一种索穹顶的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种索穹顶，包括中央压力环、外环桁架、沿中央压力环等角度圆周分布的若干径向脊索、与脊索连接的斜索和撑杆、与撑杆和斜索连接的环索；安装时搭设中央压力环拼装胎架，并设置两道内外两道放索平台，进行脊索、斜索的铺设；将中央压力环上环与内脊索连接，内脊索、中脊索的连接节点上连接内撑杆和内斜索，同时中央压力环下环与内斜索连接，内撑杆与中斜索连接，在内撑杆和中斜索的连接节点上通过内环索连接；施加牵引力使结构上升一定高度，拼装完整，直至索穹顶牵引张拉完成。本实用新型不仅减少了索系高空组装的作业量，确保施工安全性，同时在地面进行索系整体组装，再进行高空的提升与张拉，保证结构最终成型状态。
【专利说明】一种索穹顶
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑钢结构【技术领域】，特别与一种索穹顶及其安装方法有关。
【背景技术】
[0002]索穹顶技术是近现代世界空间结构技术的最高成就，基于美国著名建筑师富勒先生的张拉整体(TENSEGRITY)概念。这种结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预张力提供，在施加预张力之前，体系几乎没有刚度，并且初始预张力的大小对体系的外形和结构的刚度起着决定性作用。由于张拉整体结构体系固有的符合大自然规律的特点，并最大限度地利用了材料和截面的特性，因此可以利用少量的材料建造超大跨度建筑。目前国外发达地区已成功地运用于大型高难度空间结构工程项目，如美国乔治亚穹顶、美国太阳海岸穹顶等，创造了索穹顶的辉煌时代。
[0003]在国内索穹顶结构的施工领域中，尚无如此大直径结构的施工先例。国内外施工经验以及国内张弦穹顶结构安装主要方式是中央竖立塔架，先安装内拉环，再连接索系。这样的安装方法，高空操作的劳动强度大，整体结构受力的平衡度差，因此本 申请人:针对国内大型索穹顶安装技术中的空白，全新设计开发出一种索穹顶及其安装方法，本案由此产生。
实用新型内容
[0004]本实用新型所提供的索穹顶结构以及安装方法，采用地面整体组装，整体同步提升不需借助吊车、塔架等辅助设备，减少施工成本和工期。最主要的是没有高空作业，保证了工人在施工中的安全。没有了大量的高空作业，工人在施工过程中处于安全位置，同时张拉作业量减小了 2/3，降低了施工的成本。索穹顶结构分批分级张拉技术的应用更是改变了结构的成型状态，使得结构在张拉过程中受力的平衡、对称，保证了整个结构的成型圆度，通过合理的张拉顺序控制使结构达到设计给定的位形。
[0005]为了达到上述效果，本实用新型通过以下技术方案来实现:
[0006]一种索穹顶，包括中央压力环、外环桁架、沿中央压力环等角度圆周分布的若干径向脊索、与脊索连接的斜索和撑杆、与撑杆和斜索连接的环索；中央压力环包括上环和下环，之间通过钢材支撑固定；脊索的一端连接中央压力环的上环，另一端连接在外环桁架上，每条脊索的由多条独立的脊索单元连接而成，每个连接的节点下方连接独立的斜索和撑杆；最内侧的斜索与中央压力环的下环连接固定，相邻两个脊索单元连接节点的斜索和撑杆连接，所有斜索和撑杆的连接节点处通过环索连接。
[0007]所述的脊索由内而外分成内脊索、中脊索、外脊索三道。
[0008]所述的内脊索、中脊索的连接节点处同时连接内斜索和内撑杆，中脊索、外脊索的连接节点处同时连接中斜索和外撑杆；内斜索的另一端与中央压力环的下环连接，内撑杆与中斜索连接，外撑杆和外斜索连接，外斜索的另一端与外环桁架连接。
[0009]所述的脊索一共有20条。
[0010]一种索穹顶的安装方法，包括以下步骤:[0011]一、搭设中央压力环拼装胎架，并设置两道内外两道放索平台，进行内外环索的放索；内脊索、中脊索、外脊索连接完成，进行脊索、斜索的铺设；
[0012]二、将中央压力环上环与内脊索连接，内脊索、中脊索的连接节点上连接内撑杆和内斜索，同时中央压力环下环与内斜索连接，内撑杆与中斜索连接，在内撑杆和中斜索的连接节点上通过内环索连接；
[0013]三、每个脊索通过施加牵引力使结构上升，上升至一定高度后，安装外撑杆，同时外撑杆的与外斜索连接；所有外撑杆和外斜索的连接点上通过外环索连接；
[0014]四、继续上升，直至索穹顶牵弓I张拉完成。
[0015]其中在所述索穹顶结构的各个组件完成前，所有的工装均为牵引工装，牵引工装为每一脊索一个，张拉工装为每一脊索两个，当完成索穹顶的组装后，外脊索上的牵引工装转变成张拉工装，同时外斜索仍然为牵引工装，外脊索张拉至中心钢压力环距离楼面约完成脊索体系的张拉，并固定脊索。
[0016]上述的脊索固定后，外斜索的牵引工装转换成张拉工装，张拉外斜索直至索穹顶形成结构体系，此状态下外斜索、外脊索与环桁架耳板之间连接。
[0017]采用上述方案后，本实用新型具有诸多积极效果，实现了索穹顶中央压力环的地面的拼装，免去了原有高空原位安装需要搭设支撑架或者满堂脚手架的施工成本，减少高空作业量，安装精度控制方便。
[0018]整个索穹顶结构共有132道钢索组成，最终从一个柔性的结构转变成一个刚性的结构，本实用新型精确控制张拉方式以及张拉操作，符合提升过程中的应力，确保顺利安装。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型较佳实施例的整体示意图；
[0020]图2是本实用新型较佳实施例的立体状态示意图；
[0021]图3是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图一；
