[发明专利]一种索梁复合的大跨度索托拱壳及其施工方法

说明书

本发明涉及覆盖大面积空间的结构技术领域，公开了一种索梁复合的大跨度索托拱壳及其施工方法，包括沿拱壳一周设置并围合成环的外环梁、平行间隔设置在外环梁范围内的拱壳梁、以及垂直于拱壳梁并间隔设置在拱壳梁范围内的托梁索；拱壳梁以及托梁索围合成布满外环梁范围内的网格，拱壳梁以及托梁索的端部均与外环梁铰接连接；托梁索穿透并托住拱壳梁，并通过索夹与拱壳梁连接。本发明中，通过将拱状的钢梁网格中一个方向上的钢梁换成反拱形且带预应力的托梁索，托梁索以穿透拱壳梁的形式托住拱壳梁，避免拱壳梁因跨度过大而下挠或失稳，从而形成了兼具钢梁网格的抗风能力以及预应力索网的大跨度的索托拱壳，能够满足大跨度的单跨透明顶棚的需求。

技术领域

本发明涉及覆盖大面积空间的结构技术领域，特别是涉及一种索梁复合的大跨度索托拱壳及其施工方法。

背景技术

出于便于观景、增加采光量或改善建筑外形等目的，现有的大跨度单体建筑中，有时候需要在中部开一个超大尺寸的天窗。甚至还有一些大跨度单体建筑，整个顶棚都需要做成透明的。

这对这种天窗或顶棚的透明屋顶板的支撑结构提出了严苛的要求：这个支撑结构不能是像现浇楼板那样不透明的结构，因此可选的支撑结构，要么是桁架，要么是网架，要么是钢梁网格（可以做成水平的也可以做成拱壳），要么是索网。但桁架/网架/钢梁网格在跨度较大时需要间隔设置多个支柱，也即做成多跨的结构，这些支柱会影响地面，尤其是那类需要在地面上设置大面积连续广场的使用场合。同时这三类支撑结构中部件多且杂乱，不仅遮光明显，而且影响观感。而索网抗风能力差，为了抗风其外形受限严重且需要设置诸多抗风设备，适用范围狭窄。

顶棚如需增加单跨的跨度，一种思路是在顶部用预应力斜拉索吊着，但预应力拉索需要占用很多空间（如CN106121116B-一种下凹型张弦梁施工方法，应用于屋盖会占用很多空间），且影响建筑外观，一些采用了预应力拉索的体育场，其拉索犹如蛛网一般。

以本发明涉及的施工项目为例，其中部开有一个跨度达62米的超大天窗。这个天窗要求是单跨，且外观要求高，顶部不能设置预应力斜拉索，以上各种支撑结构皆不可使用。

预应力拉索除了在顶棚上吊着，还可以在下方托着，也即所谓的“索托结构”。常见的索托结构有两类，一类是用柱子吊着一个索圈，待支撑的构件插在索圈里（徐国彬, 崔玲. 新式索托结构[J]. 空间结构, 2000, 6(1):8.），另一类是直接用索网托着钢结构。但这两类结构适用范围狭窄，不能用于本发明中涉及的使用场景。

发明内容

本发明提供一种索梁复合的大跨度索托拱壳及其施工方法。

解决的技术问题是：单跨透明顶棚难以做到大跨度，采用预应力斜拉索增大单跨的跨度又会影响外观。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种索梁复合的大跨度索托拱壳，包括沿拱壳一周设置并围合成环的外环梁、平行间隔设置在外环梁范围内的拱壳梁、以及垂直于拱壳梁并间隔设置在拱壳梁范围内的托梁索；所述拱壳梁以及托梁索围合成布满外环梁范围内的网格，拱壳梁以及托梁索的端部均与外环梁铰接连接；铰接轴垂直于拱壳梁或托梁索并水平设置；

所述拱壳梁为拱状，所述托梁索为反拱状，所述托梁索为预应力拉索，托梁索以穿透拱壳梁的形式托住拱壳梁，并在穿透拱壳梁的位置通过索夹与拱壳梁可拆卸地固定连接。

进一步，所述索托拱壳设置在桁架或网架结构的屋盖中部的天窗中，所述外环梁为天窗的边框，并与屋盖的其余部分通过连接弦杆连为一个整体的桁架或网架。

进一步，所述拱壳梁在被托梁索穿透的位置固定有用于夹持固定托梁索的索夹，所述索夹由上下两个长方体的金属块拼合而成，托梁索沿着位于金属块的拼合面位置的索孔穿透索夹，所述索孔被金属块的拼合面分成上下两部分，两个金属块通过竖直设置的螺栓连为一体并夹住托梁索，在螺栓拧紧后，索孔与托梁索过盈配合并使托梁索无法在索孔中滑动。