本發(fā)明涉及一種環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的安裝方法，屬于空間索桁架結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)公共活動(dòng)空間如大型的展覽館、體育場(chǎng)館等的需求與日俱增。這一現(xiàn)象也促使了大跨度空間結(jié)構(gòu)形式的不斷創(chuàng)新。不僅是在安全、經(jīng)濟(jì)方面的創(chuàng)新，更重要的是在造型與施工方面的創(chuàng)新，滿足人們不斷更新的審美需求，同時(shí)方便施工人員進(jìn)行施工操作。近年來(lái)，大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)、索穹頂結(jié)構(gòu)和索桁架結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的體育場(chǎng)館建設(shè)中應(yīng)用較多。

弦支穹頂結(jié)構(gòu)受力合理，結(jié)構(gòu)效能較高，傳力路徑清晰，充分利用了高強(qiáng)度拉索的受力性能，保證結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)降低了用鋼量，使結(jié)構(gòu)變得輕盈、富于表現(xiàn)力。索穹頂和索桁架結(jié)構(gòu)都是典型的索結(jié)構(gòu)，因跨越空間能力強(qiáng)、用鋼量低等因素，也在體育場(chǎng)館等公共建筑中應(yīng)用廣泛。

然而，無(wú)論對(duì)于弦支穹頂結(jié)構(gòu)，還是索穹頂或者索桁架結(jié)構(gòu)，都存在明顯的不足之處：

1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)存在明顯的關(guān)鍵構(gòu)件，即環(huán)向索，一旦環(huán)向索失效，將引起斜向拉索和豎向撐桿的失效，甚至直接引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌。

2、索桁架結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)自身無(wú)法保證平面外穩(wěn)定，需要沿環(huán)向設(shè)置穩(wěn)定索保證各榀索桁架的平面外穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力較弱，輪輻式索桁架結(jié)構(gòu)依靠中央環(huán)索將各榀索桁架聯(lián)系在一起，并通過(guò)張拉中央環(huán)索使結(jié)構(gòu)獲得足夠的剛度和承載力。一旦中央環(huán)索斷裂，結(jié)構(gòu)剛度下降明顯，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體垮塌；同時(shí)，上下層桿件都為柔性拉索，空間節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)定位復(fù)雜，施工難度較大。

3、索穹頂結(jié)構(gòu)也存在明顯的關(guān)鍵構(gòu)件，即環(huán)向索，一旦環(huán)向索失效，將引起斜向拉索和豎向撐桿的失效，甚至直接引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌；同時(shí)，上下層桿件都為柔性拉索，空間節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)定位復(fù)雜，施工難度較大。

對(duì)于此類結(jié)構(gòu)，其安裝方法相對(duì)成熟。

例如弦支穹頂索桿系逐環(huán)提升安裝方法，該安裝方法包括以下步驟：首先安裝上部網(wǎng)殼，其次組裝索桿提升單元，之后以上部網(wǎng)殼為平臺(tái)，逐環(huán)提升索桿提升單元。

此類安裝方法用于安裝弦支穹頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)能夠達(dá)到較好的效果，但對(duì)于環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為復(fù)雜，且下部索系在未施加預(yù)應(yīng)力之前剛度較小，采用整體提升的安裝方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此提出一種適用于環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于針對(duì)環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的特殊性，提供一種適用于體育場(chǎng)等建筑的新型大跨度環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的安裝方法。這種新型環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)由上部網(wǎng)殼(1)、下部環(huán)形交叉索系(2)以及豎向撐桿(3)組成。環(huán)形交叉索系中每一根拉索保持相對(duì)獨(dú)立，可單獨(dú)承受荷載，即使因?yàn)橐馔馇闆r使某一根拉索失效，結(jié)構(gòu)會(huì)立即進(jìn)行內(nèi)力重分布，可由余下完好的索系提供承載力，與上部網(wǎng)殼共同受力，使得結(jié)構(gòu)不會(huì)因此而發(fā)生整體倒塌，提高了結(jié)構(gòu)的冗余度。

