一种钢板带索网结构的制作方法

本发明公开了一种预应力结构，尤其是一种钢板带索网全张力结构，属于土木工程的空间结构技术领域。

背景技术：

随着建筑材料、设计理论与计算方法的不断发展，简洁高效、施工方便的大跨度空间结构形式越来越丰富，而其中预应力结构的优势越显突出。近年来，大跨度索网结构在公共建筑中的应用日益增多，主要原因在于索网结构充分利用了拉索的高强度受拉性能，建筑造型美观，轻盈，富有张力，是一种高效的空间结构。

常规索网结构是由两组正交的，曲率相反的索直接相交组成，其中下凹的一组是承重索，上凸的一组是稳定索。索网结构具有适应跨度大、结构轻盈、结构自重轻、用钢量少、充分利用高强材料、结构效率高、节约材料、现场装配化程度高、施工速度快和施工环保等优点，广泛应用于大跨空间结构。然而，根据建筑和结构的要求，常规索网结构网格尺寸较大，这就要求屋面系统自身具有很好的跨越性能。常采用膜材作为屋面材料，它具有厚度薄、自重轻、透光率高等特点，但普通膜材受易污染、保温性能差，价格昂贵。玻璃面板、彩钢板等常规刚性屋面材料较膜材等柔性屋面材料具有结构受力合理，便于屋面保温、耐污染，施工简便且造价低廉等优点，若在索网等柔性结构中应用具有巨大的经济效益。但是将刚性屋面板应用于常规索网结构，索体与刚性屋面之间的连接需要专门的构造措施，由于索体的特点，连接措施往往构造复杂，施工繁琐，增加了结构建造成本。另外，索网结构安装时，拉索没有面外刚度，在展开和提升过程中容易产生扭转、跳丝等现象，给施工带来麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有常规索网结构在与屋面系统尤其是刚性屋面系统连接构造的不足而提供一种便于连接的大跨度预应力柔性网格结构，从而在保留柔性结构施工特点的同时，简化与屋面体系的连接构造，降低建造成本。

本发明提出了一种钢板带索网结构，包括钢板带、承重索和受压环梁；以受压环梁为框，钢板带和承重索组成框内交叉设置的经纬线；钢板带和承重索之间通过三层夹板式节点连接，钢板带与受压环梁之间、承重索与受压环梁之间均在支座处通过叉耳式节点连接。

本发明将常规索网结构中的稳定索替换为钢板带，具有传统索网柔性结构的优点，属于全张力结构体系，且钢板带本身具有一定的面内和面外刚度、用钢量少，同时克服了在柔性结构中应用刚性屋面的困难，解决了常规索网结构与刚性屋面结合构造复杂、造价高昂的问题，并且可采用无支架的简便施工方法。

进一步，三层夹板式节点包括由上至下依次叠放的索夹上层板、索夹中层板和索夹下层板；索夹中层板和索夹下层板的相对面上设置固定槽，承重索压紧在索夹中层板和索夹下层之间，并位于固定槽内；索夹上层板和索夹中层板之间叠放夹紧钢板带；钢板带和承重索垂直相交设置；索夹上层板、索夹中层板、索夹下层板和钢板带相应位置预留螺栓孔，所述螺栓孔位于固定槽的两侧；通过螺栓由上至下依次贯穿索夹上层板、钢板带、索夹中层板和索夹下层板，将索夹上层板、索夹中层板、索夹下层板和钢板带连接。

进一步，1）和檩托（9）相应位置预留螺栓孔（13），将檩托（9）和钢板带（1）通过螺栓（12）连接，檩托（9）用来连接和固定檩条（10）、（11），檩托（9）和檩条（10）、（11）通过螺栓连接。[x1]

进一步，所述叉耳式节点包括第一耳板、第二耳板，所述第一耳板焊接在受压环梁上，第二耳板连接钢板带端部，第一耳板和第二耳板之间通过螺栓连接；第一耳板和受压环梁之间的连接处设置一个以上的第一加劲肋；第二耳板和钢板带之间的连接处设置一个以上的第二加劲肋。

本发明的有益效果：1）钢板带易与上部刚性屋面连接，节点可采用螺栓连接或焊接的形式连接檩托和檩条，便于直接安装刚性屋面，构造简单，不需要设计复杂的连接节点，施工方便；2）相对于常规拉索，与支座处及承重索连接节点都可直接通过螺栓连接，减少锚具、索夹等部件的用量，降低设计难度；3）由于在钢板面内具有一定刚度，不容易产生扭转和偏摆，施工方便。同时，钢板带厚度相对于整体结构跨度而言相对较薄，在施加预应力前，面外刚度较弱，保留了柔性结构施工特点，能够实现无支架的整体牵引提升安装。

附图说明

图1为钢板带索网三维轴测示意图。

图2为钢板带索网平面示意图。

图3为钢板带索网节点构造示意图。

图4为钢板带索网节点剖面示意图。

图5为檩条连接节点示意图。

图6为钢板带平面示意图。

图7为支座处叉耳连接节点示意图。

其中：1-钢板带，2-稳定索，3-钢管混凝土受压环梁，4-钢板带与承重索连接节点，5-索夹上层板，6-索夹中层板，7-索夹下层板，8-螺栓，9-檩托，10-檩条，11-檩条，12-螺栓，13-螺栓预留孔洞，14-受压环梁焊接耳板，15-钢板带端部耳板，16-加劲肋，17-螺栓，18-加劲肋。

具体实施方式：

实施本发明条形钢板带索网结构设计和施工的基本步骤

1）钢板带索网结构设计

（1）首先选定刚性屋面材料，根据其跨越能力初步确定索网网格的基本尺寸，几何拓扑关系，以及支座约束条件；

（2）进行结构找形和找力分析，根据刚性屋面材料和钢板索网的允许变形值，初步确定结构位形、预应力；

（3）根据初始预应力值确定钢板带和承重索的材质和规格；

（4）进行承载力极限状态和正常使用极限状态分析及其它必要分析；

（5）根据分析结果，调整和优化钢板带索网结构的初始位形和初始预应力及其它结构参数，包括钢板带的厚度、宽度等，满足结构使用要求。

2）钢板带索网结构施工

钢板带索网结构在无应力状态下，由于钢板带面外刚度很小，整体结构为柔性结构，所以可以采用无支架施工方法，具体为：

（1）在预定位置组装钢管混凝土受压环梁；

（2）在受压环梁内，从中间向两端连接钢板带，并流水安装钢板带的索夹上层和中层板；

（3）从两侧向中间，承重索溜索至设计位置，安装索夹下层板，并拧紧螺栓；

（4）以在设计位置安装好的受压环梁为支座，在支座处安装提升工装，包括千斤顶和提升索；在受压环梁内侧安装牵引工装索，将地面上的承重索连接在支座处。

（5）以受压环梁为支座，对承重索进行分级交替提升和牵引，这个过程的提升应该是同步的，以避免在过程中对受压环梁产生不利的弯矩；随着钢板带的上升，提升索的倾角逐渐减小接近水平，此时利用牵引索将钢板带与受压环梁连接就位；

（6）安装张拉工装和千斤顶，同步对承重索进行主动张拉，直至结构成形并达到设计索力 。