CN104110086A - 弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合结构，尤其涉及一种弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法，应用于建筑预应力钢结构领域。网壳的两侧端分别设有拉索机构。按以下步骤进行：节点形式的分析→网壳与平面预应力组合结构的张拉方法。弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法结构紧凑，提高施工精度，提升施工工效，其稳定性和受力性能良好。

Description

弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法

技术领域

   本发明涉及一种组合结构，尤其涉及一种弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法，应用于建筑预应力钢结构领域。

背景技术

随着建筑技术快速发展，大跨度大空间建筑需求日益增加，建筑功能和类型多样化要求日益强烈。

 发明内容

   本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，弦支穹顶结构是一种将刚性的单层网壳和柔性索杆体系组合在一起的新型杂交预应力空间结构，适应空间结构大跨度、轻型、受力合理、简洁的发展趋势，它一方面改善了上部单层网壳结构的整体稳定性，使结构能跨越更大的空间；另一方面，弦支网壳结构具有一定初始刚度，其设计、施工成形以及节点构造与索穹顶等完全柔性结构相比得到了较大的简化，而弦支穹顶与平面预应力组合结构是一种新型的弦支网壳结构形式，除具弦支穹顶结构的优点外，还解决了单层网壳由于矢高较低时对网壳周边桁架产生较大的推力及对结构支座产生较大的水平位移，从而优化了内力分布，增加结构刚度，节省用钢量的弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法。

   本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：    

  一种弦支穹顶与平面预应力组合结构，包括网壳，所述的网壳的两侧端分别设有拉索机构，所述的拉索机构包括二根弦支拉索和一根水平拉索，二根弦支拉索的一端分别通过第一节点与网壳的中端相定位，二根弦支拉索的另一端分别通过第四节点与网壳的底端相定位，所述的弦支拉索与网壳间通过撑杆相定位，所述的撑杆与网壳通过第二节点相定位，所述的撑杆与弦支拉索通过第三节点相定位，所述的水平拉索的两侧端分别通过第四节点与网壳的底端相定位，所述的水平拉索与弦支拉索间通过吊索相定位。

  作为优选，所述的第二节点包括内半球、外半球和十字劲板，所述的内半球外设有外半球，所述的内半球和外半球通过十字劲板相固定，所述的十字劲板的上部与网壳相固定，所述的十字劲板的底部与撑杆的上部相固定；

所述的第三节点包括上铸钢索半球和下铸钢索半球，上铸钢索半球和下铸钢索半球相互拼接固定，所述的上铸钢索半球和下铸钢索半球中设有索道孔，所述的弦支拉索与索道孔相穿接，所述的上铸钢索半球的上部与撑杆的底部相固定；

所述的第四节点包括与网壳底端相固定的固定座，所述的固定座上设有半球撑座，所述的半球撑座上设有大耳板，所述的大耳板的两侧端分别设有与半球撑座相匹配定位的支座焊接半球，所述的大耳板外端的上端设有与弦支拉索一端相拉紧的弦支拉索耳板，所述的大耳板外端的下端设有与水平拉索相拉索紧的水平拉索耳板；

所述的第一节点包括与网壳相固定的焊接球，所述的焊接球中设有与焊接球相固定的连接耳板，所述的连接耳板与弦支拉索的另一端相拉紧。

作为优选，所述的撑杆包括左撑杆和右撑杆，所述的左撑杆与右撑杆呈间隔状分布，所述的吊索的上端与右撑杆相对接定位。

弦支穹顶与平面预应力组合结构的张拉工装，其特征在于：所述的张拉工装包括工装、反力扁担和千斤顶，所述的工装设在水平拉索与水平拉索耳板间，所述的反力扁担设在工装的左端，所述的反力扁担的上端和下端中分别设有拉杆，所述的拉杆通过设在工装另一端的千斤顶相拉紧，所述的拉杆的外端设有锚具。 

弦支穹顶与平面预应力组合结构的施工方法，其特征在于按以下步骤进行：

（一）、节点形式的分析：

a.网壳与弦支拉索间采用撑杆连接，撑杆与弦支拉索采用铸钢索球进行连接；撑杆上端连接节点是采用球铰节点，球铰节点是由内、外两个焊接半球通过十字劲板与网壳进行焊接固定，焊接半球与撑杆则由大六角高强螺栓进行连接固定；

