專利名稱：一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，
背景技術(shù)：
索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由索、桿、膜組合而成的預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)，一經(jīng)問世就受到建筑師的青睞。但由于索穹頂結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)特點決定其有許多技術(shù)難題。如桿件定位困難、桿件初始剛度低、施工難度大等。因此，許多基于索穹頂結(jié)構(gòu)的新型預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，如勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)。勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)上層是索網(wǎng)體系，下層是剛性桿體系，即將索穹頂結(jié)構(gòu)的下部拉索替換成高強(qiáng)鋼拉桿，增強(qiáng)桿件的剛度和結(jié)構(gòu)的整體剛度，高強(qiáng)鋼拉桿的桿件容易定位，降低了結(jié)構(gòu)的施工難度。該結(jié)構(gòu)也具有索穹頂結(jié)構(gòu)的輕盈高效，自重隨著跨度的增大而不明顯增加等特點。勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)是在索穹頂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，已有的索穹頂結(jié)構(gòu)施工方法都存在著以下一點或者幾點的不足(I)工作人員需要高空作業(yè)來完成索穹頂結(jié)構(gòu)的安裝和張拉，不僅增加施工難度而且工作人員人身安全很難保障。(2)索穹頂結(jié)構(gòu)在張拉過程中采用逐層張拉法，施工張拉難度增加，整個施工過程很難控制，且非常不容易滿足設(shè)計圖紙上的建筑外形要求，同時給施工模擬分析和施工過程控制帶來很大的難度。(3)對張拉的對稱性要求高，如果出現(xiàn)張拉不對稱的現(xiàn)象，就會出現(xiàn)與設(shè)計時不一樣的結(jié)構(gòu)外形，給施工帶來麻煩。且反復(fù)張拉放松脊索，給施工模擬分析和施工過程控制帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是結(jié)合勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的特點，提出一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，這種施工方法不需要工人高空作業(yè)，所有的安裝和張拉都是在地面、操作平臺進(jìn)行。施工過程中由于下部高強(qiáng)高拉桿的存在，使得桿件和桿件之間的位置關(guān)系容易控制，只要控制好撐桿上部節(jié)點或撐桿下部節(jié)點的位置，就能使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求的建筑外形。而且張拉過程中，脊索始終是在上升的，避免了脊索反復(fù)張拉放松帶來的施工模擬分析和施工控制方面的困難。該施工方法的施工模擬分析和施工控制也較為簡單。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。先將中心場地內(nèi)的桿件按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝，然后同時張拉外脊索和中斜桿的工裝索，整體張拉提升中心場地內(nèi)已經(jīng)拼裝好的桿系，使得待組裝桿件的脊索節(jié)點達(dá)到操作平臺的高度，在操作平臺上按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝桿件，繼續(xù)張拉外脊索和外斜桿的工裝索，將外脊索、外斜桿與環(huán)梁連接，完成桿件的拼裝，通過張拉外脊索完成預(yù)應(yīng)力的施加，使得結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求的外形，具體實施步驟如下第一步安裝中心內(nèi)拉環(huán)9，內(nèi)脊索I的上端與中心內(nèi)拉環(huán)9的上耳板13連接，安裝內(nèi)脊索1、中脊索2、外脊索3，通過工裝索將外脊索3與環(huán)梁12連接。