CN103233582B - 用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法 - Google Patents

Abstract

用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法，涉及建筑领域。针对自平衡预应力索杆网壳结构的成形方法，现有技术中未给出明确、可靠的成形方法，这严重阻碍了这种新型结构体系的应用和发展，进而本发明提供了一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法。技术要点：计算每根拉索的净下料长度、确定压杆的下料长度、确定网壳各成形阶段压杆的伸长方案、网壳结构的构件拼装、网壳结构的初步成形、网壳的最终成形；网壳结构中任意一根拉索i的下料长度计算式为：本发明方法解决了自平衡预应力索杆网壳结构的成形技术缺失的问题以及通过伸长杆件间接张拉预应力拉索，避免了拉索法实施困难的问题。

Description

用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形方法。

背景技术

自平衡预应力索杆柱面网壳结构是由柔性拉索和刚性压杆组成的空间钢结构，与普通的柱面网壳结构不同，这种结构的结构基本单元体是一种由柔性拉索和压杆组成的六面体(如图1所示)。结构的刚度是从拉索的张力中获得，结构在成形前处于松弛态，必须通过在结构的每根拉索中施加预应力才能成形，且结构的工作机理和特性依赖于自身的形状和预应力分布，因此网壳结构中拉索的张拉成形技术是自平衡预应力索杆网壳结构在工程应用中的关键技术。但是，目前关于这种结构的成形工艺和施工技术措施尚不明确，阻碍了这种新型结构体系的应用和发展。

通常，拉索法是预应力空间结构施工中通常采用的结构成形手段，然而将拉索法用在自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形过程中还存在较大的困难，主要的原因是自平衡预应力索杆柱面网壳结构构造特殊。在自平衡预应力索杆柱面网壳结构中拉索的根数众多，绝大多数拉索的设计预应力不同，张拉过程中各拉索索力相互影响大，拉索张拉控制应力确定困难，而且自平衡预应力索杆网壳结构的各个节点上关联的构件数量较多，难以为数量众多的拉索的张拉提供必要的作业空间和锚固空间，工程实施困难，结构成形质量难以保证。

本发明给出的通过伸长杆件长度实现自平衡预应力索杆网壳结构形的方法，解决了拉索张拉困难的问题，该方法实施中只需依照拉索的应力应变规律，预先计算出各根拉索的施工下料长度，在拉索无应力的状态下锚固各拉索，然后通过伸长压杆的办法间接地张拉各拉索至设计状态，即可实现自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形。这种成形方法原理清晰，无需复杂运算，而且成形过程安全、高效，不需要重型张拉设备，一般技术人员即可掌握。

发明内容

目前针对自平衡预应力索杆网壳结构的成形方法，现有技术中未给出明确、可靠的成形方法，这严重阻碍了这种新型结构体系的应用和发展，进而本发明提供了一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法。本发明针对自平衡预应力索杆网壳结构预应力的特点，采用伸长长度可调整压杆的办法，间接地张拉各拉索至设计状态，以实现自平衡预应力索杆网壳结构的成形。

本发明方法的基本原理是：网壳结构中相关联的压杆与拉索在空间变形上具有连续性和协调性，同时压杆和拉索在弹性变形阶段其应力应变关系满足虎克定律，因此可以通过施工技术上可行的伸长长度可调压杆的办法，间接地张拉各拉索至设计状态，以实现网壳结构的成形。用这种方法对自平衡预应力索杆网壳结构实施成形，能可靠地建立结构各个杆件的设计应力，较好地实现自平衡预应力索杆柱面网壳结构既定的几何形状和应力状态，而且方法涉及的原理清楚、计算过程简单，有良好的应用前景。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法，其实施步骤如下：