撑杆下端与弦支拉索连接节点是采用铸钢索球，为上、下两个铸钢索半球，并在上、下两个铸钢索半球中间开设索道孔，当弦支拉索穿入索道孔时，通过从下端紧固铸钢索半球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内，达到弦支拉索紧固并和撑杆有效连接的目的；

b.弦支拉索与水平拉索处节点:弦支拉索下端和水平拉索与半球撑座相连，半球撑座设在大耳板两侧并对称布置，在大耳板的端部根据弦支拉索与水平拉索之间的角度开孔，弦支拉索耳板二块与水平拉索耳板二块分别焊接于大耳板孔的两侧并对称布置；

弦支拉索上部节点采用连接耳板与焊接球连接，连接耳板根据弦支拉索与焊接球之间的角度进行焊接；

c.张拉工装节点：采用了专门的张弦桁架叉耳式热铸锚双千斤顶的张拉工装，即由千斤顶、锚具、工装、拉杆、反力扁担组成，水平拉索张拉过程中一台油泵带两个千斤顶同时工作；

（二）、网壳与平面预应力组合结构的张拉方法：

a. 撑杆安装：

将与撑杆连接的上半个铸钢索球焊接于撑杆的下端，并将撑杆件采用内、外焊接半球加十字劲板与网壳采取焊接固定；

b. 放索：

在开盘拉索展开过程中外包的防护层不除去，仅剥去索夹处的防护，在牵引索安装索球张拉索的各道工序中，均注意避免碰伤、刮伤索体；

c．安装预应力索：

采用牵引千斤顶在网壳两端将水平拉索提升，当水平拉索提升到索预备精确标志与撑杆中上半铸钢索球的上索道凹槽下端10～10mm时，将一端拉索的索头就位，开动水平拉索的另一端的油泵，从索头一端到另一端逐个将索预备精确标志外从下往上嵌入撑杆底部的上半球的上索道凹槽内，并将下半铸钢索球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内固定并定位，将另一端索头就位；

d.预应力拉索张拉：

从中间榀向两侧对称安装弦支穹顶单层网壳结构，水平拉索和弦支拉索滞后网壳安装2榀进行张拉；

张拉端设置：水平拉索张拉时采用单侧张拉，一侧为主动张拉端，另一侧为被动张拉端；弦支拉索张拉时采用单侧张拉，下部为主动张拉端，上部为被动张拉端；

预应力拉索张拉：每根拉索按照三级加载方式加压，油泵启动供油正常后，开始加压：第一级张拉至控制值的30%，第二级张拉至控制值的70%，第三级张拉至控制值的105%，105%中的5%为超张拉；

然后停止加压，完成预应力拉索张拉；

每级加载间隔5分钟；

张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

其拉索体系分水平拉索、吊索和弦支拉索，其中水平拉索位于单层网壳下部，与支座相连，网壳与弦支拉索间采用撑杆连接，通过在张拉水平拉索可产生有利的预应力和反向变形，减小支座推力、支座水平位移和跨中挠度，从而优化内力分布，增加结构刚度，节省用钢量；

另外每根水平拉索设二道吊索，用于控制水平拉索形态，弦支拉索位于单层网壳两侧，增强网壳稳定性，增加结构刚度。这样的布置使构件受力更加合理，体系更加简洁、造型更加美观。无论从结构的外形还是节约钢材上说，该新型结构都是体育场馆钢结构工程的一个上佳选择。

发明的效果和优点：

1、施工精度高。本发明专利由于采用了弦支穹顶与平面预应力组合结构采用了撑杆上端连接节点紧固装置、撑杆下端连接节点紧固装置及弦支拉索与水平拉索连接节点紧固装置，可以更加简单、准确、有效的进行各节点的紧固，使在索受力后各紧固装置仍能夹紧连续索，不移位，并能防止拉索的偏心，减少张拉力的损失，不会对拉索产生影响，而且美观、防腐效果良好。且其承载力高，能有效防止在弦支拉索、水平拉索张拉时对紧固件的局部破坏，防止紧固件受力屈曲。因此保证了拉索，竖向撑杆等的预应力精度。

2、施工工效高。弦支穹顶与平面预应力组合结构采用分阶段、分批次、分级对称张拉方法施工速度快，方法简单易行，成效明显。

3、施工成本低。采用的预应力施工方法所用的设备简单而施工精度高，可避免反复调整索力的时间、人力物力等资源，且采取分阶段分批次张拉，避免同时使用大量的张拉设备和人力，因此施工成本大幅度降低。

