一种索桁架的制作方法

本发明涉及大型建筑结构的索网施工，具体地，涉及一种索桁架。

背景技术：

1、预应力索结构是大跨度建筑中常用的一种建筑形式，经常用于诸如体育馆的屋盖等场合，其包含一层由预应力拉索组成的索网，拉索安装到位后，对拉索进行张拉，使之获得预定的索力，然后在索网上摊铺屋顶板。索网结构是大跨度预应力钢结构体系之一，它是一种结构效率极高的全张力体系。

2、索网结构造型各异、别具一格，但是很多颇具创意的结构设计给钢索的节点设计带来了诸多难题。钢索节点是索网的连接枢纽，其结构的合理性和安全性直接影响了整个索网的使用性能。

3、在索网结构的设计过程中，各个索段之间由于结构本身的构造不可避免的会产生不平衡力。而这种不平衡力还会在施工过程中受到钢索加工精度误差、钢索上的标记点位置误差、索夹安装位置误差、多根钢索共同作用、以及钢结构锚固点的加工和安装误差等多种因素影响得到进一步放大，对整个索网体系产生不利影响。

4、目前，现有技术中抵抗索网的钢索之间的不平衡力的手段虽然能实现一定程度的抵抗索网不平衡力的效果，但钢索和钢索连接节点的设置都会大大增加索网结构的生产制造成本，增加施工难度，同样提高了施工成本，并在一定程度上影响了施工精度和美观。而针对某些特殊的结构，单靠钢索节点本身是无法抵抗索网结构的不平衡力，不仅会造成整个索结构的安全隐患，还会大大增加节点的设计难度。

5、本发明提供一种索桁架来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种索桁架，有效解决了索网节点的设计难题，减小索网之间的不平衡力对整体结构的不利影响，增加了节点的受力合理性以及整个索网的安全性，降低了加工制造成本和施工难度，可成功应用于“红楼梦”戏剧幻城情景园林工程的“天圆地方”顶盖结构中。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种索桁架，包括上弦钢索、下弦钢索、钢索夹、钢索夹支撑臂、钢索端连接块；所述钢索夹支撑臂的两端各设置一个钢索夹，所述钢索夹整体为圆柱体结构，由上螺旋体、中螺旋体和下螺旋体组成，所述上螺旋体和中螺旋体的结合处设置有上弦钢索穿孔，所述中螺旋体和下螺旋体的结合处设置有下弦钢索穿孔；所述上螺旋体和下螺旋体内沿竖直方向设置有多个可伸缩的锁销轴，所述中螺旋体内设置有与所述锁销轴对应的锁销轴插孔，所述锁销轴与锁销轴插孔插接配合。

3、优选的，所述钢索夹与钢索夹支撑臂之间通过铰接结构连接为一体；所述钢索端连接块别与上弦钢索、下弦钢索之间通过铰接结构连接为一体。

4、在上述任一方案中优选的是，所述圆柱体结构内部设置有中心旋转柱，所述上螺旋体和下螺旋体分别围绕中心旋转柱反向旋转，以实现圆柱体结构的整体闭合和打开。

5、在上述任一方案中优选的是，所述中螺旋体位于中心旋转柱的上下方向的中间位置，并与中心旋转柱固结为一体。

6、在上述任一方案中优选的是，所述钢索端连接块包括支撑板、多个上弦钢索铰接座、多个下弦钢索铰接座以及辅助钢索铰接座。

7、在上述任一方案中优选的是，所述支撑板沿径向设置在索网结构的中心环的外壁上，支撑板的两侧面分别设置有上弦钢索铰接座和下弦钢索铰接座，支撑板远离所述中心环的端部上设置有上弦钢索铰接座和下弦钢索铰接座，并且所述端部的中间位置设置有辅助钢索铰接座。

