[发明专利]一种轮辐式预应力张弦穹顶结构及其施工方法

说明书

一种轮辐式预应力张弦穹顶结构及其施工方法，包括径向梁、纬向梁、外围结构柱和屋面，径向梁包括中心内环梁，纬向梁包括预应力张弦梁主梁，预应力张弦梁主梁包括上层张弦梁主梁、下弦索和撑杆，撑杆为可调杆，通过调整撑杆实现调整后的预应力张弦梁主梁在同一荷载作用下各撑杆位置处的弯矩值的比值与在预应力作用下各撑杆位置处的反弯矩值的比值一致。本发明通过调整撑杆，使得张弦梁预应力索在外围撑杆位置转角较大，内部几道撑杆位置处转角逐步减小，根据预应力张弦梁主梁所承受的荷载大小及撑杆布置间距，改变撑杆位置预应力索的转角大小，以适应荷载的变化，并平衡荷载弯矩，达到最大限度调整预应力张弦梁主梁。

技术领域

本发明属于轮辐式预应力钢结构，特别是一种轮辐式预应力张弦穹顶结构及其施工方法。

背景技术

现有轮辐式预应力钢结构一般在结构中部和外边缘分别设置两圈环形受力结构。外边缘设环形受力结构为外压力环，中部环形受力结构分上下两层，上侧为中部压力环，下侧为中部拉力环。在中部压力环与外压力环之间放射状均匀布置受压压弯的屋面主梁，在屋面主梁的竖平面内用拉索连接中部压力环与外压力环，通过张拉拉索为整体轮辐式结构提供竖向刚度。在屋面荷载及拉索预应力作用下，屋面梁为压弯构件，稳定性较差，一般需要很大的截面才能满足压弯稳定的受力需求。

目前轮辐式预应力钢结构存在以下问题：

一、存在轮辐式结构外侧承受荷载面积大，内侧承受荷载面积小，造成结构内侧和外侧所需要的结构刚度完全不同的问题，而且一般轮辐式张弦梁结构由于轮辐式分布的张弦钢梁沿结构径向一般具有相同或相近的结构刚度，存在与结构受力需求完全不匹配的问题。

二、存在轮辐式张弦梁主梁内侧部分与外侧部分弯矩差异过大问题。弯矩轮辐式张弦结构由于外围承受荷载面积大，内侧承受荷载面积小，而一般轮辐式张弦结构由于下部轮辐式张弦在每个撑杆位置转角相同，为上部主梁提供的柔性支承刚度相同，造成轮辐式张弦结构外侧部分的主梁在荷载作用下产生的弯矩远大于内侧部分的主梁在荷载作用下的弯矩。

三、存在轮辐式张弦结构外侧部分在预应力作用下的反弯矩过小的问题。轮辐式张弦结构由预应力产生的反弯矩在张弦主梁两端小中间大，而与轮辐式张弦结构在荷载作用下产生的弯矩为外侧大逐步向轮辐式张弦结构中部减小的特征不一致，造成预应力反弯矩对荷载弯矩的抵消作用发挥不充分。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮辐式预应力张弦穹顶结构及其施工方法，要解决现有轮辐式预应力钢结构在屋面荷载及拉索预应力作用下，存在轮辐式结构外侧承受荷载面积大，内侧承受荷载面积小，造成结构内侧和外侧所需要的结构刚度完全不同的技术问题，还要解决轮辐式张弦梁主梁内侧部分与外侧部分弯矩差异过大的技术问题，还要解决轮辐式张弦结构外侧部分在预应力作用下的反弯矩过小的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轮辐式预应力张弦穹顶结构，包括结构框架和屋面，所述屋面铺设在结构框架上侧，所述结构框架包括径向梁、纬向梁和外围结构柱，

所述径向梁包括中心内环梁，

所述外围结构柱围绕中心内环梁的外侧等距离均匀布置有一周，所有外围结构柱的连线为圆，该圆与中心内环梁为同心圆，所述中心内环梁与各个外围结构柱的连线呈放射状，

所述纬向梁包括预应力张弦梁主梁，预应力张弦梁主梁布置在该放射线上为一榀，预应力张弦梁主梁对应各个放射线上设置，所述预应力张弦梁主梁的内端与中心内环梁固定连接，预应力张弦梁主梁的外端与外围结构柱的顶部固定连接，所述外围结构柱的底部固定在地面上，

所述中心内环梁为双层环向桁架梁，包括上层压力环、下层拉力环和压力环之间的联系杆，每榀预应力张弦梁主梁均为桁架梁，包括上层张弦梁主梁、下弦索和支撑并固定连接在两者之间的撑杆，