本發(fā)明涉及一種索穹頂結構及施工方法，具體涉及肋環(huán)型索穹頂結構及施工成形方法。

背景技術：

現(xiàn)有的肋環(huán)型索穹頂結構由脊索、斜索、環(huán)索和撐桿組成，依靠拉索施加預應力提供剛度，為了保證必要的結構剛度，拉索尤其是外圈環(huán)索的預應力往往較大，在支座處一般需要截面較大的環(huán)向受壓的混凝土或鋼結構梁來平衡索拉力，就索穹頂?shù)氖┕こ尚蝸碚f，由于現(xiàn)有的索穹頂結構僅由柔性拉索和兩端鉸接的撐桿組成，結構形狀對構件的內力具有較高的敏感性，施加預拉力的拉索和撐桿需要和最外圈環(huán)梁形成平衡體系才能具有結構剛度，其內部的部分拉索和撐桿無法單獨形成具有剛度的自平衡體系，通過對現(xiàn)有索穹頂結構的組成和力學特點進行研究得知，穹頂構件的制作誤差與拉索預應力誤差對其施工成形有很大影響，這也是制約索穹頂結構大面積推廣的主要瓶頸問題之一。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構和該索穹頂結構的施工成形方法，通過對現(xiàn)有肋環(huán)型索穹頂結構體系及其施工成形方法的改造，能夠減小拉索截面和預應力，降低最外圈環(huán)梁的壓力和截面，減小構件制作誤差與拉索預應力誤差對其施工成形的影響，使其施工成形更加簡單、施工質量更好、施工成本更低。

技術方案：本發(fā)明所述的一種帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構，包括中心撐桿、外圍撐桿、脊索、斜索和環(huán)索，所述中心撐桿、脊索和斜索首尾相連構成共用一個中心撐桿的若干中心索桿單元，所述脊索和斜索分別呈發(fā)散狀的連接于中心撐桿頂部和底部，所述外圍撐桿、脊索和斜索首尾相連構成若干外圍索桿單元，每個中心索桿單元的脊索和斜索節(jié)點處連接于外圍索桿單元的外圍撐桿頂端，位于內圈的外圍索桿單元的脊索和斜索節(jié)點處連接于與其相鄰的外圍索桿單元的外圍撐桿頂端，所述同圈兩相鄰外圍索桿單元的外圍撐桿頂部之間連接有上弦剛性環(huán)桿，其底部之間連接有環(huán)索。

所述中心撐桿設有用于調節(jié)長度的調節(jié)套筒。

所述環(huán)索設有用于調節(jié)長度的調節(jié)套筒。

所述上弦剛性環(huán)桿表面向外延伸有凸耳和連接夾板，所述外圍撐桿和斜索與凸耳鉸接，所述連接夾板套入脊索，通過調節(jié)連接夾板上的螺栓夾緊脊索，進而固定脊索與上弦剛性環(huán)桿。

帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構的施工成形方法，包括以下步驟：

1)在地面上將脊索、斜索、中心撐桿和最內圈上弦剛性環(huán)桿進行組裝得到共用一個中心撐桿的若干互相連接的中心索桿單元，再將脊索、斜索、環(huán)索、外圍撐桿和上弦剛性環(huán)桿組裝得到若干互相連接的外圍索桿單元，連接中心撐桿頂端和支座的每根脊索為一整根拉索，調節(jié)連接夾板上的螺栓使得連接夾板夾緊脊索，進而固定脊索與上弦剛性環(huán)桿，組裝時調節(jié)中心撐桿的調節(jié)套筒，使中心撐桿的長度小于其零狀態(tài)設計長度，調節(jié)每圈環(huán)索的調節(jié)套筒使每圈環(huán)索的長度大于其零狀態(tài)設計長度，外圍撐桿、脊索、斜索和上弦剛性環(huán)桿的長度為零狀態(tài)設計長度；