8、在上述任一方案中优选的是，所述上弦钢索穿孔合下弦钢索穿孔的轴线成60°-90°的夹角；所述钢索夹支撑臂设置为螺杆螺套的连接方式，便于进行长度调节。

9、在上述任一方案中优选的是，所述钢索夹内设置有索力监测单元，所述上弦钢索、下弦钢索内均设置有索力感应单元，所述索力监测单元能够接收索力感应单元的信号，实时监测钢索的受力情况。

10、在上述任一方案中优选的是，所述索力监测单元设置在中螺旋体的上弦钢索穿孔和下弦钢索穿孔内，其包括弧形光纤光栅监测器，所述弧形光纤光栅监测器与所述上弦钢索、下弦钢索接触，且其弧形与钢索的表面形状适配。

11、在上述任一方案中优选的是，所述锁销轴为多节同轴伸缩套接结构，当上螺旋体和下螺旋体分别围绕中心旋转柱反向旋转以实现圆柱体结构的整体打开的同时，其中设置的多个可伸缩的锁销轴各自缩回到上螺旋体和下螺旋体内，实现钢索夹与上弦钢索和下弦钢索的解锁；当上螺旋体和下螺旋体分别围绕中心旋转柱逆向反向旋转以实现圆柱体结构的整体闭合的同时，多个可伸缩的锁销轴各自伸出，并插入到对应的所述锁销轴插孔内，实现钢索夹将上弦钢索和下弦钢索锁定。

12、本发明的有益效果：

13、1.本发明有效解决了索网节点的设计难题，减小索网之间的不平衡力对整体结构的不利影响，增加了节点的受力合理性以及整个索网的安全性，降低了加工制造成本和施工难度，可成功应用于“红楼梦”戏剧幻城情景园林工程的“天圆地方”顶盖结构中。

14、2.本发明中钢索夹由上下螺旋体的可螺旋旋转、并与中螺旋体结合的巧妙设计，使其能够实现对钢索的有效自动锁定和解锁，且锁定效果好；并且施工及其方便，大大减少了现有技术中索夹通过手动拧螺栓等紧固件进行钢索锁定的复杂和繁琐程度，施工效率明显提高，并且能够保证索网节点的受力性能，显著提高施工质量；同时钢索穿孔角度设置能够满足不同索网结构的需求，扩大了其应用范围。

15、3.本发明中钢索夹支撑臂能够根据施工要求调整长度，保证索网结构的整体形态，且防止不同层的钢索缠绕在一起，满足不同索网结构的应用和施工需求；钢索夹中设置索力监测单元适用于实时监测索网结构中的钢索索力，保证施工安全和施工效果，弧形光纤光栅监测器在提高与钢索接触效果的同时还保护钢索表面不受机械损坏，消除了钢索局部弯曲变形对监测造成的误差，提高监测精度；施工安装方便，且可以便捷地维修和更换，可降低全寿命期维护成本。

技术特征：

1.一种索桁架，其特征在于，包括上弦钢索(1)、下弦钢索(2)、钢索夹(3)、钢索夹支撑臂(4)、钢索端连接块(5)；所述钢索夹支撑臂(4)的两端各设置一个钢索夹(3)，所述钢索夹(3)整体为圆柱体结构，由上螺旋体(6)、中螺旋体(7)和下螺旋体(8)组成，所述上螺旋体(6)和中螺旋体(7)的结合处设置有上弦钢索穿孔(9)，所述中螺旋体(7)和下螺旋体(8)的结合处设置有下弦钢索穿孔(10)；所述上螺旋体(6)和下螺旋体(8)内沿竖直方向设置有多个可伸缩的锁销轴(11)，所述中螺旋体(7)内设置有与所述锁销轴(11)对应的锁销轴插孔，所述锁销轴(11)与锁销轴插孔插接配合。

2.根据权利要求1所述的索桁架，其特征在于，所述钢索夹(3)与钢索夹支撑臂(4)之间通过铰接结构连接为一体；所述钢索端连接块(5)分别与上弦钢索(1)、下弦钢索(2)之间通过铰接结构连接为一体。