該發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的安裝方法，其特征在于，所述的環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)主要由上部網(wǎng)殼(1)、下部環(huán)形交叉索系(2)以及多個(gè)豎向撐桿(3)組成；下部環(huán)形交叉索系(2)為多個(gè)拉索交叉分散點(diǎn)圍成的環(huán)形結(jié)構(gòu)；豎向撐桿(3)豎直上端連接上部網(wǎng)殼(1)，下端連接下部環(huán)形交叉索系(2)，每個(gè)豎向撐桿(3)上端與上部網(wǎng)殼(1)中的網(wǎng)格交叉點(diǎn)連接，下端與下部環(huán)形交叉索系(2)的拉索交叉部位連接。所述的上部網(wǎng)殼，根據(jù)網(wǎng)格劃分形式的不同，可以是斯維德勒型、聯(lián)方網(wǎng)格型、三向網(wǎng)格型、凱威特型、肋環(huán)型、短程線型或者其他形式的網(wǎng)格；根據(jù)網(wǎng)殼形狀的不同，可以是球面網(wǎng)殼或圓柱面網(wǎng)殼等；根據(jù)網(wǎng)殼層數(shù)的不同，可以是單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼；所述的下部環(huán)形交叉索系(2)由多根相對(duì)獨(dú)立的拉索相互交叉所得的拉索交叉部位構(gòu)成。所述的下部環(huán)形交叉索系可以是一層、兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)；兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)位于可以上下不同高度，為同軸的兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)；拉索交叉部位采用雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)，雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)與豎向撐桿的連接采用銷式連接。各根拉索相互獨(dú)立，可單獨(dú)承受荷載，即使一根因意外失效，可立即進(jìn)行內(nèi)力重分布，提高了結(jié)構(gòu)的冗余度。

上述所述的環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在工廠預(yù)制制備上層網(wǎng)殼所用桿件與拼裝環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)所用的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；運(yùn)到安裝現(xiàn)場(chǎng)后，將上層網(wǎng)殼在地面先進(jìn)行分片拼裝，待拼裝完成后，用汽車吊將上層網(wǎng)殼各個(gè)片區(qū)吊到預(yù)定位置后搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行固定，待所有片區(qū)都吊裝完畢，對(duì)每個(gè)片區(qū)的位置進(jìn)行微調(diào)，使每個(gè)片區(qū)邊緣的接口吻合；當(dāng)所有接口吻合后，對(duì)各個(gè)片區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連接，形成完整的上層網(wǎng)殼；上層網(wǎng)殼拼接完畢后，將整個(gè)上層網(wǎng)殼焊接到基座的預(yù)埋鋼板上，進(jìn)行永久性固定；

步驟二：在工廠預(yù)制拉索、豎向撐桿和雙層壓板式夾具，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝；預(yù)制完成后，根據(jù)圖紙?jiān)诶鞯慕徊娌课蛔龊脴?biāo)記，方便安裝雙層壓板式夾具；

步驟三：將上部網(wǎng)殼對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的下端與豎向撐桿的上端配套固定連接；

步驟四：將豎向撐桿下端和雙層壓板式夾具、待交叉拉索進(jìn)行匹配固定；

步驟五：施加預(yù)應(yīng)力：待全部拉索與雙層壓板式夾具安裝完畢之后，準(zhǔn)備對(duì)拉索施加預(yù)應(yīng)力；

步驟六：夾緊雙層壓板式夾具。

所述步驟一的具體步驟為：首先將上層網(wǎng)殼的桿件按照長(zhǎng)度分為若干種，并確定每種長(zhǎng)度桿件的數(shù)量，同時(shí)確定節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。之后嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行工廠加工。加工完成之后，通過(guò)卡車運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

所述步驟三的具體步驟為：上層網(wǎng)殼安裝完成后，按照安裝上層網(wǎng)殼的順序在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上安裝豎向撐桿的上節(jié)點(diǎn)。

所述步驟四的具體步驟為：豎向撐桿下端為兩個(gè)帶孔的平行雙耳板；雙層壓板式夾具包括四個(gè)夾板，自上而下依次為第一個(gè)長(zhǎng)夾板、第二個(gè)長(zhǎng)夾板、第三個(gè)長(zhǎng)夾板、第四個(gè)長(zhǎng)夾板；第一個(gè)長(zhǎng)夾板、第三個(gè)長(zhǎng)夾板的下表面分別有凹槽，第二個(gè)長(zhǎng)夾板和第四長(zhǎng)夾板上表面分別有凹槽，第一個(gè)長(zhǎng)夾板和第二個(gè)長(zhǎng)夾板疊合組成第一層雙層板，第一層雙層板中間形成通孔，第一個(gè)長(zhǎng)夾板和第二個(gè)長(zhǎng)夾板之間通過(guò)螺栓固定；第三個(gè)長(zhǎng)夾板和第四個(gè)長(zhǎng)夾板疊合組成第二層雙層板，第二層雙層板中間形成通孔，第三個(gè)長(zhǎng)夾板和第四個(gè)長(zhǎng)夾板之間通過(guò)螺栓固定；第二個(gè)長(zhǎng)夾板和第三個(gè)長(zhǎng)夾板之間通過(guò)旋鈕連接，第二個(gè)長(zhǎng)夾板和第三個(gè)長(zhǎng)夾板之間的距離和成角度可調(diào)；第一個(gè)長(zhǎng)夾板的上表面設(shè)有一帶孔的單耳板；雙層壓板式夾具的單耳板插入到豎向撐桿下端平行雙耳板之間，孔與孔對(duì)齊，采螺栓固定連接；

