[发明专利]逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及葵花型索穹顶结构体系与施工成形方法，具体涉及一种逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法。

背景技术

现有的葵花型索穹顶结构是一种由环索、脊索(上弦斜索)、斜索(下弦斜索)、撑杆以及索杆节点组成，依靠施加预应力提供刚度的柔性体系，其预应力的生成及结构的成形是伴随着施工过程完成的。各圈的环索只有一道，与撑杆的下索杆节点相连。索杆节点与脊索(杆)、斜索(杆)、环索之间的连接关系为可转动的铰接关系。已建成的葵花型索穹顶结构工程一般采用同步张拉各斜索或顶升各撑杆的预应力施工方法，为了保证各索的预应力导入精度，需要各斜索或各撑杆同步、均匀地产生预应力。这种施工方法需要数量众多的千斤顶，并在计算机的实时控制下进行同步集群张拉或顶升。现有索穹顶结构对于构件制作的加工精度、张拉设备的控制精度的要求很高。

尽管索穹顶是目前大跨度结构中自重最轻、结构效率最高的一种先进的结构形式，但现在只有极少数几个发达国家的个别企业有能力设计与建造大跨度索穹顶结构，其中的主要瓶颈问题是，现有索穹顶结构的构造方式和施工方法，决定了其成功建造对于构件制作精度与预应力施工精度有着极大的依赖。否则，无法建好，甚至无法建成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法，通过对现有葵花型索穹顶结构体系及其施工成形方法的改造，能够使建造摆脱对构件制作精度与预应力施工精度的过度依赖，并使施工成形方法更加简单、施工质量更好、施工成本更低。

提出的新型葵花型索穹顶结构称为逐层双环葵花型索穹顶结构，其关键技术在于：(1)通过把现有的每层只有下环索的葵花型索穹顶结构体系改变成为每层有上、下两道连续贯通的环索的葵花型索穹顶结构体系，并把现有难度很大的整体安装、整体张拉或顶升索杆结构的施工成形方法，简化为逐层安装、逐层张拉、分层叠加索杆结构的施工成形方法。(2)通过改变索杆节点的构造使环索与索杆节点之间在施工时形成可滑动的铰接关系，使环索通过每个索杆节点后的预应力损失接近于零，使相邻两段环索的内力相等，最终使整个结构的环索、斜索(杆)、撑杆等构件的内力与设计相符。(3)在整体结构施工完成后，能够方便地把环索与各索杆节点锁住，使环索与各索杆节点之间形成不可滑动、可转动的铰接关系，以提高整体结构的承载力。(4)把集群控制、一次多点张拉众多斜索(杆)或顶升众多撑杆的预应力施工方法，简化为一次仅张拉上、下两道环索的预应力施工方法。

本发明采用的技术方案是：

一、一种逐层双环葵花型索穹顶结构：

包括以立面上一圈撑杆为一层，除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、个数相同的单元构成，每层的单元等间距布置，其特征在于：每个单元的撑杆上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点；上索杆节点的一侧连接两根本层的上斜索、上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索，以及穿过上索杆节点中间的上环索；下索杆节点上连接两根本层的下斜索，以及穿过下索杆节点中间的下环索。

顶层为由上索杆节点、下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成，上索杆节点连接顶层全部上斜索，下索杆节点连接顶层全部下斜索，可伸缩撑杆由两根内部带左、右向螺纹的撑杆和一个套筒构成。

所述上索杆节点为一个椭圆形钢环，所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两个分别连接本层上斜索的第一、第二耳板，第一、第二耳板分别与本层的上斜索连接；在椭圆形钢环的另一个窄边焊接分别连接上层的两根上斜索的第三、第四耳板和焊接分别连接上层的两根下斜索的第五、第六耳板，第三、第四耳板分别与各自的上层的上斜索连接，第五、第六耳板分别与各自的上层的下斜索连接；所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环，中空凹形圆环的一侧与上环索滑动连接。

所述下索杆节点为另一个椭圆形钢环，所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两根分别连接本层下斜索的第七、第八耳板，第七、第八耳板分别与本层的下斜索连接；所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环，中空凹形圆环的一侧与下环索滑动连接。

所述顶层上索杆节点等分布置有与顶层全部上斜索相应个数的耳板，相应个数的耳板分别连接顶层全部上斜索；所述顶层下索杆节点等分布置有与顶层全部下斜索相应个数的耳板，相应个数的耳板分别连接顶层全部下斜索。

二、一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法：