑穹顶结构轴测图

图2为图1所示的圆形劲性支撑穹顶结构的下部支撑体系图

图3为图1所示的圆形劲性支撑穹顶结构的上部索网体系图

图4为图1所示的圆形劲性支撑穹顶结构平面图

图5为图1所示的劲性支撑穹顶结构的剖面图

图6为图1所示的劲性支撑穹顶结构的中心内拉环的耳板示意图

图7为图1所示的椭圆形劲性支撑穹顶结构的平面图

图8为图1所示的多边形劲性支撑穹顶结构的平面图

图中：1、内脊索；2、中脊索；3、外脊索；4、外斜杆；5、中斜杆；6、内斜杆；7、外环杆；8、内环杆；9、中心内拉环；10、外撑杆；11、中撑杆；12、环梁；13、中心内拉环上耳板；14、中心内拉环下耳板。

图中杆件的上端和下端按照高度来确定。如图5所示，内脊索1较高的一端为上端，较低的一段为下端；中脊索2较高的一端为上端，较低的一端为下端；外脊索3、外斜杆4、中斜杆5、内斜杆6、中撑杆11、外撑杆10亦是如此。外环杆7和内环杆8不区分杆件的上端和下端。

具体实施方式

下面结合图1-8详细说明本实施例。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的施工成形过程为：第一步为安装中心内拉环9、把内脊索1的上端与中心内拉环9的上耳板13连接，安装连接内脊索1、中脊索2、外脊索3，通过工装索将外脊索3与环梁12连接。将内斜杆6的下端与中心内拉环9的下耳板14连接。即图1、图5和图6中的中央内拉环、内脊索1、中脊索2、外脊索3和内斜杆6。具体安装方法为：首先搭设操作平台，然后在中心场地中央位置安装焊接中心内拉环9，将中心内拉环9上的耳板13和14与环梁12上的节点相对应，将内脊索1的上端与中心内拉环9的上耳板13连接，内脊索1的下端与中脊索2的上端连接，中脊索2的下端与外脊索3的上端连接，外脊索3的下端与工装索的一端连接，工装索的另一端与环梁12上的节点连接。将内斜杆6的下端与中心内拉环9的下耳板14连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

第二步为安装内环杆8，按照节点先上后下先内后外的顺序对称安装内斜杆6上端和中撑杆11，连接中斜杆5的下端与内环杆8的相应节点，中斜杆5的上端连接工装索。即图1、图2和图4中所示的内环杆8、内斜杆6、中撑杆11和中斜杆5。具体安装方法为：安装拼接内环杆8，将内环杆8上的节点与环梁12的节点相对应。提升连接内脊索1下端和中脊索2上端的节点，将内斜杆6上端、中撑杆11上端与该节点连接，将中撑杆11下端与内环杆8上的相应节点连接。将中斜杆5的下端与内环杆8上的节点相连接。中斜杆5的上端与工装索连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

第三步为在操作平台上安装外环杆7，整体张拉提升外脊索3和中斜杆5的工装索，按照节点先上后下先内后外的顺序对称安装中斜杆5上端、外撑杆10；并将外斜杆4的下端与外环杆7上的对应节点连接。即图1、图2和图4中所示的外环杆7、中斜杆5、外撑杆10和外斜杆4。具体的安装方法为：在操作平台上安装拼接外环杆7，将外环杆7上的节点与环梁12上的相应节点对应，将中斜杆5的工装索与外环杆7上的相应节点连接，整体张拉提升外脊索3和中斜杆5的工装索，使得连接中脊索2和外脊索3的节点达到操作平台的高度，将中斜杆5的上端和外撑杆10上端与该节点相连接，继续张拉外脊索3的工装索，使得能够连接外撑杆10的下端，将外撑杆10的下端与外环杆7上的相应节点连接。将外斜杆4的下端与外环杆7上的节点连接，外斜杆4上端与工装索的一端连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

第四步为整体提升张拉外脊索3和外斜杆4的工装索，将外脊索3上端和外斜杆4的上端与环梁12上的节点连接。即图1和图4所示的外脊索3、外斜杆4和环梁12。具体安装方法为：将与外斜杆4连接的工装索与环梁12上的节点连接。整体张拉提升张拉与外脊索3和外斜杆4连接的工装索，将外脊索3的上端与环梁12上的节点连接，将外斜杆4的上端与环梁12上的节点连接。上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

