应用在大跨度索穹顶结构中斗屏的可拆卸复位设计方法与流程

本发明涉及体育场等建筑领域大型斗屏的拆卸安装技术，具体涉及一种应用在大跨度索穹顶结构中斗屏的可拆卸复位设计方法。

背景技术：

近年来，led显示屏技术不断革新，应用范围不断扩大。其中，在大型体育馆场地中央设置悬挂的斗型显示屏可营造火爆的赛场氛围，也可为场馆方带来广告收益，成为了国内外大型体育场馆中新型显示装置应用的主流。目前大部分应用悬挂斗屏的体育场馆结构体系以刚性钢屋盖构件体系为主，比如网架结构、网壳结构、桁架结构和弦支穹顶结构等，在索穹顶结构这类柔性张拉结构体系中应用斗屏极为少见，应用在柔性结构中斗屏的相关安装拆卸设计方法则更为少见。实际索穹顶结构在屋面结构施工过程中首先进行索构件的张拉，张拉产生预应力形成结构承载所必需的刚度和形状，然后进行金属屋面和装修吊顶的施工，最后进行斗屏装置的吊装施工。后期斗屏维修阶段需要拆除斗屏，但由于索穹顶结构体系受其结构特性的限制，对于索构件内力较为敏感，在进行重量较大的斗屏拆卸维护过程中，容易引起索构件内力变化，可能导致部分拉索的松弛和索力的重分布，维修后再安装索穹顶结构上时索力已和设计阶段的内力不同，从而可能威胁整个索穹顶结构的安全。

施工过程中为避免拆卸中引起的索力重分布，通常会采取吊挂沙袋等配重的方式来等效斗屏装置重量，理论上沙袋等配重与斗屏重量相同则不会引起索力的变化，但实际安装拆卸过程存在先后顺序的情况出现，很难保证吊起的斗屏重量和卸除的附加配重同步等效，必然引起索力的变化且这种依赖人力高空操作的施工安全性和工作效率较低。另外，常见在场馆上方的马道或者设置专门的升降维修平台对重量较大的斗屏进行拆卸维护，属于高空作业范围和一次性卸荷过程，不能很好保证人身安全，又容易引起屋顶构件内力变化，另外对于超重斗屏诸如30吨或40吨的重量，很难找到如此重量的配重且需要大型机械设备吊装到替换位置。因此发明一种对索穹顶结构中索构件受力影响较小同时又安全简便的超重斗屏可拆卸复装设计方法十分必要。

技术实现要素：

本发明提供了一种应用在大跨度索穹顶结构中斗屏的可拆卸复位设计方法，该方法能够为相关含斗屏的柔性张拉索结构体系中斗屏的安装拆卸提供参考依据。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：

应用在大跨度索穹顶结构中斗屏的可拆卸复位设计方法，斗屏拆卸过程包括以下步骤，

拆卸步骤(1)：在索穹顶结构的各斗屏吊挂点均安装一组滑轮组，每个滑轮组包括两个固定于一体的定滑轮和两个动滑轮，所述定滑轮连接在所述吊挂点上，两个动滑轮连接在对应的所述定滑轮的下方，设置一预应力拉索，使预应力拉索的一端固定连接在斗屏下方场地预埋的地锚上，另一端通过扩散盘分散为多根拉索，分散后的拉索分别对应连接每个滑轮组中一个动滑轮下端的吊钩，该滑轮组的另一个动滑轮下端的吊钩对应连接所述斗屏的一个悬吊点，每个滑轮组的动滑轮各自连接有牵引装置；

拆卸步骤(2)：在斗屏下方的场地上预放置缓冲垫，通过所述牵引装置下放与所述斗屏连接的各个动滑轮，使斗屏下降，从斗屏接触到缓冲垫表面处于还未卸载的临界状态开始，与所述斗屏相连的动滑轮逐步卸除附加在该动滑轮的斗屏重量，将斗屏重量转移至缓冲垫上，同时通过所述牵引装置收紧滑轮组中与预应力拉索连接的另一动滑轮，控制牵引装置的拉力，使施加给预应力拉索的拉力等于转移至所述缓冲垫的斗屏重量；

拆卸步骤(3)：斗屏完全卸除后，将与斗屏相连接的动滑轮的吊钩与斗屏的悬吊点分离，与预应力拉索相连接的动滑轮保持不动，使预应力拉索加载等效于斗屏重量的荷载；

斗屏复位安装过程包括以下步骤，

复位步骤(1)：将滑轮组中空置的、用于和斗屏连接的动滑轮下放，将斗屏的各悬吊点对应连接下放的各动滑轮的下端吊钩；

复位步骤(2)：通过所述牵引装置逐步收紧与所述斗屏相连的动滑轮，该动滑轮逐步附加所述斗屏吊起的部分重量，同时通过所述牵引装置下放滑轮组中与预应力拉索相连接的动滑轮，使预应力拉索卸除的拉力等于斗屏吊起过程中附加在各动滑轮重量之和；