將內(nèi)斜桿6的下端與中心內(nèi)拉環(huán)9的下耳板14連接；第二步安裝內(nèi)環(huán)桿8，按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝內(nèi)斜桿6上端和中撐桿11，連接中斜桿5的下端與內(nèi)環(huán)桿8的相應(yīng)節(jié)點，中斜桿5的上端連接工裝索；第三步在操作平臺上安裝外環(huán)桿7，整體張拉提升外脊索3和中斜桿5的工裝索，按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝中斜桿5上端和外撐桿10 ;并將外斜桿4的下端與外環(huán)桿7上的對應(yīng)節(jié)點連接；第四步整體張拉提升外脊索3和外斜桿4的工裝索，將外脊索3下端和外斜桿4的上端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接；第五步張拉外脊索3，使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求的外形；第六步鋪設(shè)膜材,完成施工。所述的第一步中的具體安裝步驟為首先搭設(shè)操作平臺，然后在中心場地中央位置安裝焊接中心內(nèi)拉環(huán)9，將中心內(nèi)拉環(huán)9上的耳板13和14與環(huán)梁12上的節(jié)點相對應(yīng)，將內(nèi)脊索I的上端與中心內(nèi)拉環(huán)9的上耳板13連接，內(nèi)脊索I的下端與中脊索2的上端連接，中脊索2的下端與外脊索3的上端連接，外脊索3的下端與工裝索的一端連接，工裝索的另一端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。將內(nèi)斜桿6的下端與中心內(nèi)拉環(huán)9的下耳板14連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。所述的第二步中的具體安裝步驟為安裝拼接內(nèi)環(huán)桿8，將內(nèi)環(huán)桿8上的節(jié)點與環(huán)梁12的節(jié)點相對應(yīng)。提升連接內(nèi)脊索I下端和中脊索2上端的節(jié)點，將內(nèi)斜桿6上端、中撐桿11上端與該節(jié)點連接，將中撐桿11下端與內(nèi)環(huán)桿8上的相應(yīng)節(jié)點連接。將中斜桿5的下端與內(nèi)環(huán)桿8上的節(jié)點相連接。中斜桿5的上端與工裝索連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。所述的第三步中的具體安裝步驟為在操作平臺上安裝拼接外環(huán)桿7，將外環(huán)桿7上的節(jié)點與環(huán)梁12上的相應(yīng)節(jié)點對應(yīng)，將中斜桿5的工裝索與外環(huán)桿7上的相應(yīng)節(jié)點連接，整體張拉提升外脊索3和中斜桿5的工裝索，使得連接中脊索2和外脊索3的節(jié)點達(dá)到操作平臺的高度，將中斜桿5的上端和外撐桿10上端與該節(jié)點相連接，繼續(xù)張拉外脊索3的工裝索，使得能夠連接外撐桿10的下端，將外撐桿10的下端與外環(huán)桿7上的相應(yīng)節(jié)點連接。將外斜桿4的下端與外環(huán)桿7上的節(jié)點連接，外斜桿4的上端與工裝索的一端連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。所述的第四步中的具體安裝步驟為將與外斜桿4連接的工裝索與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。整體張拉提升外脊索3和外斜桿4連接的工裝索，將外脊索3的下端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接，將外斜桿4的上端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。所述的第五步中的具體安裝步驟為張拉外脊索3，使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值的90%以上，然后再張拉外脊索3進(jìn)行調(diào)節(jié)使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值。所述的由環(huán)梁、外環(huán)桿、內(nèi)環(huán)桿組成的環(huán)向外輪廓為圓形或為橢圓形或為多邊形。這種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，充分利用了該結(jié)構(gòu)下部剛性件定位容易的特點，結(jié)構(gòu)的每一個節(jié)點都與一個或者幾個剛性桿連接，因此節(jié)點和節(jié)點之間的位置關(guān)系明確，施工過程中只需控制撐桿上節(jié)點或者撐桿下節(jié)點的位置，就可以得到滿足設(shè)計圖紙要求的結(jié)構(gòu)外形，降低了結(jié)構(gòu)的施工難度；該結(jié)構(gòu)一次張拉完成，避免了結(jié)構(gòu)的多層次張拉；在張拉過程中，體系始終不斷的上升，避免了脊索的反復(fù)張拉放松。上述特點都降低了施工模擬分析和施工控制的難度。桿件的安裝和張拉都在地面、操作平臺或樓面上完成，避免了工人的高空作業(yè)。


