一種索穹頂及其安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明主要公開了一種索穹頂及其安裝方法包括中央壓力環(huán)、外環(huán)桁架、沿中央壓力環(huán)等角度圓周分布的若干徑向脊索、與脊索連接的斜索和撐桿、與撐桿和斜索連接的環(huán)索；安裝時(shí)搭設(shè)中央壓力環(huán)拼裝胎架，并設(shè)置兩道內(nèi)外兩道放索平臺(tái)，進(jìn)行脊索、斜索的鋪設(shè)；將中央壓力環(huán)上環(huán)與內(nèi)脊索連接，內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)上連接內(nèi)撐桿和內(nèi)斜索，同時(shí)中央壓力環(huán)下環(huán)與內(nèi)斜索連接，內(nèi)撐桿與中斜索連接，在內(nèi)撐桿和中斜索的連接節(jié)點(diǎn)上通過內(nèi)環(huán)索連接；施加牽引力使結(jié)構(gòu)上升一定高度，拼裝完整，直至索穹頂牽引張拉完成。本發(fā)明不僅減少了索系高空組裝的作業(yè)量，確保施工安全性，同時(shí)在地面進(jìn)行索系整體組裝，再進(jìn)行高空的提升與張拉，保證結(jié)構(gòu)的最終成型狀態(tài)。
【專利說明】一種索穹頂及其安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別與一種索穹頂及其安裝方法有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]索穹頂技術(shù)是近現(xiàn)代世界空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的最高成就，基于美國(guó)著名建筑師富勒先生的張拉整體(TENSEGRITY)概念。這種結(jié)構(gòu)的剛度由受拉和受壓?jiǎn)卧g的平衡預(yù)張力提供，在施加預(yù)張力之前，體系幾乎沒有剛度，并且初始預(yù)張力的大小對(duì)體系的外形和結(jié)構(gòu)的剛度起著決定性作用。由于張拉整體結(jié)構(gòu)體系固有的符合大自然規(guī)律的特點(diǎn)，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。目前國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)已成功地運(yùn)用于大型高難度空間結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目，如美國(guó)喬治亞穹頂、美國(guó)太陽(yáng)海岸穹頂?shù)?，?chuàng)造了索穹頂?shù)妮x煌時(shí)代。
[0003]在國(guó)內(nèi)索穹頂結(jié)構(gòu)的施工領(lǐng)域中，尚無如此大直徑結(jié)構(gòu)的施工先例。國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)張弦穹頂結(jié)構(gòu)安裝主要方式是中央豎立塔架，先安裝內(nèi)拉環(huán)，再連接索系。這樣的安裝方法，高空操作的勞動(dòng)強(qiáng)度大，整體結(jié)構(gòu)受力的平衡度差，因此本 申請(qǐng)人:針對(duì)國(guó)內(nèi)大型索穹頂安裝技術(shù)中的空白，全新設(shè)計(jì)開發(fā)出一種索穹頂及其安裝方法，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所提供的索穹頂結(jié)構(gòu)以及安裝方法，采用地面整體組裝，整體同步提升不需借助吊車、塔架等輔助設(shè)備，減少施工成本和工期。最主要的是沒有高空作業(yè)，保證了工人在施工中的安全。沒有了大量的高空作業(yè)，工人在施工過程中處于安全位置，同時(shí)張拉作業(yè)量減小了 2/3，降低了施工的成本。索穹頂結(jié)構(gòu)分批分級(jí)張拉技術(shù)的應(yīng)用更是改變了結(jié)構(gòu)的成型狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)在張拉過程中受力的平衡、對(duì)稱，保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的成型圓度，通過合理的張拉順序控制使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)給定的位形。