步骤一、计算每根拉索的净下料长度：

网壳结构中任意一根拉索i的下料长度计算式为：

式(1)中l_0i表示柱面网壳结构中任意拉索i的净下料长度；l_di表示柱面网壳结构中任意拉索i的净设计长度；σ_pei是拉索i的设计预应力；E_ps是拉索的弹性模量；a₁、a₂是考虑拉索两锚固端锚具在拉索张拉时产生的回缩值，需根据拉索锚具的特点取1～2mm，必要时可按实测值取用；计算式(1)中的1.05是考虑拉索松弛的超张拉系数；

步骤二、确定压杆的下料长度：

网壳结构中任意一根压杆k的下料长度计算式为：L_0k＝L_dk-ΔL_k    (2)

式(2)中L_0k表示的是压杆的下料长度；L_dk表示的是由网壳结构的设计图纸确定的压杆的设计长度；ΔL_k表示的是为实现网壳成形需对压杆实施的总伸长量，ΔL_k需满足ΔL_k≥ΔL_dk的条件，其中ΔL_dk表示压杆k的理论伸长量，由与拉杆k相连的所有拉索的伸长量确定。ΔL_dk的计算式为： $\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{dk}}=\mathrm{MAX}\left(\frac{l_{\mathrm{dj}}-l_{0j}}{2\cos {\mathrm{\θ}}_j}\right)---\left(3\right)$

式(3)中的l_0j和l_dj是指与压杆k相连的任一拉索j的净下料长度和净设计长度，其中的MAX(·)是最大值函数；θ_j是设计图中的压杆k与拉索j的空间夹角；

步骤三、确定网壳各成形阶段压杆的伸长方案：

网壳的成形是组成网壳结构的各结构基本单元体按一定顺序逐批成形的过程，结构成形时，需根据柱面网壳结构的空间形状及结构基本单元体的空间分布规律指定压杆的伸长作业顺序；

各成形阶段压杆的控制伸长量的确定方法：在网壳结构的初步成形阶段，各压杆的控制伸长量控制在(0.5～0.6)ΔL_k；在网壳结构的最终成形阶段，各压杆的伸长量取总伸长量ΔL_k；

步骤四、网壳结构的构件拼装。布设脚手架及脚手板，脚手板上设置临时垫块或临时支架，确保网架在成形前各下弦节点不悬空。在脚手架的作业平台上完成网架结构的安装，应先将所有的压杆安装就位，然后将所有的拉索安装就位并可靠锚固；

步骤五、网壳结构的初步成形。依据步骤三确定的压杆的伸长方案，伸长结构中的各压杆至控制伸长量，结构中的拉索被初步张紧；

步骤六、网壳的最终成形。依据步骤三确定的压杆的伸长方案，将所有压杆伸长至设计长度，网壳结构的应力状态和空间形态均达到既定的成形状态。

其中，长度可调的压杆是一种加装了调节压杆长度的钢质套件的压杆，为实现本发明所述的结构成形方法，网壳结构中的每根压杆均需加装这种钢质套件。其构造如图3所示，钢质套件由连接杆、封板、垫管三部分组成；其中，连接杆通过封板与压杆焊接，连接杆与压杆的轴线重合，连接杆连接的上、下两截压杆能沿压杆的轴线方向滑动；垫管由左、右两半圆形管壳组成，用来固定压杆伸长状态，垫管的外径尺寸与压杆的外径尺寸相同，垫管的内径尺寸与连接杆的外径尺寸相同，垫管可方便地安装和拆除，安装时将两半管壳扣在杆的外侧，通过螺栓将将垫管临时固定在上、下两截压杆之间，需永久固定时也可将垫管与压杆焊接在一起；钢质套件与受压杆件的钢材牌号相同。

其中，压杆的伸长作业是指通过张顶器具顶升长度可调压杆两端的节点构件，从而带动压杆伸长，压杆伸长至控制长度后用垫管固定压杆伸长量的过程。其实施过程为：将顶升器安装在待伸长的压杆上，通过调节旋转螺母使螺母与螺杆5的头部间的距离变短。撑杆角度α变小，压杆被推长。压杆的推升长度大于钢质垫管的尺寸时，将垫管4箍在连接杆2上，垫管与压杆临时或永久固定后拆除张顶器具。

