CN115853125A - 一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法，属于穹顶钢结构技术领域；圆环锥形穹顶钢结构包括上压力环与下环梁组件，在上压力环与下环梁组件之间通过周圈设置的径向桁架相连接，相邻的径向桁架之间通过环桁架单元、环杆、水平支撑杆相连接，下环梁组件通过穹顶支座以及Y型柱支座所支撑；安装时先安装穹顶支座，对上压力环通过临时支撑架进行临时支撑，然后将径向桁架、环桁架单元、环杆、水平支撑分为若干个拼装单元，将拼装单元成对吊装，接着将拼装单元之间的间隙合拢，最后将上压力环与穹顶支座处进行卸载，解决了目前缺乏针对上部开口的穹顶钢结构施工工艺的问题；本发明应用于穹顶钢结构的安装。

Description

一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法

技术领域

本发明属于穹顶钢结构技术领域，具体涉及一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法。

背景技术

在现有传统的穹顶钢结构建筑中，普遍采用全封闭型的结构来进行设计施工，例如“CN 103061506 B 一种钢结构穹顶的施工方法”，但是还没有一种上部开口的穹顶钢结构的设计及其施工方法，对于上部开口的穹顶钢结构来说，上部开口及其周圈钢结构的施工是一种较为复杂的工艺，采用现有的设计无法解决。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法；解决目前缺乏针对上部开口的穹顶钢结构施工工艺的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，为上端开口的圆锥形结构，包括上端的上压力环与下端的下环梁组件，上压力环与下环梁组件均为圆环形结构并且圆心均位于同一个竖直的设定轴线上，在上压力环与下环梁组件之间沿着周圈设置有多组径向桁架，径向桁架的上端与上压力环相固定连接，径向桁架的下端与下环梁组件相固定连接，两个相邻的径向桁架之间通过多个环桁架单元、多根环杆、多根水平支撑杆相连接，位于同一高度的一组环桁架单元组成一个完整的圆环形的环桁架，环桁架单元的上弦杆以及下弦杆分别与两侧径向桁架的上弦杆以及下弦杆相连接，环杆的两端分别与两侧径向桁架的上弦杆相连接，水平支撑杆组成多组“X形”的水平支撑杆组件，水平支撑杆组件的外端分别与两侧径向桁架的上弦杆相连接；下环梁组件通过相对称的左右两组穹顶支座所支撑，每个穹顶支座固定于相对应的混凝土柱上，在左右两组穹顶支座的前后两侧缺口处分别设置有一个Y型柱，Y型柱的上端两个支撑点分别通过一个Y型柱支座对下环梁组件进行支撑。

进一步的，每相邻两个穹顶支座之间、相邻的穹顶支座与Y型柱支座之间、相邻的Y型柱支座之间均保持相等的间距；每榀径向桁架整体均处于绕着设定轴线径向设置的竖直平面内，径向桁架分别与穹顶支座以及Y型柱支座一一对应。

进一步的，所述穹顶支座包括底座、支撑柱、球形座、顶座、垫板，底座为上端开口的圆柱体结构，在其上端面中心处设置有一个滑动槽，支撑柱的下端伸入至底座的滑动槽内部，支撑柱的外侧面通过四周的弹簧与滑动槽的内侧面相连接；所述顶座的下端面中心处设置有固定槽，支撑柱的上端伸入至固定槽内部，支撑柱的上端面设置有圆弧槽，球形座的下端圆弧面与圆弧槽紧密接触，球形座的上端水平面与固定槽的内部顶面紧密接触，垫板固定于顶座上端面处，垫板的上端面设置有一个与下环梁组件相配合的圆弧形的安装槽。

进一步的，下环梁组件是由一圈下环梁单件拼接而成的圆环形结构，下环梁单件分为下环短梁以及下环长梁，任意相邻的两个穹顶支座之间都通过一根下环短梁相连接，每个Y型柱两侧的穹顶支座之间都通过一个下环长梁相连接，每个下环长梁都通过相对应的Y型柱进行支撑。

进一步的，所述径向桁架包括上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆，其中上弦杆为直线状，下弦杆为圆弧状，上弦杆的首尾两端与下弦杆的首尾两端相连接；竖腹杆在上弦杆与下弦杆之间均匀排布，斜腹杆在上弦杆与下弦杆之间呈波浪形分布；所述环桁架单元包括上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆，其中上弦杆与下弦杆均为圆弧形结构；两根竖腹杆分别设置于上弦杆与下弦杆之间的内部；三根斜腹杆分别设置于上弦杆与下弦杆之间，三根斜腹杆呈波浪形分布；环桁架单元与两侧的径向桁架相连接时，环桁架单元的上弦杆以及下弦杆端部分别位于径向桁架内部竖腹杆的上下两端。