[0005]為了達(dá)到上述效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種索穹頂，包括中央壓力環(huán)、外環(huán)桁架、沿中央壓力環(huán)等角度圓周分布的若干徑向脊索、與脊索連接的斜索和撐桿、與撐桿和斜索連接的環(huán)索；中央壓力環(huán)包括上環(huán)和下環(huán)，之間通過鋼材支撐固定；脊索的一端連接中央壓力環(huán)的上環(huán)，另一端連接在外環(huán)桁架上，每條脊索的由多條獨(dú)立的脊索單元連接而成，每個(gè)連接的節(jié)點(diǎn)下方連接獨(dú)立的斜索和撐桿；最內(nèi)側(cè)的斜索與中央壓力環(huán)的下環(huán)連接固定，相鄰兩個(gè)脊索單元連接節(jié)點(diǎn)的斜索和撐桿連接，所有斜索和撐桿的連接節(jié)點(diǎn)處通過環(huán)索連接。
[0006]所述的脊索由內(nèi)而外分成內(nèi)脊索、中脊索、外脊索三道。
[0007]所述的內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)處同時(shí)連接內(nèi)斜索和內(nèi)撐桿，中脊索、外脊索的連接節(jié)點(diǎn)處同時(shí)連接中斜索和外撐桿；內(nèi)斜索的另一端與中央壓力環(huán)的下環(huán)連接，內(nèi)撐桿與中斜索連接，外撐桿和外斜索連接，外斜索的另一端與外環(huán)桁架連接。
[0008]所述的脊索一共有20條。
[0009]一種索穹頂?shù)陌惭b方法，包括以下步驟: 一、搭設(shè)中央壓力環(huán)拼裝胎架，并設(shè)置兩道內(nèi)外兩道放索平臺(tái)，進(jìn)行內(nèi)外環(huán)索的放索；內(nèi)脊索、中脊索、外脊索連接完成，進(jìn)行脊索、斜索的鋪設(shè)；
二、將中央壓力環(huán)上環(huán)與內(nèi)脊索連接，內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)上連接內(nèi)撐桿和內(nèi)斜索，同時(shí)中央壓力環(huán)下環(huán)與內(nèi)斜索連接，內(nèi)撐桿與中斜索連接，在內(nèi)撐桿和中斜索的連接節(jié)點(diǎn)上通過內(nèi)環(huán)索連接；
三、每個(gè)脊索通過施加牽引力使結(jié)構(gòu)上升，上升至一定高度后，安裝外撐桿，同時(shí)外撐桿的與外斜索連接；所有外撐桿和外斜索的連接點(diǎn)上通過外環(huán)索連接；
四、繼續(xù)上升，直至索穹頂牽弓I張拉完成。
[0010]其中在所述索穹頂結(jié)構(gòu)的各個(gè)組件完成前，所有的工裝均為牽引工裝，牽引工裝為每一脊索一個(gè)，張拉工裝為每一脊索兩個(gè)，當(dāng)完成索穹頂?shù)慕M裝后，外脊索上的牽引工裝轉(zhuǎn)變成張拉工裝，同時(shí)外斜索仍然為牽引工裝，外脊索張拉至中心鋼壓力環(huán)距離樓面約完成脊索體系的張拉，并固定脊索。
[0011]上述的脊索固定后，外斜索的牽引工裝轉(zhuǎn)換成張拉工裝，張拉外斜索直至索穹頂形成結(jié)構(gòu)體系，此狀態(tài)下外斜索、外脊索與環(huán)桁架耳板之間連接。
[0012]采用上述方案后，本發(fā)明具有諸多積極效果，實(shí)現(xiàn)了索穹頂中央壓力環(huán)的地面的拼裝，免去了原有高空原位安裝需要搭設(shè)支撐架或者滿堂腳手架的施工成本，減少高空作業(yè)量，安裝精度控制方便。
[0013]整個(gè)索穹頂結(jié)構(gòu)共有132道鋼索組成，最終從一個(gè)柔性的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一個(gè)剛性的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明精確控制張拉方式以及張拉操作，符合提升過程中的應(yīng)力，確保順利安裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的整體示意圖；
圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的立體狀態(tài)示意圖；
圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖一；
圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖二；
圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖三；
圖6是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖四；
圖7是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖五；