圖1上層為肋環(huán)型網(wǎng)格的勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)軸測2為圖1所示的圓形勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的下部支撐體系3為圖1所示的圓形勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的上部索網(wǎng)體系4為圖1所示的圓形勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)平面5為圖1所示的勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的剖面6為圖1所示的勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的中心內(nèi)拉環(huán)的耳板示意7為圖1所示的橢圓形勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的平面8為圖1所示的多邊形勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的平面中1、內(nèi)脊索；2、中脊索；3、外脊索；4、外斜桿；5、中斜桿；6、內(nèi)斜桿；7、外環(huán)桿；8、內(nèi)環(huán)桿；9、中心內(nèi)拉環(huán)；10、外撐桿；11、中撐桿；12、環(huán)梁；13、中心內(nèi)拉環(huán)上耳板；14、中心內(nèi)拉環(huán)下耳板。圖中桿件的上端和下端按照高度來確定。如圖5所示，內(nèi)脊索I較高的一端為上端，較低的一段為下端；中脊索2較高的一端為上端，較低的一端為下端；外脊索3、外斜桿
4、中斜桿5、內(nèi)斜桿6、中撐桿11、外撐桿10亦是如此。外環(huán)桿7和內(nèi)環(huán)桿8不區(qū)分桿件的上端和下端。
具體實施例方式下面結(jié)合圖1-8詳細(xì)說明本實施例。實施例1如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本實施例的施工成形過程為第一步為安裝中心內(nèi)拉環(huán)9、把內(nèi)脊索I的上端與中心內(nèi)拉環(huán)9的上耳板13連接，安裝連接內(nèi)脊索1、中脊索2、外脊索3，通過工裝索將外脊索3與環(huán)梁12連接。將內(nèi)斜桿6的下端與中心內(nèi)拉環(huán)9的下耳板14連接。即圖1、圖5和圖6中的中央內(nèi)拉環(huán)、內(nèi)脊索1、中脊索2、外脊索3和內(nèi)斜桿6。具體安裝方法為首先搭設(shè)操作平臺，然后在中心場地中央位置安裝焊接中心內(nèi)拉環(huán)9，將中心內(nèi)拉環(huán)9上的耳板13和14與環(huán)梁12上的節(jié)點相對應(yīng)，將內(nèi)脊索I的上端與中心內(nèi)拉環(huán)9的上耳板13連接，內(nèi)脊索I的下端與中脊索2的上端連接，中脊索2的下端與外脊索3的上端連接，外脊索3的下端與工裝索的一端連接，工裝索的另一端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。將內(nèi)斜桿6的下端與中心內(nèi)拉環(huán)9的下耳板14連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。第二步為安裝內(nèi)環(huán)桿8，按照節(jié)點先上后下先內(nèi)后外的順序?qū)ΨQ安裝內(nèi)斜桿6上端和中撐桿11，連接中斜桿5的下端與內(nèi)環(huán)桿8的相應(yīng)節(jié)點，中斜桿5的上端連接工裝索。即圖1、圖2和圖4中所不的內(nèi)環(huán)桿8、內(nèi)斜桿6、中撐桿11和中斜桿5。具體安裝方法為安裝拼接內(nèi)環(huán)桿8，將內(nèi)環(huán)桿8上的節(jié)點與環(huán)梁12的節(jié)點相對應(yīng)。提升連接內(nèi)脊索I下端和中脊索2上端的節(jié)點，將內(nèi)斜桿6上端、中撐桿11上端與該節(jié)點連接，將中撐桿11下端與內(nèi)環(huán)桿8上的相應(yīng)節(jié)點連接。將中斜桿5的下端與內(nèi)環(huán)桿8上的節(jié)點相連接。中斜桿5的上端與工裝索連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。