4、结构使用安全。由于每榀桁架结构中索为一连续索，使结构在处于半跨荷载、动荷载等任何不利荷载工况下，结构能瞬时做出变形反应，保持索中拉力均匀相等，同时使结构的拉杆保持受拉状态，避免拉索，拉杆退出工作的情况。结构效率的提高增加了结构的安全性。

因此，本发明的弦支穹顶与平面预应力组合结构、张拉工装及施工方法，结构紧凑，提高施工精度，提升施工工效，其稳定性和受力性能良好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中第二节点的结构示意图；

图3是本发明中第三节点的结构示意图；

图4是本发明中第四节点的结构示意图；

图5是本发明中第一节点的结构示意图；

图6是本发明中张拉工装的结构示意图；

图7是本发明中拉索张拉顺序的结构示意图；

图8是本发明中张拉端的结构示意图。

附图标记说明：图8中A端为被动张拉端，B端为主动张拉端。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

  实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，一种弦支穹顶与平面预应力组合结构，包括网壳1，所述的网壳1的两侧端分别设有拉索机构，所述的拉索机构包括二根弦支拉索2和一根水平拉索3，二根弦支拉索2的一端分别通过第一节点4与网壳1的中端相定位，二根弦支拉索2的另一端分别通过第四节点5与网壳1的底端相定位，所述的弦支拉索2与网壳1间通过撑杆6相定位，所述的撑杆6与网壳1通过第二节点7相定位，所述的撑杆6与弦支拉索2通过第三节点8相定位，所述的水平拉索3的两侧端分别通过第四节点5与网壳1的底端相定位，所述的水平拉索3与弦支拉索2间通过吊索9相定位。

  所述的第二节点7包括内半球10、外半球11和十字劲板12，所述的内半球10外设有外半球11，所述的内半球10和外半球11通过十字劲板12相固定，所述的十字劲板12的上部与网壳1相固定，所述的十字劲板12的底部与撑杆6的上部相固定；

所述的第三节点8包括上铸钢索半球13和下铸钢索半球14，上铸钢索半球13和下铸钢索半球14相互拼接固定，所述的上铸钢索半球13和下铸钢索半球14中设有索道孔15，所述的弦支拉索2与索道孔15相穿接，所述的上铸钢索半球13的上部与撑杆6的底部相固定；

所述的第四节点5包括与网壳1底端相固定的固定座16，所述的固定座16上设有半球撑座17，所述的半球撑座17上设有大耳板18，所述的大耳板18的两侧端分别设有与半球撑座17相匹配定位的支座焊接半球19，所述的大耳板18外端的上端设有与弦支拉索2一端相拉紧的弦支拉索耳板20，所述的大耳板18外端的下端设有与水平拉索3相拉索紧的水平拉索耳板21；

所述的第一节点4包括与网壳1相固定的焊接球22，所述的焊接球22中设有与焊接球22相固定的连接耳板23，所述的连接耳板23与弦支拉索2的另一端相拉紧。

所述的撑杆6包括左撑杆24和右撑杆25，所述的左撑杆24与右撑杆25呈间隔状分布，所述的吊索9的上端与右撑杆25相对接定位。

弦支穹顶与平面预应力组合结构的张拉工装，所述的张拉工装包括工装26、反力扁担27和千斤顶28，所述的工装26设在水平拉索3与水平拉索耳板21间，所述的反力扁担27设在工装26的左端，所述的反力扁担27的上端和下端中分别设有拉杆29，所述的拉杆29通过设在工装26另一端的千斤顶28相拉紧，所述的拉杆29的外端设有锚具30。 

弦支穹顶与平面预应力组合结构的施工方法，按以下步骤进行：

（一）、节点形式的分析：

a.网壳与弦支拉索间采用撑杆连接，撑杆与弦支拉索采用铸钢索球进行连接；撑杆上端连接节点是采用球铰节点，球铰节点是由内、外两个焊接半球通过十字劲板与网壳进行焊接固定，焊接半球与撑杆则由大六角高强螺栓进行连接固定；

撑杆下端与弦支拉索连接节点是采用铸钢索球，为上、下两个铸钢索半球，并在上、下两个铸钢索半球中间开设索道孔，当弦支拉索穿入索道孔时，通过从下端紧固铸钢索半球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内，达到弦支拉索紧固并和撑杆有效连接的目的；

b.弦支拉索与水平拉索处节点:弦支拉索下端和水平拉索与半球撑座相连，半球撑座设在大耳板两侧并对称布置，在大耳板的端部根据弦支拉索与水平拉索之间的角度开孔，弦支拉索耳板二块与水平拉索耳板二块分别焊接于大耳板孔的两侧并对称布置；