圖8是本發(fā)明較佳實(shí)施例中安裝過程狀態(tài)圖六。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]一種索穹頂，主要涉及到的部件包括有中央壓力環(huán)1、內(nèi)脊索21、中脊索22、外脊索23三個(gè)脊索單元構(gòu)成的脊索，內(nèi)斜索31、中斜索32、外斜索33，內(nèi)撐桿41、外撐桿42。
[0017]在中央壓力環(huán)I包括上下兩環(huán)，上環(huán)11直徑大于下環(huán)12直徑，兩者之間通過鋼材拼接固定。上環(huán)11和下環(huán)12外圓周都具有耳板用于與索系的連接。
[0018]本實(shí)施例中整個(gè)索穹頂規(guī)模直徑為71.2米，矢高為5.5米，圓周等間距分成20個(gè)徑向軸線，每個(gè)軸線位置布設(shè)一根脊索。內(nèi)脊索21的一端連接中央壓力環(huán)I的上環(huán)11。然后在相鄰脊索單元連接的節(jié)點(diǎn)上連接斜索和撐桿。在內(nèi)脊索21和中脊索22的連接節(jié)點(diǎn)上，連接了內(nèi)撐桿41和內(nèi)斜索31，同時(shí)內(nèi)斜索31與中央壓力環(huán)的下環(huán)12連接。在中脊索22和外脊索23的連接節(jié)點(diǎn)上，連接了外撐桿42和中斜索32，中斜索32與內(nèi)撐桿41連接，夕卜撐桿42與外斜索33連接，外斜索33的外端和外脊索23同時(shí)連接在外環(huán)桁架5上。
[0019]在所有內(nèi)斜索31和內(nèi)撐桿41的連接節(jié)點(diǎn)上連接內(nèi)環(huán)索61，在所有中斜索32和外撐桿42的連接節(jié)點(diǎn)上連接外環(huán)索62。
[0020]整個(gè)索穹頂工作時(shí)，首先，在地面中央搭設(shè)中央壓力環(huán)拼裝胎架，并設(shè)置兩道內(nèi)外兩道放索平臺(tái)，分別是內(nèi)平臺(tái)71和外平臺(tái)72，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)，一般內(nèi)平臺(tái)71位于體育場(chǎng)地面，外平臺(tái)72設(shè)置在了圓形體育場(chǎng)的看臺(tái)席上。在各平臺(tái)上進(jìn)行內(nèi)外環(huán)索的放索。同時(shí)內(nèi)脊索21、中脊索22、外脊索23連接完成，根據(jù)20個(gè)徑向軸線位置排布，然后把所有斜索撐桿吊裝鋪設(shè)至各個(gè)位置上。
[0021]然后將中央壓力環(huán)上環(huán)11與內(nèi)脊索21連接，內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)上連接內(nèi)撐桿41和內(nèi)斜索31，同時(shí)中央壓力環(huán)下環(huán)12與內(nèi)斜索31連接，如圖3狀態(tài)圖所示。接著再把內(nèi)撐桿41與中斜索32連接，在內(nèi)撐桿41與中斜索32的連接節(jié)點(diǎn)上安裝內(nèi)環(huán)索61，如圖4所示的狀態(tài)，
接著，每個(gè)脊索通過施加牽引力使索穹頂結(jié)構(gòu)整體上升，上升至一定高度后，使得中脊索22和外脊索23連接節(jié)點(diǎn)的高度適合在外平臺(tái)72上安裝外撐桿42，如圖5所示。然后安裝外撐桿42，如圖6所示。接著安裝外斜索33，與外撐桿42連接，同時(shí)在該連接節(jié)點(diǎn)處安裝外環(huán)索62，圖7所示。
[0022]全部安裝完畢后，將所有的牽引工裝改成張拉工裝，繼續(xù)上升，直至整個(gè)索穹頂牽引張拉完成，圖8所不。
[0023]索穹頂結(jié)構(gòu)的20個(gè)軸線位置如圖2所示，20根脊索同時(shí)提升，提升時(shí)采用牽引工作。張拉時(shí)采用張拉工裝，每個(gè)點(diǎn)位設(shè)置2個(gè)千斤頂，共有40個(gè)千斤頂同時(shí)工作，因此控制張拉的同步是結(jié)構(gòu)受力均勻的重要措施。控制張拉同步有兩個(gè)步驟:
1、在張拉前調(diào)整脊索連接處的螺母，使螺桿露出的長(zhǎng)度相同，即初始張拉位置相同。
[0024]2、在張拉過程中將每級(jí)的張拉力在張拉過程中再次細(xì)分為4?10小級(jí)，在每小級(jí)中盡量使千斤頂給油速度同步，在張拉完成每小級(jí)后，所有千斤頂停止給油，測(cè)量索體的伸長(zhǎng)值。如果不同索體的伸長(zhǎng)值不同，則在下一級(jí)張拉的時(shí)候，伸長(zhǎng)值小的一側(cè)首先張拉出這個(gè)差值，然后另一端再給油。如此通過每一個(gè)小級(jí)停頓調(diào)整的方法來達(dá)到整體同步的效果。