第三步為在操作平臺上安裝外環(huán)桿7，整體張拉提升外脊索3和中斜桿5的工裝索，按照節(jié)點先上后下先內(nèi)后外的順序?qū)ΨQ安裝中斜桿5上端、外撐桿10 ;并將外斜桿4的下端與外環(huán)桿7上的對應(yīng)節(jié)點連接。即圖1、圖2和圖4中所示的外環(huán)桿7、中斜桿5、外撐桿10和外斜桿4。具體的安裝方法為在操作平臺上安裝拼接外環(huán)桿7，將外環(huán)桿7上的節(jié)點與環(huán)梁12上的相應(yīng)節(jié)點對應(yīng)，將中斜桿5的工裝索與外環(huán)桿7上的相應(yīng)節(jié)點連接，整體張拉提升外脊索3和中斜桿5的工裝索，使得連接中脊索2和外脊索3的節(jié)點達(dá)到操作平臺的高度，將中斜桿5的上端和外撐桿10上端與該節(jié)點相連接，繼續(xù)張拉外脊索3的工裝索，使得能夠連接外撐桿10的下端，將外撐桿10的下端與外環(huán)桿7上的相應(yīng)節(jié)點連接。將外斜桿4的下端與外環(huán)桿7上的節(jié)點連接，外斜桿4上端與工裝索的一端連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。第四步為整體提升張拉外脊索3和外斜桿4的工裝索，將外脊索3上端和外斜桿4的上端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。即圖1和圖4所示的外脊索3、外斜桿4和環(huán)梁12。具體安裝方法為將與外斜桿4連接的工裝索與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。整體張拉提升張拉與夕卜脊索3和外斜桿4連接的工裝索，將外脊索3的上端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接，將外斜桿4的上端與環(huán)梁12上的節(jié)點連接。上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。第五步為張拉外脊索3，使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求的外形。即圖1和圖5所示的外脊索
3。具體的張拉方法為張拉外脊索3，使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值的90%以上，然后再張拉外脊索3進(jìn)行調(diào)節(jié)使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值。第六步為鋪設(shè)膜材,完成施工。實施例2如圖1、圖5、圖6和圖7所示，本實施例與實施例1的施工方法相同，不同之處在于外環(huán)桿7、內(nèi)環(huán)桿8和環(huán)梁12的外輪廓線為橢圓形。實施例3如圖1、圖5、圖6和圖8所示，本實施例與實施例1的施工方法相同，不同之處在于其環(huán)梁12的外輪廓線為多邊形。外環(huán)桿7、內(nèi)環(huán)桿8和中央內(nèi)拉環(huán)9的外輪廓線都為多邊形。
權(quán)利要求
1.一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，步驟如下 第一步安裝中心內(nèi)拉環(huán)(9)，內(nèi)脊索(I)的上端與中心內(nèi)拉環(huán)(9)的上耳板(13)連接，安裝內(nèi)脊索(I)、中脊索(2)、外脊索(3)，通過工裝索將外脊索(3)與環(huán)梁(12)連接；將內(nèi)斜桿(6)的下端與中心內(nèi)拉環(huán)(9)的下耳板(14)連接； 第二步安裝內(nèi)環(huán)桿(8)，按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝內(nèi)斜桿(6)上端和中撐桿(11)，把中斜桿(5)的下端和內(nèi)環(huán)桿(8)的相應(yīng)節(jié)點連接，中斜桿(5)的上端連接工裝索； 第三步在操作平臺上安裝外環(huán)桿(7)，整體張拉提升外脊索(3)和中斜桿(5)的工裝索，按照節(jié)點先內(nèi)后外、先上后下的順序?qū)ΨQ安裝中斜桿(5)上端、外撐桿(10);并將外斜桿(4)的下端與外環(huán)桿(7)上的對應(yīng)節(jié)點連接； 第四步整體提升張拉外脊索(3)和外斜桿(4)的工裝索，將外脊索(3)下端和外斜桿(4)的上端與環(huán)梁(12)上的節(jié)點連接； 第五步張拉外脊索(3)，使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求的外形； 