2)在地面上設置胎架，每個胎架帶有相同高度的支撐點，將步驟1)中組裝好的最內圈上弦剛性環(huán)桿水平放置于胎架上，調節(jié)中心撐桿的調節(jié)套筒，使得中心撐桿伸長，與中心撐桿相連的脊索和斜索進而被張拉，脊索和斜索受拉，中心撐桿和上弦剛性環(huán)桿受壓，脊索、斜索、中心撐桿和最內圈上弦剛性環(huán)桿共同形成自平衡體系；

3)將步驟2)中與最內圈上弦剛性環(huán)桿相鄰環(huán)的第二圈上弦剛性環(huán)桿水平放置于胎架之上，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉內圈環(huán)索，張拉完畢后，第二圈上弦剛性環(huán)桿及其內部的脊索、斜索、外圍撐桿和中心撐桿形成自平衡體系；

4)當上弦剛性環(huán)桿不少于兩圈時，依次由內向外將已形成自平衡體系的最外圈上弦剛性環(huán)桿的相鄰外圈上弦剛性環(huán)桿水平放置于胎架之上，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉其相鄰的內圈環(huán)索，張拉完畢后，該圈的上弦剛性環(huán)桿及其內部的脊索、斜索、外圍撐桿和中心撐桿形成自平衡體系；

5)將步驟4)中得到的形成自平衡體系的索穹頂結構提升至環(huán)梁高度附近，將最外圈脊索和斜索的節(jié)點處與環(huán)梁支座固定，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉最外圈環(huán)索，穹頂結構成形。

有益效果：本發(fā)明的帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構及施工成形方法，增加了可受拉、受壓的上弦剛性環(huán)桿將同圈的脊索和撐桿的節(jié)點連接成環(huán)，構成帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構：

(1)上弦剛性環(huán)桿可以受拉也可受壓，具有較大的剛度，可以有效提高索穹頂?shù)恼w剛度，從而減小索穹頂對拉索所提供剛度的需求，減小拉索截面和預應力，由于拉索的單位造價相比剛性鋼管的單位造價高很多，因此可降低結構總造價，同時拉索預應力的減小可有效降低對環(huán)梁的壓力，從而減小環(huán)梁的截面，降低結構自重和總造價；

(2)拉索預應力的減小可以方便施工張拉；

(3)上弦剛性環(huán)桿通過調節(jié)其連接夾板上的若干高強螺栓夾緊脊索，對上弦剛性環(huán)桿進行固定，該種構造和連接方式避免了每段脊索兩端設置索頭，節(jié)省造價；

(4)簡化現(xiàn)有索穹頂結構復雜的施工成形方法，由于上弦剛性環(huán)桿可以受拉也可受壓，在拉索施加預應力后，任何一圈的上弦剛性環(huán)桿既可以和該圈的上弦剛性環(huán)桿之內的拉索、撐桿形成自平衡體系，還可以和該圈上弦剛性環(huán)桿以外的拉索、撐桿以及最外圈環(huán)梁形成自平衡體系，由于本發(fā)明的索穹頂設有連成環(huán)狀的上弦剛性環(huán)桿，可通過由內向外逐層張拉環(huán)索的施工成形方法，且大部分施工張拉可在距離地面較低處進行，除最后一步的提升安裝過程，其余各施工步的安裝或張拉均在地面或地面附近完成，無需搭設腳手架，降低了施工難度和成本，易于保證施工質量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的施工過程中步驟2)自平衡部分的三維示意圖；

圖2為本發(fā)明的施工過程中步驟3)自平衡部分的三維示意圖；

圖3為本發(fā)明的施工完成形后的結構三維示意圖；

圖4為本發(fā)明的上弦剛性環(huán)桿和脊索、斜索及外圍撐桿的連接節(jié)點示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明技術方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。