复位步骤(3)：所述斗屏完全吊起后，与斗屏相连接的动滑轮逐步上升至指定高度，然后将所述斗屏的悬吊点与索穹顶结构的吊挂点连接，与预应力拉索相连接的动滑轮逐步下放至地面后，拆除预应力拉索。

本发明还具有以下优选设计：

本发明的所述牵引装置为带有液压千斤顶的双卷筒卷扬机，其中一个卷筒由自带的电动机驱动牵引动滑轮使所述斗屏升降，另一个卷筒由所述液压千斤顶驱动控制连接所述动滑轮的所述预应力拉索的拉力。

本发明的所述缓冲垫为内置有弹簧的缓冲垫，缓冲垫需具有足够的刚度和高度用来延长斗屏卸载的过程，从而为液压千斤顶张拉预应力拉索给动滑轮同步附加等效斗屏卸重的拉力的过程预留足够的操作时间，避免斗屏直接接触地面瞬间的卸重使吊点上的吊挂荷载产生剧烈变化。

本发明的所述滑轮组中，每个动滑轮上端的吊钩连接一条牵引绳，所述牵引绳依次绕过对应的定滑轮和该动滑轮后再连接所述的牵引装置。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明为大跨度柔性张拉索穹顶结构体系提供了一种斗屏的可拆卸复位设计方法，该方法特别地利用预应力钢索中的拉力等效斗屏装置重量，在斗屏装置的拆卸和复位过程中可以通过控制预应力拉索中的拉力来确保索穹顶结构索构件受力影响较小，保障索穹顶结构建筑的使用安全。

(2)本发明设置特定的滑轮组，其制作和安装简便，可以同步实现斗屏和预应力钢索的升降，有助于确保同一个吊挂点位置的吊挂荷载不变，从而减小索构件的受力影响，保证斗屏拆卸和复位过程安全可靠。

(3)斗屏装置的拆卸和复位过程主要依赖卷扬机等牵引设备，不需要依靠太多人力进行高空作业，既提升了施工效率，也提高了施工安全性，经济性较好，易于在相关实际工程中推广使用。

(4)本发明的方法不仅可以应用在大跨度柔性张拉索穹顶结构体系中的斗屏安装设计，也可以为其他大跨度屋盖结构体系中的斗屏安装设计提供参考依据。

附图说明

图1是实施例中一种索穹顶结构的三维模型；

图2是实施例中一种悬吊斗屏的结构图；

图3是实施例中斗屏拆卸复位过程的装置连接示意图；

图4是实施例中斗屏装置拆卸过程示意图；

图5是实施例中斗屏装置复位过程示意图；

图6是实施例中滑轮组的正视图；

图7是图5中滑轮组的侧视图；

图8是含液压千斤顶的双卷筒卷扬机组合设备示意图；

附图标记说明

定滑轮-a1,a2；动滑轮-b1,b2；

1-斗屏；2-预应力拉索；3-地锚；4-锚索接头；5-扩散盘；6-缓冲垫；7-牵引装置；7a-第一牵引绳；7b-第二牵引绳；7c-活动夹板；7d-第二牵引绳固定接头；7e-千斤顶；8-垫板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案。

如图1所示为某体育馆的索穹顶结构，在体育馆的中央悬挂图2的斗屏，该斗屏重50吨，斗屏装置重量均摊在索穹顶结构的8个吊挂点上，每个吊挂点的竖向荷载为6.25吨，按以下的步骤进行斗屏的拆卸和复位：

如图3至图8所示

拆卸步骤(1)：见图3，在索穹顶结构的各斗屏吊挂点均安装一个滑轮组，共8个滑轮组，每个滑轮组的构成如图6和图7所示，包括两个固定于一体的定滑轮和两个动滑轮，分别是定滑轮a1、动滑轮b1和定滑轮a2、动滑轮b2，定滑轮a1和定滑轮a2一起连接在一个吊挂点上，动滑轮b1连接在定滑轮a1的下方，动滑轮b2连接在定滑轮a2的下方，设置一预应力拉索2，使预应力拉索2的一端固定连接在斗屏1下方场地预埋的地锚3上，本实施例中，预应力拉索2通过锚索接头4与地锚3连接，预应力拉索3的另一端通过扩散盘5分散为8根拉索，分别对应连接每个滑轮组中动滑轮b1下端的吊钩，该滑轮组的另一个动滑轮b2下端的吊钩对应连接斗屏1的悬吊点，每个滑轮组的每个动滑轮上端的吊钩连接一条牵引绳，所述牵引绳依次绕过对应的定滑轮和该动滑轮后再连接牵引装置7，即动滑轮b1和动滑轮b2各自连接有牵引装置7；