3.根据权利要求2所述的索桁架，其特征在于，所述圆柱体结构内部设置有中心旋转柱，所述上螺旋体(6)和下螺旋体(8)分别围绕中心旋转柱反向旋转，以实现圆柱体结构的整体闭合和打开。

4.根据权利要求2-3所述的索桁架，其特征在于，所述中螺旋体(7)位于中心旋转柱的上下方向的中间位置，并与中心旋转柱固结为一体。

5.根据权利要求1所述的索桁架，其特征在于，所述钢索端连接块(5)包括支撑板(12)、多个上弦钢索铰接座(13)、多个下弦钢索铰接座(14)以及辅助钢索铰接座(15)。

6.根据权利要求4-5所述的索桁架，其特征在于，所述支撑板(12)沿径向设置在索网结构的中心环的外壁上，支撑板(12)的两侧面分别设置有上弦钢索铰接座(13)和下弦钢索铰接座(14)，支撑板(12)远离所述中心环的端部上设置有上弦钢索铰接座(13)和下弦钢索铰接座(14)，并且所述端部的中间位置设置有辅助钢索铰接座(15)。

7.根据权利要求6所述的索桁架，其特征在于，所述上弦钢索穿孔(9)合下弦钢索穿孔(10)的轴线成60°-90°的夹角；所述钢索夹支撑臂(4)设置为螺杆螺套的连接方式，便于进行长度调节。

8.根据权利要求3所述的索桁架，其特征在于，所述钢索夹(3)内设置有索力监测单元，所述上弦钢索(1)、下弦钢索(2)内均设置有索力感应单元，所述索力监测单元能够接收索力感应单元的信号，实时监测钢索的受力情况。

9.根据权利要求8所述的索桁架，其特征在于，所述索力监测单元设置在中螺旋体的上弦钢索穿孔(9)和下弦钢索穿孔(10)内，其包括弧形光纤光栅监测器，所述弧形光纤光栅监测器与所述上弦钢索(1)、下弦钢索(2)接触，且其弧形与钢索的表面形状适配。

10.根据权利要求9所述的索桁架，其特征在于，所述锁销轴(11)为多节同轴伸缩套接结构，当上螺旋体(6)和下螺旋体(8)分别围绕中心旋转柱反向旋转以实现圆柱体结构的整体打开的同时，其中设置的多个可伸缩的锁销轴(11)各自缩回到上螺旋体(6)和下螺旋体(8)内，实现钢索夹与上弦钢索(1)和下弦钢索(2)的解锁；当上螺旋体(6)和下螺旋体(8)分别围绕中心旋转柱逆向反向旋转以实现圆柱体结构的整体闭合的同时，多个可伸缩的锁销轴(11)各自伸出，并插入到对应的所述锁销轴插孔内，实现钢索夹(3)将上弦钢索(1)和下弦钢索(2)锁定。

技术总结
一种索桁架，包括上弦钢索、下弦钢索、钢索夹、钢索夹支撑臂、钢索端连接块；钢索夹支撑臂的两端各设置一个钢索夹，钢索夹整体为圆柱体结构，由上螺旋体、中螺旋体和下螺旋体组成，上螺旋体和中螺旋体的结合处设置有上弦钢索穿孔，中螺旋体和下螺旋体的结合处设置有下弦钢索穿孔；上螺旋体和下螺旋体内沿竖直方向设置有多个可伸缩的锁销轴，中螺旋体内设置有与所述锁销轴对应的锁销轴插孔，锁销轴与锁销轴插孔插接配合。本发明解决了索网节点的设计难题，减小索网之间的不平衡力对整体结构的不利影响，增加了节点的受力合理性以及整个索网的安全性，降低了加工制造成本和施工难度，可应用于“红楼梦”戏剧幻城情景园林工程的“天圆地方”结构中。

技术研发人员：邢爽,薛林,杨鹏国,魏馨,袁文达,李玉忠,陈新元,刘登辉,王磊,王建超,赵志宇,王玉泽
受保护的技术使用者：中建一局集团华北建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15