[0022]图4是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图二 ；
[0023]图5是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图三；
[0024]图6是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图四；
[0025]图7是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图五；
[0026]图8是本实用新型较佳实施例中安装过程状态图六。
【具体实施方式】
[0027]结合说明书附图，对本实用新型较佳实施例进行详细描述。
[0028]一种索穹顶，主要涉及到的部件包括有中央压力环1、内脊索21、中脊索22、外脊索23三个脊索单元构成的脊索，内斜索31、中斜索32、外斜索33，内撑杆41、外撑杆42。
[0029]在中央压力环I包括上下两环，上环11直径大于下环12直径，两者之间通过钢材拼接固定。上环11和下环12外圆周都具有耳板用于与索系的连接。
[0030]本实施例中整个索穹顶规模直径为71.2米，矢高为5.5米，圆周等间距分成20个径向轴线，每个轴线位置布设一根脊索。内脊索21的一端连接中央压力环I的上环11。然后在相邻脊索单元连接的节点上连接斜索和撑杆。在内脊索21和中脊索22的连接节点上，连接了内撑杆41和内斜索31，同时内斜索31与中央压力环的下环12连接。在中脊索22和外脊索23的连接节点上，连接了外撑杆42和中斜索32，中斜索32与内撑杆41连接，夕卜撑杆42与外斜索33连接，外斜索33的外端和外脊索23同时连接在外环桁架5上。
[0031]在所有内斜索31和内撑杆41的连接节点上连接内环索61，在所有中斜索32和外撑杆42的连接节点上连接外环索62。
[0032]整个索穹顶工作时，首先，在地面中央搭设中央压力环拼装胎架，并设置两道内外两道放索平台，分别是内平台71和外平台72，根据实际结构，一般内平台71位于体育场地面，外平台72设置在了圆形体育场的看台席上。在各平台上进行内外环索的放索。同时内脊索21、中脊索22、外脊索23连接完成，根据20个径向轴线位置排布，然后把所有斜索撑杆吊装铺设至各个位置上。
[0033]然后将中央压力环上环11与内脊索21连接，内脊索、中脊索的连接节点上连接内撑杆41和内斜索31，同时中央压力环下环12与内斜索31连接，如图3状态图所示。接着再把内撑杆41与中斜索32连接，在内撑杆41与中斜索32的连接节点上安装内环索61，如图4所示的状态，
[0034]接着，每个脊索通过施加牵引力使索穹顶结构整体上升，上升至一定高度后，使得中脊索22和外脊索23连接节点的高度适合在外平台72上安装外撑杆42，如图5所示。然后安装外撑杆42，如图6所示。接着安装外斜索33，与外撑杆42连接，同时在该连接节点处安装外环索62，图7所示。
[0035]全部安装完毕后，将所有的牵引工装改成张拉工装，继续上升，直至整个索穹顶牵引张拉完成，图8所不。
[0036]索穹顶结构的20个轴线位置如图2所示，20根脊索同时提升，提升时采用牵引工作。张拉时采用张拉工装，每个点位设置2个千斤顶，共有40个千斤顶同时工作，因此控制张拉的同步是结构受力均匀的重要措施。控制张拉同步有两个步骤:
[0037]1、在张拉前调整脊索连接处的螺母，使螺杆露出的长度相同，即初始张拉位置相同。
[0038]2、在张拉过程中将每级的张拉力在张拉过程中再次细分为4?10小级，在每小级中尽量使千斤顶给油速度同步，在张拉完成每小级后，所有千斤顶停止给油，测量索体的伸长值。如果不同索体的伸长值不同，则在下一级张拉的时候，伸长值小的一侧首先张拉出这个差值，然后另一端再给油。如此通过每一个小级停顿调整的方法来达到整体同步的效果。
[0039]3、由于索穹顶结构均在近高空位置完成，结构要从初始状态到达理论设计的状态需要进行整体的提升，整体提升的过程需要外脊索与外斜索的提升力相互配合。到达一定高度后进行牵引共装与张拉工装的转换。
[0040]上述实施例仅用于解释说明本实用新型的发明构思，而非对本实用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种索穹顶，其特征在于:包括中央压力环、外环桁架、沿中央压力环等角度圆周分布的若干径向脊索、与脊索连接的斜索和撑杆、与撑杆和斜索连接的环索；中央压力环包括上环和下环，之间通过钢材支撑固定；脊索的一端连接中央压力环的上环，另一端连接在外环桁架上，每条脊索的由多条独立的脊索单元连接而成，每个连接的节点下方连接独立的斜索和撑杆；最内侧的斜索与中央压力环的下环连接固定，相邻两个脊索单元连接节点的斜索和撑杆连接，所有斜索和撑杆的连接节点处通过环索连接。
2.如权利要求1所述的一种索穹顶，其特征在于:所述的脊索由内而外分成内脊索、中脊索、外脊索三道。
3.如权利要求2所述的一种索穹顶，其特征在于:所述的内脊索、中脊索的连接节点处同时连接内斜索和内撑杆，中脊索、外脊索的连接节点处同时连接中斜索和外撑杆；内斜索的另一端与中央压力环的下环连接，内撑杆与中斜索连接，外撑杆和外斜索连接，外斜索的另一端与外环桁架连接。
4.如权利要求1所述的一种索穹顶，其特征在于:所述的脊索一共有20条。
【文档编号】E04B7/14GK203626105SQ201320758054
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】项杰, 洪国松, 孙锋, 陈水祥, 陈红梅, 董苏洲, 胡洪明, 王欣, 陈雅能, 丁向荣 申请人:浙江精工钢结构集团有限公司