弦支拉索上部节点采用连接耳板与焊接球连接，连接耳板根据弦支拉索与焊接球之间的角度进行焊接；

c.张拉工装节点：采用了专门的张弦桁架叉耳式热铸锚双千斤顶的张拉工装，即由千斤顶、锚具、工装、拉杆、反力扁担组成，水平拉索张拉过程中一台油泵带两个千斤顶同时工作；

（二）、网壳与平面预应力组合结构的张拉方法：

a. 撑杆安装：

将与撑杆连接的上半个铸钢索球焊接于撑杆的下端，并将撑杆件采用内、外焊接半球加十字劲板与网壳采取焊接固定；

b. 放索：

在开盘拉索展开过程中外包的防护层不除去，仅剥去索夹处的防护，在牵引索安装索球张拉索的各道工序中，均注意避免碰伤、刮伤索体；

c．安装预应力索：

采用牵引千斤顶在网壳两端将水平拉索提升，当水平拉索提升到索预备精确标志与撑杆中上半铸钢索球的上索道凹槽下端10～10mm时，将一端拉索的索头就位，开动水平拉索的另一端的油泵，从索头一端到另一端逐个将索预备精确标志外从下往上嵌入撑杆底部的上半球的上索道凹槽内，并将下半铸钢索球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内固定并定位，将另一端索头就位；

d.预应力拉索张拉：

从中间榀向两侧对称安装弦支穹顶单层网壳结构，水平拉索和弦支拉索滞后网壳安装2榀进行张拉；

张拉端设置：水平拉索张拉时采用单侧张拉，一侧为主动张拉端，另一侧为被动张拉端；弦支拉索张拉时采用单侧张拉，下部为主动张拉端，上部为被动张拉端；

预应力拉索张拉：每根拉索按照三级加载方式加压，油泵启动供油正常后，开始加压：第一级张拉至控制值的30%，第二级张拉至控制值的70%，第三级张拉至控制值的105%，105%中的5%为超张拉；

然后停止加压，完成预应力拉索张拉；

每级加载间隔5分钟；

张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

Claims (5)

1.一种弦支穹顶与平面预应力组合结构，其特征在于：包括网壳（1），所述的网壳（1）的两侧端分别设有拉索机构，所述的拉索机构包括二根弦支拉索（2）和一根水平拉索（3），二根弦支拉索（2）的一端分别通过第一节点（4）与网壳（1）的中端相定位，二根弦支拉索（2）的另一端分别通过第四节点（5）与网壳（1）的底端相定位，所述的弦支拉索（2）与网壳（1）间通过撑杆（6）相定位，所述的撑杆（6）与网壳（1）通过第二节点（7）相定位，所述的撑杆（6）与弦支拉索（2）通过第三节点（8）相定位，所述的水平拉索（3）的两侧端分别通过第四节点（5）与网壳（1）的底端相定位，所述的水平拉索（3）与弦支拉索（2）间通过吊索（9）相定位。

2.根据权利要求1所述的弦支穹顶与平面预应力组合结构，其特征在于：所述的第二节点（7）包括内半球（10）、外半球（11）和十字劲板（12），所述的内半球（10）外设有外半球（11），所述的内半球（10）和外半球（11）通过十字劲板（12）相固定，所述的十字劲板（12）的上部与网壳（1）相固定，所述的十字劲板（12）的底部与撑杆（6）的上部相固定；

所述的第三节点（8）包括上铸钢索半球（13）和下铸钢索半球（14），上铸钢索半球（13）和下铸钢索半球（14）相互拼接固定，所述的上铸钢索半球（13）和下铸钢索半球（14）中设有索道孔（15），所述的弦支拉索（2）与索道孔（15）相穿接，所述的上铸钢索半球（13）的上部与撑杆（6）的底部相固定；

所述的第四节点（5）包括与网壳（1）底端相固定的固定座（16），所述的固定座（16）上设有半球撑座（17），所述的半球撑座（17）上设有大耳板（18），所述的大耳板（18）的两侧端分别设有与半球撑座（17）相匹配定位的支座焊接半球（19），所述的大耳板（18）外端的上端设有与弦支拉索（2）一端相拉紧的弦支拉索耳板（20），所述的大耳板（18）外端的下端设有与水平拉索（3）相拉索紧的水平拉索耳板（21）；