將待交叉的兩根拉索分別固定在雙層壓板式夾具第一層雙層板和第二層雙層板的通孔中，但允許所夾持的拉索能夠在通孔中索滑移。

所述步驟五的具體步驟為：每根拉索的張拉，采用同步張拉的方式，在節(jié)點(diǎn)處安裝的張拉反力裝置必須牢固可靠并且易于拆卸；張拉時(shí)考慮到拉索對(duì)外部上層網(wǎng)殼的影響，采用對(duì)稱張拉的方式來(lái)控制上層網(wǎng)殼的變形，以固定方向分批分級(jí)張拉，張拉過(guò)程分為三級(jí)，第一級(jí)張拉到目標(biāo)索力的30％，第二級(jí)張拉到目標(biāo)索力的60％，第三級(jí)超張拉到目標(biāo)索力的105％以抵消預(yù)應(yīng)力損失。

所述步驟六的具體步驟為：待全部拉索張拉完畢后，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，微調(diào)，確認(rèn)無(wú)誤之后擰緊六角螺栓將雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)的第一層長(zhǎng)夾板夾緊，將豎向撐桿、拉索固定在雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)處無(wú)法滑移，即安裝完畢。

所述拉索由拉索和錨具組成，拉索采用Galfan鍍層拉索或者不銹鋼拉索，拉索兩端設(shè)有錨具，采用叉耳套筒調(diào)節(jié)式錨具。

有益效果：本方法吸取了其他大跨度索桁架結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程的優(yōu)秀安裝方法，與環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，有較高的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)上部網(wǎng)殼分片圖；

圖2環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)上部網(wǎng)殼軸測(cè)圖；

圖3環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)上部網(wǎng)殼與豎向撐桿圖；

圖4環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；

圖5雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)詳圖；

圖中：A、B、C-上部網(wǎng)殼分片；1-上部網(wǎng)殼；2-下層環(huán)形交叉索系；3-豎向撐桿；4-豎向撐桿耳板；5-夾板耳板；6、9、13螺栓；7-第一個(gè)長(zhǎng)夾板；8-第二個(gè)長(zhǎng)夾板；10螺母；11-第三個(gè)長(zhǎng)夾板；12-第四個(gè)長(zhǎng)夾板；14-雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)，主要由上部網(wǎng)殼1、下部環(huán)形交叉索系2以及多個(gè)豎向撐桿3組成；下部環(huán)形交叉索系2為多個(gè)拉索交叉分散點(diǎn)圍成的環(huán)形結(jié)構(gòu)；豎向撐桿3豎直上端連接上部網(wǎng)殼1，下端連接下部環(huán)形交叉索系2，每個(gè)豎向撐桿3上端與上部網(wǎng)殼1中的網(wǎng)格交叉點(diǎn)連接，下端與下部環(huán)形交叉索系2的拉索交叉部位連接。所述的上部網(wǎng)殼，根據(jù)網(wǎng)格劃分形式的不同，可以是斯維德勒型、聯(lián)方網(wǎng)格型、三向網(wǎng)格型、凱威特型、肋環(huán)型、短程線型或者其他形式的網(wǎng)格；根據(jù)網(wǎng)殼形狀的不同，可以是球面網(wǎng)殼或圓柱面網(wǎng)殼等；根據(jù)網(wǎng)殼層數(shù)的不同，可以是單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼，本實(shí)施例是單層；所述的下部環(huán)形交叉索系2由多根相對(duì)獨(dú)立的拉索相互交叉所得的拉索交叉部位構(gòu)成。所述的下部環(huán)形交叉索系可以是一層、兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)；兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)位于可以上下不同高度，為同軸的兩層或者多層環(huán)形結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例為4層結(jié)構(gòu)；拉索交叉部位采用雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)，雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)與豎向撐桿的連接采用銷式連接。各根拉索相互獨(dú)立，可單獨(dú)承受荷載，即使一根因意外失效，可立即進(jìn)行內(nèi)力重分布，提高了結(jié)構(gòu)的冗余度。所述拉索由拉索和錨具組成，拉索采用Galfan鍍層拉索或者不銹鋼拉索，拉索兩端設(shè)有錨具，采用叉耳套筒調(diào)節(jié)式錨具。

上述環(huán)形交叉索系支撐穹頂結(jié)構(gòu)的具體安裝方法為：

步驟一：首先將上層網(wǎng)殼的桿件按照長(zhǎng)度分為若干種，并確定每種長(zhǎng)度桿件的數(shù)量，同時(shí)確定節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。之后嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行工廠加工。加工完成之后，通過(guò)卡車運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