第五步为张拉外脊索3，使结构达到设计要求的外形。即图1和图5所示的外脊索3。具体的张拉方法为：张拉外脊索3，使得杆件的内力达到设计值的90%以上，然后再张拉外脊索3进行调节使得杆件的内力达到设计值。

第六步为铺设膜材，完成施工。

实施例2

如图1、图5、图6和图7所示，本实施例与实施例1的施工方法相同，不同之处在于外环杆7、内环杆8和环梁12的外轮廓线为椭圆形。

实施例3

如图1、图5、图6和图8所示，本实施例与实施例1的施工方法相同，不同之处在于其环梁12的外轮廓线为多边形。外环杆7、内环杆8和中央内拉环9的外轮廓线都为多边形。

Claims (6)

1.一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：安装中心内拉环（9），内脊索（1）的上端与中心内拉环（9）的上耳板（13）连接，安装内脊索（1）、中脊索（2）、外脊索（3），通过工装索将外脊索（3）与环梁（12）连接；将内斜杆（6）的下端与中心内拉环（9）的下耳板（14）连接；

第二步：安装内环杆（8），按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装内斜杆（6）上端和中撑杆（11），把中斜杆（5）的下端和内环杆（8）的相应节点连接，中斜杆（5）的上端连接工装索；

第三步：在操作平台上安装外环杆（7），整体张拉提升外脊索（3）和中斜杆（5）的工装索，按照节点先内后外、先上后下的顺序对称安装中斜杆（5）上端、外撑杆（10）；并将外斜杆（4）的下端与外环杆（7）上的对应节点连接；

第四步：整体提升张拉外脊索（3）和外斜杆（4）的工装索，将外脊索（3）下端和外斜杆（4）的上端与环梁（12）上的节点连接；

第五步：张拉外脊索（3），使结构达到设计要求的外形；

第六步：铺设膜材，完成施工。

2.根据权利要求1所述的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于：所述的第一步中的具体安装步骤为：首先搭设操作平台，然后在中心场地中央位置安装焊接中心内拉环（9），将中心内拉环（9）的上耳板（13）和中心内拉环（9）的下耳板（14）与环梁（12）上的节点相对应，将内脊索（1）的上端与中心内拉环（9）的上耳板（13）连接，内脊索（1）的下端与中脊索（2）的上端连接，中脊索（2）的下端与外脊索（3）的上端连接，外脊索（3）的下端与工装索的一端连接，工装索的另一端与环梁（12）上的节点连接；将内斜杆（6）的下端与中心内拉环（9）的下耳板（14）连接；上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

3.根据权利要求1所述的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于：所述的第二步中的具体安装步骤为：安装拼接内环杆（8），将内环杆（8）上的节点与环梁（12）上的节点相对应；提升连接内脊索（1）下端和中脊索（2）上端的节点，将内斜杆（6）上端、中撑杆（11）上端与该节点连接，将中撑杆（11）下端与内环杆（8）上的相应节点连接；将中斜杆（5）的下端与内环杆（8）上的节点相连接；中斜杆（5）的上端与工装索连接；上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

4.根据权利要求1所述的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于：所述的第三步中的具体安装步骤为：在操作平台上安装拼接外环杆（7），将外环杆（7）上的节点与环梁（12）上的相应节点对应，将中斜杆（5）的工装索与外环杆（7）上的相应节点连接，整体 张拉提升外脊索（3）和中斜杆（5）的工装索，使得连接中脊索（2）和外脊索（3）的节点达到操作平台的高度，将中斜杆（5）的上端和外撑杆（10）上端与该节点相连接，继续张拉外脊索（3）的工装索，使得能够连接外撑杆（10）的下端，将外撑杆（10）的下端与外环杆（7）上的相应节点连接；将外斜杆（4）的下端与外环杆（7）上的节点连接，外斜杆（4）上端与工装索的一端连接；上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

5.根据权利要求1所述的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于：所述的第四步中的具体安装步骤为：将与外斜杆（4）连接的工装索与环梁（12）上的节点连接；整体张拉提升外脊索（3）和外斜杆（4）连接的工装索，将外脊索（3）的下端与环梁（12）上的节点连接，将外斜杆（4）的上端与环梁（12）上的节点连接；上述的连接拼装是按照顺时针或者逆时针的顺序对称进行的。

6.根据权利要求1所述的一种劲性支撑穹顶结构的施工方法，其特征在于：所述的第五步中的具体步骤为：张拉外脊索（3），使得杆件的内力达到设计值的90%以上，然后再张拉外脊索（3）进行调节使得杆件的内力达到设计值。