其中，步骤一或步骤二中所述的净下料长度是指拉索安装后连接拉索的两个球形节点外边缘之间的拉索长度；净设计长度是指由设计图纸确定的连接拉索的两个球形节点外边缘之间的拉索长度。

其中，压杆的伸长作业是以网壳结构的基本单元体作为基本的作业单位，各作业单位间的作业顺序自网壳结构顶部的中心处的结构基本单元体开始，然后依次向网壳结构的边界方向分批逐次地开展，应选取与已成形的结构单元体毗邻的两个或四个结构的基本单元体作为一个批次的成形作业，同批的作业单位的成形需同步完成。

所述预应力柱面索杆网壳结构成形方法的实施需要在柱面网壳结构的所有压杆上加装一种用于调节压杆长度的钢质套件，钢质套件由连接杆、封板、垫管三部分组成；其中，连接杆通过封板与压杆焊接，连接杆与压杆的轴线重合，连接杆连接的上、下两截压杆能沿压杆的轴线方向滑动；垫管由左、右两半圆形管壳组成，用来固定压杆伸长状态，垫管的外径尺寸与压杆的外径尺寸相同，垫管的内径尺寸与连接杆的外径尺寸相同，垫管可方便地安装和拆除，安装时将两半管壳扣在杆的外侧，通过螺栓将垫管临时固定在上、下两截压杆之间，需永久固定时也可将垫管与压杆焊接在一起；钢质套件与受压杆件(压杆1)的钢材牌号相同。

所述预应力柱面索杆网壳结构成形的方法在步骤三中所述的压杆的伸长作业是指通过张顶器具顶升长度可调压杆两端的节点构件，从而带动压杆伸长，压杆伸长至控制长度后用垫管固定压杆伸长量的过程。

所述预应力柱面索杆网壳结构成形的方法在步骤三中所述的压杆的伸长作业是以网壳结构的基本单元体作为基本的作业单位，各作业单位间的作业顺序自网壳结构顶部的中心处的结构基本单元体开始，然后依次向网壳结构的边界方向分批逐次地开展，应选取与已成形的结构单元体毗邻的两个或四个结构的基本单元体作为一个批次的成形作业，同批的作业单位的成形需同步完成。

本发明的有益效果是：

本发明对现有技术的贡献主要体现在下几个方面：

1)给出一种用于自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形方法。解决了自平衡预应力索杆网壳结构的成形技术缺失的问题。

2)通过伸长杆件间接张拉预应力拉索，避免了拉索法实施困难的问题，由于不需要拉索张拉工艺的设计，在设计时可大幅减小上、下弦节点构件的尺寸，节省了工程造价。

3)不涉及高深计算分析理论，一般工程人员即可掌握实施，方法实施简便，仅需轻型设备即可实现拉索中的较高预应力，经济性好、可靠性高。

附图说明

图1是结构成形过程的示意，其中：A表示网壳中任意结构基本单元体在构件拼装阶段的状态(图中弯曲的线表示拉索)，B表示网壳成形后各个构件的状态，C为柱面网壳结构的整体结构，图中的圆圈代表结构中任意结构基本单元体的放大显示；

图2是为实现本成形方法而采用的长度可调的压杆，其中：压杆1、连接杆2、封板3、垫管4；

图3是用于压杆伸长作业的张顶器示意图，其中：压杆1、连接杆2、封板3、垫管4、螺杆5、用以张紧螺杆的零件6(B表示的是零件6的平面图，即左视图)、张顶器与网壳节点接触的零件7(A表示的是零件7的平面图，即俯视图)、网壳结构的球形节点8；

图4是一座由二十一个结构基本单元体组成的柱面网壳结构的立面图和平面图，其中平面图中的①、②、③、④、⑤、⑥、⑦表示的是网壳按结构基本单元体划分的杆件伸长的作业批次；

图5是一座由二十八个结构基本单元体组成的柱面网壳结构的立面图和平面图，其中平面图中的①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧表示的是结构按结构基本单元体划分的杆件伸长的作业批次；