拆卸步骤(2)：见图4，在斗屏1下方的场地上预放置缓冲垫6，通过牵引装置7下放与斗屏1连接的各个动滑轮b2，使斗屏1下降，斗屏1接触到缓冲垫6表面处于还未卸载的临界状态开始，与斗屏1相连的动滑轮b2逐步卸除附加在该动滑轮b2的斗屏1重量，将斗屏1重量转移至缓冲垫6上，同时通过牵引装置7收紧滑轮组中与预应力拉索2连接的另一动滑轮b1，控制牵引装置7的拉力，使施加给预应力拉索2的拉力等于转移至缓冲垫6的斗屏重量；

在整个卸除斗屏1过程中通过同一控制系统采取力控制方式，即控制单位时间内斗屏1自重卸载量和单位时间内预应力拉索2的拉力增加量一致，其中斗屏1卸载量可根据缓冲垫表面下沉位移换算，即可保证卸除的竖向斗屏重量与施加的竖向预应力拉索2拉力同步一致。由于每个滑轮组附带荷载均由对应的吊挂点承受，可确保每一个吊挂点荷载不变。

拆卸步骤(3)：斗屏1完全卸除后，将与斗屏1相连接的8个动滑轮b2的吊钩与斗屏1的悬吊点分离，与预应力拉索2相连接的动滑轮b1保持不动，使预应力拉索2加载等效于斗屏1重量的荷载，即预应力拉索2加载的竖向拉力为50吨，最后将斗屏1和缓冲垫6收回；

斗屏维修组装好后，斗屏复位安装过程见图5，包括以下步骤，

复位步骤(1)：将滑轮组中空置的、用于和斗屏1连接的动滑轮b2下放，将斗屏1的各悬吊点对应连接下放的各动滑轮b2的吊钩；

复位步骤(2)：通过牵引装置7逐步收紧与斗屏1相连的8个动滑轮，该8个动滑轮逐步附加所述斗屏吊起的部分重量，最后8个动滑轮附加的竖向重量均为6.25吨，同时通过牵引装置8下放滑轮组中与预应力拉索2相连接的动滑轮b1，使预应力拉索2卸除的拉力等于斗屏1吊起过程中附加在各动滑轮b2上的重量之和；

复位步骤(3)：斗屏1完全吊起后，与斗屏1相连接的8个动滑轮b2逐步上升至指定高度，然后将斗屏1的悬吊点与索穹顶结构的吊挂点连接，与预应力拉索2相连接的另外8个动滑轮b1逐步下放至地面后，拆除预应力拉索2。

作为优选实施例：

如图3至图5所示，所述索穹顶结构上设置有垫板8，垫板8上设置与滑轮组数量对应的多个牵引装置7，牵引装置7为带有液压千斤顶的双卷筒卷扬机，见图8，其中一个卷筒由自带的电动机驱动，其设置有第一牵引绳7a,该第一牵引绳7a牵引动滑轮b2使斗屏1升降，另一个卷筒设置有第二牵引绳7b，该第二牵引绳7b被活动夹板7c上的第二牵引绳固定接头7d夹紧,该活动夹板7c搭在液压千斤顶7e作用头上，可以通过作用头的伸缩带动第二牵引绳7b的收放，实现由液压千斤顶7e驱动控制连接在动滑轮b1上的预应力拉索2的拉力，液压千斤顶7e可以精准控制预应力拉索2的拉力。

缓冲垫6为内置有弹簧的缓冲垫，缓冲垫6需具有足够的刚度和高度用来延长斗屏1卸载的过程，使斗屏卸载量可根据缓冲垫6表面下沉位移换算获得，从而为液压千斤顶7e张拉预应力拉索2给动滑轮同步附加等效斗屏卸重的拉力的过程预留足够的操作时间，避免斗屏直接接触地面瞬间的卸重使吊点上的吊挂荷载产生剧烈变化。

如图6和图7所示，滑轮组中，动滑轮上端的吊钩连接牵引绳，所述牵引绳依次绕过定滑轮和动滑轮后再连接牵引装置7。

上述实施例仅是本发明较优实施例，但并不能作为对发明的限制，任何基于本发明构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本发明保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载为准。