所述的第一节点（4）包括与网壳（1）相固定的焊接球（22），所述的焊接球（22）中设有与焊接球（22）相固定的连接耳板（23），所述的连接耳板（23）与弦支拉索（2）的另一端相拉紧。

3.根据权利要求1或2所述的弦支穹顶与平面预应力组合结构，其特征在于：所述的撑杆（6）包括左撑杆（24）和右撑杆（25），所述的左撑杆（24）与右撑杆（25）呈间隔状分布，所述的吊索（9）的上端与右撑杆（25）相对接定位。

4.根据权利要求1或2所述的弦支穹顶与平面预应力组合结构的张拉工装，其特征在于：所述的张拉工装包括工装（26）、反力扁担（27）和千斤顶（28），所述的工装（26）设在水平拉索（3）与水平拉索耳板（21）间，所述的反力扁担（27）设在工装（26）的左端，所述的反力扁担（27）的上端和下端中分别设有拉杆（29），所述的拉杆（29）通过设在工装（26）另一端的千斤顶（28）相拉紧，所述的拉杆（29）的外端设有锚具（30）。

5.根据权利要求1或2所述的弦支穹顶与平面预应力组合结构的施工方法，其特征在于按以下步骤进行：

（一）、节点形式的分析：

a.网壳与弦支拉索间采用撑杆连接，撑杆与弦支拉索采用铸钢索球进行连接；撑杆上端连接节点是采用球铰节点，球铰节点是由内、外两个焊接半球通过十字劲板与网壳进行焊接固定，焊接半球与撑杆则由大六角高强螺栓进行连接固定；

撑杆下端与弦支拉索连接节点是采用铸钢索球，为上、下两个铸钢索半球，并在上、下两个铸钢索半球中间开设索道孔，当弦支拉索穿入索道孔时，通过从下端紧固铸钢索半球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内，达到弦支拉索紧固并和撑杆有效连接的目的；

b.弦支拉索与水平拉索处节点:弦支拉索下端和水平拉索与半球撑座相连，半球撑座设在大耳板两侧并对称布置，在大耳板的端部根据弦支拉索与水平拉索之间的角度开孔，弦支拉索耳板二块与水平拉索耳板二块分别焊接于大耳板孔的两侧并对称布置；

弦支拉索上部节点采用连接耳板与焊接球连接，连接耳板根据弦支拉索与焊接球之间的角度进行焊接；

c.张拉工装节点：采用了专门的张弦桁架叉耳式热铸锚双千斤顶的张拉工装，即由千斤顶、锚具、工装、拉杆、反力扁担组成，水平拉索张拉过程中一台油泵带两个千斤顶同时工作；

（二）、网壳与平面预应力组合结构的张拉方法：

a. 撑杆安装：

将与撑杆连接的上半个铸钢索球焊接于撑杆的下端，并将撑杆件采用内、外焊接半球加十字劲板与网壳采取焊接固定；

b. 放索：

在开盘拉索展开过程中外包的防护层不除去，仅剥去索夹处的防护，在牵引索安装索球张拉索的各道工序中，均注意避免碰伤、刮伤索体；

c．安装预应力索：

采用牵引千斤顶在网壳两端将水平拉索提升，当水平拉索提升到索预备精确标志与撑杆中上半铸钢索球的上索道凹槽下端10～10mm时，将一端拉索的索头就位，开动水平拉索的另一端的油泵，从索头一端到另一端逐个将索预备精确标志外从下往上嵌入撑杆底部的上半球的上索道凹槽内，并将下半铸钢索球内拧入高强螺栓至上端连接铸钢索半球内固定并定位，将另一端索头就位；

d.预应力拉索张拉：

从中间榀向两侧对称安装弦支穹顶单层网壳结构，水平拉索和弦支拉索滞后网壳安装2榀进行张拉；

张拉端设置：水平拉索张拉时采用单侧张拉，一侧为主动张拉端，另一侧为被动张拉端；弦支拉索张拉时采用单侧张拉，下部为主动张拉端，上部为被动张拉端；

预应力拉索张拉：每根拉索按照三级加载方式加压，油泵启动供油正常后，开始加压：第一级张拉至控制值的30%，第二级张拉至控制值的70%，第三级张拉至控制值的105%，105%中的5%为超张拉；

然后停止加压，完成预应力拉索张拉；

每级加载间隔5分钟；

张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。