图6是由十五个结构基本单元体组成的柱面网壳结构柱面网壳结构，其中A是试验网壳结构的轴侧图；B是试验网壳结构的立面图；C是试验网壳结构的平面图，平面图中的①、②、③、④、⑤表示的是结构按结构基本单元体划分的杆件伸长的作业批次。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～图5，本实施方式所述的用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、计算每根拉索的净下料长度：

网壳结构中任意一根拉索i的下料长度计算式为：

式(1)中l_0i表示柱面网壳结构中任意拉索i的净下料长度，净下料长度是拉索安装后连接拉索的两个球形节点外边缘之间的拉索长度；l_di表示柱面网壳结构中任意拉索i的净设计长度，净设计长度是指由设计图纸决定的连接拉索的两个球形节点外边缘之间的拉索长度；σ_pei是拉索i的设计预应力；E_ps是拉索的弹性模量；a₁、a₂是考虑拉索两锚固端锚具在拉索张拉时产生的回缩值，需根据拉索锚具的特点取1～2mm，必要时可按实测值取用；计算式(1)中的1.05是考虑拉索松弛的超张拉系数。

步骤二、确定压杆的下料长度：

网壳结构中任意一根压杆k的下料长度计算式为：L_0k＝L_dk-ΔL_k    (2)

式(2)中L_0k表示的是压杆的下料长度；L_dk表示的是压杆的设计长度，压杆的设计长度由网壳结构的设计图纸确定；ΔL_k表示的是为实现网壳成形需对压杆实施的总伸长量，ΔL_k需满足ΔL_k≥ΔL_dk的条件，其中ΔL_dk表示压杆k的理论伸长量，由与拉杆k相连的所有拉索的伸长量确定。ΔL_dk的计算式为：

式(3)中的l_0j和l_dj是指与压杆k相连的任一拉索j的净下料长度和净设计长度，其中的MAX(·)是最大值函数；θ_j是设计图中的压杆k与拉索j的空间夹角。

步骤三、确定网壳各成形阶段压杆的伸长方案：结构成形时，需根据柱面网壳结构的空间形状及结构基本单元体的空间分布规律指定压杆的伸长作业顺序，应以网壳结构的基本单元体内所有压杆的伸长作为网壳成形过程中的一个基本的作业单位，各作业单位间的作业顺序应自网壳结构顶部的中心处的结构基本单元体开始，然后依次向网壳结构的边界方向分批逐次地开展。应选取与已成形的结构单元体毗邻的两个或四个结构的基本单元体作为一个批次的成形作业，对于图4所示网壳，按照上述原则各作业单位间的作业顺序是①→②→③→④→⑤→⑥→⑦，同批次的作业单位的杆件伸长作业需同步完成。

网壳结构的初步成形阶段各压杆的伸长量控制在(0.5～0.6)ΔL_k。网壳结构的最终成形阶段各压杆的伸长量取总伸长量ΔL_k。

步骤四、网壳结构的构件拼装：布设脚手架及脚手板，脚手板上设置临时垫块或临时支架，确保网架在成形前各下弦节点不悬空。在脚手架的作业平台上完成网架结构的安装，应先将所有的压杆安装就位，然后将所有的拉索安装就位并可靠锚固。

步骤五、网壳结构的初步成形：依据步骤三确定的压杆的伸长方案，伸长结构中的各压杆至控制伸长量，结构中的拉索被初步张紧。

步骤六、网壳的最终成形：按照图4中①→②→③→④→⑤→⑥→⑦的作业顺序，依次将序号相同的各结构基本单元体的杆件伸长至设计长度，网壳结构的应力状态和空间形态均达到设计的成形状态。