如圖1至4所示，本發(fā)明的一種帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構，包括中心撐桿1、外圍撐桿2、脊索3、斜索4和環(huán)索5，中心撐桿1、脊索3和斜索4首尾相連構成共用一個中心撐桿的若干中心索桿單元，脊索3和斜索4分別呈發(fā)散狀的連接于中心撐桿1頂部和底部，外圍撐桿2、脊索3和斜索4首尾相連構成若干外圍索桿單元，每個中心索桿單元的脊索3和斜索4節(jié)點處連接于外圍索桿單元的外圍撐桿2頂端，位于內圈的外圍索桿單元的脊索3和斜索4節(jié)點處連接于與其相鄰的外圍索桿單元的外圍撐桿2頂端，同圈兩相鄰外圍索桿單元的外圍撐桿2頂部之間連接有上弦剛性環(huán)桿6，其底部之間連接有環(huán)索5，中心撐桿1設有用于調節(jié)長度的調節(jié)套筒，環(huán)索5設有用于調節(jié)長度的調節(jié)套筒，上弦剛性環(huán)桿6表面向外延伸有凸耳7和連接夾板8，外圍撐桿2和斜索4與凸7耳鉸接，連接夾板8套入脊索3，通過調節(jié)連接夾板8上的螺栓夾緊脊索3，進而固定脊索3與上弦剛性環(huán)桿6。

帶上弦剛性環(huán)桿的肋環(huán)型索穹頂結構的施工成形方法，包括以下步驟：

1)在地面上將脊索3、斜索4、中心撐桿1和最內圈上弦剛性環(huán)桿6進行組裝得到共用一個中心撐桿1的若干互相連接的中心索桿單元，再將脊索3、斜索4、環(huán)索5、外圍撐桿2和上弦剛性環(huán)桿6組裝得到若干互相連接的外圍索桿單元，連接中心撐桿1頂端和支座的每根脊索3為一整根拉索，脊索3與上弦剛性環(huán)桿6通過調節(jié)連接夾板8上的螺栓夾緊脊索3進行固定連接，組裝時調節(jié)中心撐桿1的調節(jié)套筒，使中心撐桿1的長度小于其零狀態(tài)設計長度，調節(jié)每圈環(huán)索5的調節(jié)套筒使每圈環(huán)索5的長度大于其零狀態(tài)設計長度，外圍撐桿2、脊索3、斜索4和上弦剛性環(huán)桿6的長度為零狀態(tài)設計長度；

2)在地面上設置胎架，每個胎架帶有相同高度的支撐點，將步驟1)中組裝好的最內圈上弦剛性環(huán)桿6水平放置于胎架上，調節(jié)中心撐桿1的調節(jié)套筒，使得中心撐桿1伸長，與中心撐桿1相連的脊索3和斜索4進而被張拉，脊索3和斜索4受拉，中心撐桿1和上弦剛性環(huán)桿6受壓，脊索3、斜索4、中心撐桿1和最內圈上弦剛性環(huán)桿6共同形成自平衡體系；

3)將步驟2)中與最內圈上弦剛性環(huán)桿6相鄰環(huán)的第二圈上弦剛性環(huán)桿6水平放置于胎架之上，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉內圈環(huán)索5，張拉完畢后，第二圈上弦剛性環(huán)桿6及其內部的脊索3、斜索4、外圍撐桿2和中心撐桿1形成自平衡體系；

4)當上弦剛性環(huán)桿6不少于兩圈時，依次由內向外將已形成自平衡體系的最外圈上弦剛性環(huán)桿6的相鄰外圈上弦剛性環(huán)桿6水平放置于胎架之上，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉其相鄰的內圈環(huán)索5，張拉完畢后，該圈的上弦剛性環(huán)桿6及與其及其內部的脊索3、斜索4、外圍撐桿2和中心撐桿1形成自平衡體系；

5)將步驟4)中得到的形成自平衡體系的索穹頂結構提升至環(huán)梁高度附近，將最外圈脊索3和斜索4的節(jié)點處與環(huán)梁支座固定，利用張拉設備和調節(jié)套筒，張拉最外圈環(huán)索5，穹頂結構成形。

本發(fā)明也可以包括levy型以及凱威特型索穹頂結構，levy型以及凱威特型索穹頂結構中的相應位置亦安裝有剛性環(huán)桿及調節(jié)套筒，并運用相同的施工方法，無中心撐桿的索穹頂亦可采用此方法。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。