[发明专利]一种索穹顶及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑钢结构技术领域，特别与一种索穹顶及其安装方法有关。

背景技术

索穹顶技术是近现代世界空间结构技术的最高成就，基于美国著名建筑师富勒先生的张拉整体（TENSEGRITY）概念。这种结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预张力提供，在施加预张力之前，体系几乎没有刚度，并且初始预张力的大小对体系的外形和结构的刚度起着决定性作用。由于张拉整体结构体系固有的符合大自然规律的特点，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。目前国外发达地区已成功地运用于大型高难度空间结构工程项目，如美国乔治亚穹顶、美国太阳海岸穹顶等，创造了索穹顶的辉煌时代。

在国内索穹顶结构的施工领域中，尚无如此大直径结构的施工先例。国内外施工经验以及国内张弦穹顶结构安装主要方式是中央竖立塔架，先安装内拉环，再连接索系。这样的安装方法，高空操作的劳动强度大，整体结构受力的平衡度差，因此本申请人针对国内大型索穹顶安装技术中的空白，全新设计开发出一种索穹顶及其安装方法，本案由此产生。

发明内容

本发明所提供的索穹顶结构以及安装方法，采用地面整体组装，整体同步提升不需借助吊车、塔架等辅助设备，减少施工成本和工期。最主要的是没有高空作业，保证了工人在施工中的安全。没有了大量的高空作业，工人在施工过程中处于安全位置，同时张拉作业量减小了2/3，降低了施工的成本。索穹顶结构分批分级张拉技术的应用更是改变了结构的成型状态，使得结构在张拉过程中受力的平衡、对称，保证了整个结构的成型圆度，通过合理的张拉顺序控制使结构达到设计给定的位形。

为了达到上述效果，本发明通过以下技术方案来实现：

一种索穹顶，包括中央压力环、外环桁架、沿中央压力环等角度圆周分布的若干径向脊索、与脊索连接的斜索和撑杆、与撑杆和斜索连接的环索；中央压力环包括上环和下环，之间通过钢材支撑固定；脊索的一端连接中央压力环的上环，另一端连接在外环桁架上，每条脊索的由多条独立的脊索单元连接而成，每个连接的节点下方连接独立的斜索和撑杆；最内侧的斜索与中央压力环的下环连接固定，相邻两个脊索单元连接节点的斜索和撑杆连接，所有斜索和撑杆的连接节点处通过环索连接。

所述的脊索由内而外分成内脊索、中脊索、外脊索三道。

所述的内脊索、中脊索的连接节点处同时连接内斜索和内撑杆，中脊索、外脊索的连接节点处同时连接中斜索和外撑杆；内斜索的另一端与中央压力环的下环连接，内撑杆与中斜索连接，外撑杆和外斜索连接，外斜索的另一端与外环桁架连接。

所述的脊索一共有20条。

一种索穹顶的安装方法，包括以下步骤：

一、搭设中央压力环拼装胎架，并设置两道内外两道放索平台，进行内外环索的放索；内脊索、中脊索、外脊索连接完成，进行脊索、斜索的铺设； 

二、将中央压力环上环与内脊索连接，内脊索、中脊索的连接节点上连接内撑杆和内斜索，同时中央压力环下环与内斜索连接，内撑杆与中斜索连接，在内撑杆和中斜索的连接节点上通过内环索连接；

三、每个脊索通过施加牵引力使结构上升，上升至一定高度后，安装外撑杆，同时外撑杆的与外斜索连接；所有外撑杆和外斜索的连接点上通过外环索连接；

四、继续上升，直至索穹顶牵引张拉完成。

其中在所述索穹顶结构的各个组件完成前，所有的工装均为牵引工装，牵引工装为每一脊索一个，张拉工装为每一脊索两个，当完成索穹顶的组装后，外脊索上的牵引工装转变成张拉工装，同时外斜索仍然为牵引工装，外脊索张拉至中心钢压力环距离楼面约完成脊索体系的张拉，并固定脊索。

上述的脊索固定后，外斜索的牵引工装转换成张拉工装，张拉外斜索直至索穹顶形成结构体系，此状态下外斜索、外脊索与环桁架耳板之间连接。

采用上述方案后，本发明具有诸多积极效果，实现了索穹顶中央压力环的地面的拼装，免去了原有高空原位安装需要搭设支撑架或者满堂脚手架的施工成本，减少高空作业量，安装精度控制方便。

整个索穹顶结构共有132道钢索组成，最终从一个柔性的结构转变成一个刚性的结构，本发明精确控制张拉方式以及张拉操作，符合提升过程中的应力，确保顺利安装。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的整体示意图；

图2是本发明较佳实施例的立体状态示意图；

图3是本发明较佳实施例中安装过程状态图一；

图4是本发明较佳实施例中安装过程状态图二；

图5是本发明较佳实施例中安装过程状态图三；