步驟二：運(yùn)到安裝現(xiàn)場(chǎng)后，將上層網(wǎng)殼1在地面進(jìn)行分片拼裝，拼裝成A、B、C三片或者更多片(見圖1)，待拼裝完成后，對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，用汽車吊將上層網(wǎng)殼A、B、C三個(gè)片區(qū)吊到預(yù)定位置后利用滿堂腳手架進(jìn)行臨時(shí)固定，對(duì)于小跨度結(jié)構(gòu)，直接將分成的片區(qū)吊裝至預(yù)定位置用簡(jiǎn)易裝置進(jìn)行初始固定，保證其穩(wěn)定性。待所有片區(qū)都吊裝完畢，對(duì)每個(gè)片區(qū)的位置進(jìn)行微調(diào)，使每個(gè)片區(qū)邊緣的接口能很好吻合，當(dāng)所有接口吻合后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行各個(gè)片區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)連接，形成完整的上層網(wǎng)殼1(見圖2)；上層網(wǎng)殼1拼接完畢后，將其焊接到基座的預(yù)埋鋼板上，進(jìn)行永久性固定；

步驟三：在工廠預(yù)制拉索、豎向撐桿3和雙層壓板式夾具14，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝；預(yù)制完成后，根據(jù)圖紙?jiān)谒鞯慕徊婀?jié)點(diǎn)部位做好標(biāo)記，方便安裝雙層壓板式夾具14；

步驟四：上層網(wǎng)殼1安裝完成后，按照安裝上層網(wǎng)殼1的順序在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上安裝豎向撐桿上節(jié)點(diǎn)。

步驟五：在撐桿下端安裝拉索的雙層壓板式夾具14，在雙層壓板式夾具14的第一層長(zhǎng)夾板7上側(cè)設(shè)有耳板5，豎向撐桿下部同樣設(shè)有耳板4，將兩者耳板的預(yù)留孔對(duì)齊，撐桿銷釘6穿過(guò)預(yù)留孔將二者固定，此時(shí)中間撐桿3處于自由懸空狀態(tài)。

步驟六：將拉索的固定端通過(guò)耳板與上部網(wǎng)殼1的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)固定，由牽引設(shè)備牽引拉索張拉端到距離另一端節(jié)點(diǎn)耳板1m處，再利用吊裝帶及千斤頂?shù)仍O(shè)備牽引拉索張拉端就位，用銷軸將拉索的另一端固定在耳板處；按照順時(shí)針?lè)较蛞来伟惭b每個(gè)耳板處的兩根拉索；拉索安裝完成后，在標(biāo)記節(jié)點(diǎn)部位安裝雙層壓板式夾具節(jié)點(diǎn)14的第二層長(zhǎng)夾板8，第二層長(zhǎng)夾板就位后，擰動(dòng)第一層長(zhǎng)夾板下側(cè)的螺母9，輕輕夾緊第一、二層長(zhǎng)夾板7、8，但允許所夾持的拉索的內(nèi)層索滑移；將第三層長(zhǎng)夾板11的帶齒凸起置于第二層長(zhǎng)夾板的帶齒凹槽中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第三層長(zhǎng)夾板調(diào)整拉索角度后，將第二層長(zhǎng)夾板的帶齒凹槽與第三層長(zhǎng)夾板的帶齒凸起卡緊貼合，節(jié)點(diǎn)便無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)；將拉索的外層索置于第三層長(zhǎng)夾板11的索槽處，第三層長(zhǎng)夾板11上事先放置了螺栓13，將第四層長(zhǎng)夾板12的螺孔對(duì)準(zhǔn)螺栓與第三層長(zhǎng)夾板11貼合，此時(shí)安裝螺母并輕輕擰緊，但允許外層索沿索槽滑移，此時(shí)索桁架結(jié)構(gòu)中的所有拉索處于松弛狀態(tài)，不能承受外荷載，見附圖5。

步驟七：步驟七即重復(fù)步驟五與步驟六的具體步驟，直至所有構(gòu)件安裝到位。

步驟八：每根拉索的張拉，采用同步張拉的方式，在節(jié)點(diǎn)處安裝的張拉反力裝置必須牢固可靠并且易于拆卸；張拉時(shí)考慮到拉索對(duì)外部上層網(wǎng)殼(1的影響，采用對(duì)稱張拉的方式來(lái)控制上層網(wǎng)殼1的變形，以固定方向分批分級(jí)張拉，張拉過(guò)程分為三級(jí)，第一級(jí)張拉到目標(biāo)索力的30％，第二級(jí)張拉到目標(biāo)索力的60％，第三級(jí)超張拉到目標(biāo)索力的105％以抵消預(yù)應(yīng)力損失。

步驟九：待全部拉索張拉完畢后，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，微調(diào)，確認(rèn)無(wú)誤之后擰緊六角螺栓將雙層壓板式夾具14的第一層長(zhǎng)夾板7夾緊，將豎向撐桿3、拉索固定在雙層壓板式夾具14處無(wú)法滑移，即安裝完畢。

以上是本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。