其中，长度可调的压杆是一种加装了调节压杆长度的钢质套件的受压杆，为实现本发明所述的结构成形方法，网壳结构中的每根压杆均需加装这种钢质套件。其构造如图3所示，钢质套件由连接杆2、封板3、垫管4三部分组成；其中，杆件2通过封板3与压杆1焊接，连接杆2与压杆1的轴线重合，连接杆2连接的上、下两截压杆1能沿压杆的轴线方向滑动；垫管4由左、右两半圆形管壳组成，用来固定压杆1伸长状态，垫管4的外径尺寸与压杆1的外径尺寸相同，垫管4的内径尺寸与连接杆2的外径尺寸相同，垫管4可方便地安装和拆除，安装时将两半管壳扣在杆2的外侧，通过螺栓将将垫管4临时固定在上、下两截压杆1之间，需永久固定时也可将垫管4与压杆1焊接在一起。管状套件与受压杆件的钢材牌号相同。

所述的柱面网壳结构的基本单元体是指形成柱面网壳结构空间形状的拓扑几何体，基本单元体是一种由柔性拉索、压杆及节点构件组成的六面体，如图1所示，

在步骤三中，所述的压杆的伸长作业是指通过张顶器具顶升长度可调压杆两端的节点构件，从而带动杆件伸长的过程，其实施过程为：将顶升器安装在待伸长的压杆上，通过调节旋转螺母使螺母与螺杆5的头部间的距离变短。撑杆角度α变小，压杆被推长。压杆的推升长度以能安装钢质垫管为准。然后将垫管3箍在连接杆2上，垫管与压杆临时或永久固定后拆除张顶器具。

具体实施方式二：在步骤三中，压杆的伸长作业中将顶升器安装在待伸长的压杆上，通过顶推式千斤顶拉伸螺杆使撑杆角度α变小，压杆被推长。将垫管4固定在连接杆2上，垫管与压杆临时或永久固定后拆除张顶器具。其它的实施方式与实施方式一相同。

具体实施方式三：在步骤三确定杆件伸长方案中，按照作业单位间的作业顺序应自网壳结构顶部的中心处的结构基本单元体开始，然后依次向网壳结构的边界方向分批逐次地开展。应选取与已成形的结构单元体毗邻的两个或四个结构的基本单元体作为一个批次的成形作业的原则，对于图5所示网壳，按照上述原则各作业单位间的作业顺序是①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧，同批次的作业单位的杆件伸长作业需同步完成。依此原则实施步骤四、五。其它的实施方式与实施方式一相同。

本发明方法有效性的试验验证

试验对象：一座由十五个结构基本单元体组成的空间柱面网壳结构，如图6所示，网架结构共有压杆100根，拉索120根。结构在空间上具有X向和Y向两个对称轴，对称轴的交点通过网壳的顶点。柱面网壳结构的成形按照以下步骤实现：

步骤一、计算每根拉索的下料长度。依据本发明公布的计算方法，单根拉杆的下料长度为例如，图6结构基本单元体①中的编号为S12的拉索的设计应力为1123N/mm²，其设计长度l_dS12＝1556mm，可算得下料长度：

$l_{0S12}=\frac{l_{\mathrm{dS}12}}{1+1.05\×{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pe}}/E_{\mathrm{ps}}}-a_1-a_2=\frac{1556}{1+1.05\×1123/1.9\×{10}^5}-2-2=1542.40\mathrm{mm},$ 即最终的下料长度为1542.40mm。

步骤二、确定压杆的下料长度。

由柱面网壳结构设计图纸查得各压杆的设计长度，例如，试验结构中与拉索S12相连的编号为A11的压杆在节点外径间的设计长度是1320mm，编号A11的压杆与编号S12的拉索的空间夹角约为67.33度，由式(3)即可得出对应于S12号拉索的张拉要求，A11号压杆的理论伸长量为：结构基本单元体①中与压杆A11相连的拉索压杆共3根，这些拉索需求的A11号压杆的理论伸长量的计算值分别17.64mm、15.71mm、5.59mm，取其大值即是A11号压杆理论伸长量ΔL_dA11＝MAX(17.64，15.71，5.59)＝17.64mm，对于A11号压杆的实际伸长在满足安装工艺的要求的前提下只要大于17.64mm即可。综合考虑网架拼装作业的需求，最后确定这根压杆的总伸长量ΔL_k取值20mm。