[0025]3、由于索穹頂結(jié)構(gòu)均在近高空位置完成，結(jié)構(gòu)要從初始狀態(tài)到達(dá)理論設(shè)計(jì)的狀態(tài)需要進(jìn)行整體的提升，整體提升的過程需要外脊索與外斜索的提升力相互配合。到達(dá)一定高度后進(jìn)行牽引共裝與張拉工裝的轉(zhuǎn)換。
[0026]上述實(shí)施例僅用于解釋說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，而非對(duì)本發(fā)明權(quán)利保護(hù)的限定，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種索穹頂，其特征在于:包括中央壓力環(huán)、外環(huán)桁架、沿中央壓力環(huán)等角度圓周分布的若干徑向脊索、與脊索連接的斜索和撐桿、與撐桿和斜索連接的環(huán)索；中央壓力環(huán)包括上環(huán)和下環(huán)，之間通過鋼材支撐固定；脊索的一端連接中央壓力環(huán)的上環(huán)，另一端連接在外環(huán)桁架上，每條脊索的由多條獨(dú)立的脊索單元連接而成，每個(gè)連接的節(jié)點(diǎn)下方連接獨(dú)立的斜索和撐桿；最內(nèi)側(cè)的斜索與中央壓力環(huán)的下環(huán)連接固定，相鄰兩個(gè)脊索單元連接節(jié)點(diǎn)的斜索和撐桿連接，所有斜索和撐桿的連接節(jié)點(diǎn)處通過環(huán)索連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種索穹頂，其特征在于:所述的脊索由內(nèi)而外分成內(nèi)脊索、中脊索、外脊索三道。
3.如權(quán)利要求2所述的一種索穹頂，其特征在于:所述的內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)處同時(shí)連接內(nèi)斜索和內(nèi)撐桿，中脊索、外脊索的連接節(jié)點(diǎn)處同時(shí)連接中斜索和外撐桿；內(nèi)斜索的另一端與中央壓力環(huán)的下環(huán)連接，內(nèi)撐桿與中斜索連接，外撐桿和外斜索連接，外斜索的另一端與外環(huán)桁架連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種索穹頂，其特征在于:所述的脊索一共有20條。
5.一種索穹頂?shù)陌惭b方法，其特征在于:包括以下步驟: 一、搭設(shè)中央壓力環(huán)拼裝胎架，并設(shè)置兩道內(nèi)外兩道放索平臺(tái)，進(jìn)行內(nèi)外環(huán)索的放索；內(nèi)脊索、中脊索、外脊索連接完成，進(jìn)行脊索、斜索的鋪設(shè)； 二、將中央壓力環(huán)上環(huán)與內(nèi)脊索連接，內(nèi)脊索、中脊索的連接節(jié)點(diǎn)上連接內(nèi)撐桿和內(nèi)斜索，同時(shí)中央壓力環(huán)下環(huán)與內(nèi)斜索連接，內(nèi)撐桿與中斜索連接，在內(nèi)撐桿和中斜索的連接節(jié)點(diǎn)上通過內(nèi)環(huán)索連接； 三、每個(gè)脊索通過施加牽引力使結(jié)構(gòu)上升，上升至一定高度后，安裝外撐桿，同時(shí)外撐桿的與外斜索連接；所有外撐桿和外斜索的連接點(diǎn)上通過外環(huán)索連接； 四、繼續(xù)上升，直至索穹頂牽弓I張拉完成。
6.如權(quán)利要求5所述的一種索穹頂?shù)陌惭b方法，其特征在于:其中在所述第一至三步過程中，索穹頂結(jié)構(gòu)的各個(gè)組件完成前，所有的工裝均為牽引工裝，牽引工裝為每一脊索一個(gè)，張拉工裝為每一脊索兩個(gè)，當(dāng)完成索穹頂?shù)慕M裝后，外脊索上的牽引工裝轉(zhuǎn)變成張拉工裝，同時(shí)外斜索仍然為牽引工裝，外脊索張拉至中心鋼壓力環(huán)距離樓面約完成脊索體系的張拉，并固定脊索。
7.如權(quán)利要求6所述的一種索穹頂?shù)陌惭b方法，其特征在于:所述的脊索固定后，外斜索的牽引工裝轉(zhuǎn)換成張拉工裝，張拉外斜索直至索穹頂形成結(jié)構(gòu)體系，此狀態(tài)下外斜索、夕卜脊索與環(huán)桁架耳板之間連接。
【文檔編號(hào)】E04G21/14GK103615064SQ201310609840
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】孫鋒, 洪國(guó)松, 項(xiàng)杰, 陳水祥, 陳紅梅, 董蘇洲, 丁巍, 邵澤明 申請(qǐng)人:浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司