第六步鋪設(shè)膜材，完成施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述的第一步中的具體安裝步驟為首先搭設(shè)操作平臺，然后在中心場地中央位置安裝焊接中心內(nèi)拉環(huán)(9)，將中心內(nèi)拉環(huán)(9)的上耳板(13)和中心內(nèi)拉環(huán)(9)的下耳板(14) (14)與環(huán)梁(12)上的節(jié)點相對應(yīng)，將內(nèi)脊索(I)的上端與中心內(nèi)拉環(huán)(9)的上耳板(13)連接，內(nèi)脊索(I)的下端與中脊索(2)的上端連接，中脊索(2)的下端與外脊索(3)的上端連接，外脊索(3)的下端與工裝索的一端連接，工裝索的另一端與環(huán)梁(12)上的節(jié)點連接；將內(nèi)斜桿(6)的下端與中心內(nèi)拉環(huán)(9)的下耳板(14)連接；上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述的第二步中的具體安裝步驟為安裝拼接內(nèi)環(huán)桿(8)，將內(nèi)環(huán)桿(8)上的節(jié)點與環(huán)梁(12)上的節(jié)點相對應(yīng)；提升連接內(nèi)脊索(I)下端和中脊索(2)上端的節(jié)點，將內(nèi)斜桿(6)上端、中撐桿(II)上端與該節(jié)點連接，將中撐桿(11)下端與內(nèi)環(huán)桿(8)上的相應(yīng)節(jié)點連接；將中斜桿(5 )的下端與內(nèi)環(huán)桿(8)上的節(jié)點相連接；中斜桿(5)的上端與工裝索連接；上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述的第三步中的具體安裝步驟為在操作平臺上安裝拼接外環(huán)桿(7)，將外環(huán)桿(7)上的節(jié)點與環(huán)梁(12)上的相應(yīng)節(jié)點對應(yīng)，將中斜桿(5)的工裝索與外環(huán)桿(7)上的相應(yīng)節(jié)點連接，整體張拉提升外脊索(3)和中斜桿(5)的工裝索，使得連接中脊索(2)和外脊索(3)的節(jié)點達(dá)到操作平臺的高度，將中斜桿(5)的上端和外撐桿(10)上端與該節(jié)點相連接，繼續(xù)張拉外脊索(3)的工裝索，使得能夠連接外撐桿(10)的下端，將外撐桿(10)的下端與外環(huán)桿(7)上的相應(yīng)節(jié)點連接；將外斜桿(4)的下端與外環(huán)桿(7)上的節(jié)點連接，外斜桿(4)上端與工裝索的一端連接；上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述的第四步中的具體安裝步驟為將與外斜桿(4)連接的工裝索與環(huán)梁(12)上的節(jié)點連接；整體張拉提升外脊索(3)和外斜桿(4)連接的工裝索，將外脊索(3)的下端與環(huán)梁(12)上的節(jié)點連接，將外斜桿(4)的上端與環(huán)梁(12)上的節(jié)點連接；上述的連接拼裝是按照順時針或者逆時針的順序?qū)ΨQ進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述的第五步中的具體步驟為張拉外脊索(3)，使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值的90%以上，然后再張拉外脊索(3)進(jìn)行調(diào)節(jié)使得桿件的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計值。
全文摘要
一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法涉及建筑領(lǐng)域。其施工方法為第一步安裝中央內(nèi)拉環(huán)、安裝脊索；第二步安裝內(nèi)環(huán)桿，按節(jié)點先上后下的順序安裝內(nèi)斜桿、中撐桿；第三步安裝外環(huán)桿，整體張拉提升外脊索和中斜桿的工裝索，安裝中斜桿、外撐桿；第四步整體張拉提升外脊索和外斜桿的工裝索，將外脊索和外斜桿與環(huán)梁連接；第五步張拉外脊索，使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計外形；第六步鋪設(shè)膜材，完成施工。本發(fā)明給出了一種勁性支撐穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法，此方法充分利用了該結(jié)構(gòu)桿件定位容易等特點，按節(jié)點先內(nèi)后外先上后下的順序整體提升對稱安裝，一次張拉成形。桿件的安裝在地面或操作平臺完成，避免高空作業(yè)。桿件始終在提升，避免了桿件反復(fù)張拉放松。
文檔編號E04B1/32GK103061412SQ201310000570
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月1日
發(fā)明者薛素鐸, 高占遠(yuǎn), 李雄彥 申請人:北京工業(yè)大學(xué)