依据上面所述的方法，最终确定所有压杆的总伸长量分为20mm和30mm两种。

步骤三、确定网壳各成形阶段压杆的伸长方案。试验网壳共有21个结构基本单元体，将其分为五个批次，依次对每个批次的结构基本单元体实施压杆伸长的作业，作业的顺序是①→②→③→④→⑤。

杆件的伸长分两个阶段完成，在初步成形阶段各压杆的伸长量控制在0.5ΔL_k，对于①→②→③这三个批次时每根压杆的伸长量是0.5×20＝10mm；对于④→⑤这两个批次时，每根压杆的伸长量是0.5×30＝15mm。

网壳结构的最终成形阶段，对于①→②→③这三个批次时每根压杆的总伸长量是20mm(包括初次成形时压杆已完成的伸长量10mm)；对于④→⑤这两个批次时，每根压杆的伸长量是30mm(包括初次成形时压杆已完成的伸长量15mm)。

步骤四、网壳结构的构件拼装。应先将所有的压杆安装就位至相关节点构件上，然后将所有的拉索安装就位并可靠锚固。安装时通过布设临时支架，确保网架在成形前各下弦节点不悬空。

步骤五、网壳结构的初步成形。依据步骤三确定的压杆的伸长方案，即①→②→③→④→⑤的顺序，分五个批次进行结构的成形作业。具体而言，首先完成网壳中心处编号为①的一个结构基本单元体的杆件伸长；然后，同步完成与①号结构单元体毗邻的编号为②的四个结构基本单元体的杆件伸长作业；再次，同步完成与②号结构单元体毗邻的编号为③的四个结构基本单元体的杆件伸长作业；再次，同步完成与②号结构单元体毗邻的编号为④的两个结构基本单元体的杆件伸长作业；最后，同步完成与④号结构单元体毗邻的编号为⑤的四个结构基本单元体的杆件伸长作业。当所有压杆完成此阶段的控制伸长量10mm或15mm后，网壳结构实现初步张紧，具备了一定的刚度。

步骤六、网壳的最终成形。重复步骤五的压杆伸长的作业过程，依次将网壳中的压杆伸长量加至20mm或30mm，当所有压杆完成此阶段的伸长作业后，所有压杆和拉索均达到设计长度，网壳结构实现成形，结构达到设计的状态。

验证效果如下：

整个网壳结构的成形过程未应用千斤顶对拉索实施张拉，仅使用了扳手等简单手动工具即完成了相关的成形工作。

结构成形效果良好，成形后实测的拉索应力与设计的拉索应力的相对误差在2.5％以内。

表一、表二、表三中列举了试验网壳结构顶部中心区域的标识为①的基本单元体的实测结果。

表1柱面网壳1#基本单元体压杆下料长度

表2柱面网壳1#基本单元体压杆下料长度

表3柱面网壳成形后1#基本单元体实际应力与设计应力的对比

Claims (5)

1.一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、计算每根拉索的净下料长度：

网壳结构中任意一根拉索i的下料长度计算式为：

$l_{0i}=\frac{l_{\mathrm{di}}}{1+1.05\×{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pei}}/E_{\mathrm{ps}}}-a_1-a_2---\left(1\right)$

式(1)中l_0i表示柱面网壳结构中任意拉索i的净下料长度；l_di表示柱面网壳结构中任意拉索i的净设计长度；σ_pei是拉索i的设计预应力；E_ps是拉索的弹性模量；a₁、a₂是考虑拉索两锚固端锚具在拉索张拉时产生的回缩值；计算式(1)中的1.05是考虑拉索松弛的超张拉系数；

步骤二、确定压杆的下料长度：

网壳结构中任意一根压杆k的下料长度计算式为：L_0k＝L_dk-ΔL_k     (2)

式(2)中L_0k表示的是压杆的下料长度；L_dk表示的是由网壳结构的设计图纸确定的压杆的设计长度；ΔL_k表示的是为实现网壳成形需对压杆实施的总伸长量，ΔL_k需满足ΔL_k≥ΔL_dk的条件，其中ΔL_dk表示压杆k的理论伸长量，由与拉杆k相连的所有拉索的伸长量确定；ΔL_dk的计算式为： ${\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{dk}}=\mathrm{MAX}\left(\frac{l_{\mathrm{dj}}-l_{0j}}{2\cos {\mathrm{\θ}}_j}\right)---\left(3\right)$

式(3)中的l_0j和l_dj是指与压杆k相连的任一拉索j的净下料长度和净设计长度，其中的MAX(·)是最大值函数；θ_j是设计图中的压杆k与拉索j的空间夹角；

步骤三、确定网壳各成形阶段压杆的伸长方案：

网壳的成形是组成网壳结构的各结构基本单元体按一定顺序逐批成形的过程，结构成形时，需根据柱面网壳结构的空间形状及结构基本单元体的空间分布规律指定压杆的伸长作业顺序；

各成形阶段压杆的控制伸长量的确定方法：在网壳结构的初步成形阶段，各压杆的控制伸长量控制在(0.5～0.6)ΔL_k；在网壳结构的最终成形阶段，各压杆的伸长量取总伸长量ΔL_k；

步骤四、网壳结构的构件拼装：布设脚手架及脚手板，脚手板上设置临时垫块或临时支架，确保网架在成形前各下弦节点不悬空；在脚手架的作业平台上完成网架结构的安装，先将所有的压杆安装就位，然后将所有的拉索安装就位并可靠锚固；

步骤五、网壳结构的初步成形：依据步骤三确定的压杆的伸长方案，伸长结构中的各压杆至控制伸长量，结构中的拉索被初步张紧；

步骤六、网壳的最终成形：依据步骤三确定的压杆的伸长方案，将所有压杆伸长至设计长度，网壳结构的应力状态和空间形态均达到既定的成形状态。

2.根据权利要求1所述的用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法，其特征在于：所述方法的实施需要在柱面网壳结构的所有压杆上加装一种用于调节压杆长度的钢质套件，钢质套件由连接杆(2)、封板(3)、垫管(4)三部分组成；其中，连接杆(2)通过封板(3)与压杆(1)焊接，连接杆(2)与压杆(1)的轴线重合，连接杆(2)连接的上、下两截压杆(1)能沿压杆的轴线方向滑动；垫管(4)由左、右两半圆形管壳组成，用来固定压杆(1)伸长状态，垫管(4)的外径尺寸与压杆(1)的外径尺寸相同，垫管(4)的内径尺寸与连接杆(2)的外径尺寸相同，垫管(4)可方便地安装和拆除，安装时将两半管壳扣在连接杆(2)的外侧，通过螺栓将垫管(4)临时固定在上、下两截压杆(1)之间或将垫管(4)与压杆(1)焊接在一起；钢质套件与受压杆件的钢材牌号相同。

3.根据权利要求1所述的用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法；其特征在于：在步骤三中所述的压杆的伸长作业是指通过张顶器具顶升长度可调压杆两端的节点构件，从而带动压杆伸长，压杆伸长至控制长度后用垫管固定压杆伸长量的过程。

4.根据权利要求1所述的用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法；其特征在于：在步骤三中所述的压杆的伸长作业是以网壳结构的基本单元体作为基本的作业单位，各作业单位间的作业顺序自网壳结构顶部的中心处的结构基本单元体开始，然后依次向网壳结构的边界方向分批逐次地开展，选取与已成形的结构单元体毗邻的两个或四个结构的基本单元体作为一个批次的成形作业，同批的作业单位的成形要同步完成。

5.根据权利要求1所述的用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法；其特征在于：步骤一中所述回缩值根据拉索锚具的特点取1～2mm或可按实测值取用。