进一步的，环杆两端与两侧径向桁架上弦杆的连接处位于径向桁架的上弦杆与竖腹杆的连接点，同一高度的环杆组成一个围绕设定轴线的圆环形结构，每个径向桁架内部的竖腹杆上端分别有连接环杆或者环桁架单元的上弦杆；每组水平支撑杆组件包括四根水平支撑杆，四根水平支撑杆相互交叉成“X形”结构；相邻两个径向桁架上弦杆以及上压力环、下环梁组件之间的区域内，通过多根环杆以及环桁架单元上弦杆将其分别分为一个一个相邻的半支撑单元，相邻两个半支撑单元组成一个完整的支撑单元，每个支撑单元内部分别设置有一组水平支撑杆组件，四根水平支撑杆的外侧端部分别与支撑单元四个角处的径向桁架上弦杆相连接，四根水平支撑杆的交点位于支撑单元内部的环杆或者环桁架单元上弦杆中点相连接。

一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构的安装方法，包括下述步骤：

S1：安装穹顶支座

按照预先的设定轴线在其周圈浇注左右两组混凝土柱，在两组混凝土柱的前侧以及后侧分别留出安装Y型柱所需的缺口，在混凝土柱上通过预埋件焊接钢基座，每个钢基座上放置相对应的穹顶支座；

S2：安装Y型柱

将Y型柱分别固定于两组混凝土柱留出的前后两侧的缺口处，每个Y型柱上端的两个支撑点处分别固定一个Y型柱支座；

S3：安装上压力环

在混凝土柱内部的地面上固定设置六根竖直的临时支撑架，六根临时支撑架沿着周圈均匀设置于设定轴线的四周，上压力环在出场时等分为七节，施工现场采用吊车在地面分段拼装焊接，然后再整体吊装至临时支撑架上， 通过临时支撑架上端的月牙板对上压力环进行临时支撑；

S4：安装拼装单元以及下环梁组件

将N榀径向桁架分为（N/2）个拼装单元，每个拼装单元内部包括两榀径向桁架、两榀径向桁架之间的环桁架单元、两榀径向桁架之间的环杆、两榀径向桁架之间的水平支撑杆，每个拼装单元都以散件的形式进场，在地面拼装成一个完整的拼装单元，以拼装单元的形式进行吊装，拼装单元在吊装时采用两个一对的成对吊装方式，两个拼装单元相对于设定轴线相对称，一共分为（N/4）对；在一对拼装单元吊装时，将其对应的穹顶支座固定于混凝土柱上，并在穹顶支座上固定临时固定7型板来限制穹顶支座的滑动，在一对拼装单元吊起时，将相对应的下环梁单件与穹顶支座相固定连接，然后将拼装单元与上压力环以及下环梁单件相固定连接；依次将（N/4﹣1）对拼装单元进行吊装，剩余两个Y型柱位置的一对拼装单元没有吊装；

S5：合拢

将最后一对拼装单元吊起后，将下环梁单件与Y型柱相固定连接，然后将最后一对拼装单元与上压力环以及下环梁单件相固定连接，此时九对拼装单元全部吊装完成，任意相邻两个拼装单元之间都留有相同的间隙，接着将拼装单元之间的间隙进行补嵌，进而完成整个圆环锥形穹顶钢结构的吊装；

S6：卸载

首先对上压力环进行卸载，在每个临时支撑架上端均放置千斤顶，统一控制所有千斤顶统一伸出，将上压力环与临时支撑架上端的临月牙板脱离接触，然后控制所有的千斤顶同步收缩，直至上压力环的载荷全部由径向桁架所支撑，继续将千斤顶收缩直至完全与上压力环脱离接触，这时逐段将临时支撑架以及加固结构拆下，将上压力环的载荷全部转移至圆环锥形穹顶钢结构自身；

接着将每个穹顶支座处的临时固定7型板进行拆除，拆除顺序为左右两侧一对同时拆除，然后顺时针将相邻的一对进行拆除，直至将所有的临时固定7型板全部拆除，此时所有的穹顶支座恢复至滑动支座状态，下环梁组件处的载荷完全转移至穹顶支座上。

进一步的，在步骤S3中，六根临时支撑架通过混凝土支撑基础固定于上压力环的正下方；六根临时支撑架之间设置加固结构，具体为在相邻的两根临时支撑架中部以及上部分别通过两根水平的加固杆进行加固，在两根水平的加固杆之间的对角线设置两根倾斜的加固杆进行额外加固；在六根临时支撑架围成的区域内部，处于对角的两根临时支撑架之间采用加固桁架进行加固，三根加固桁架采用“米字”形式布置；在六根临时支撑架的柱脚处采用缆风绳进行固定，柱脚用缆风绳进行拉结做绷腿绳，每根临时支撑架的顶部均通过一根缆风绳与外侧的穹顶支座相连接，在六根临时支撑架围成的区域内部，两根临时支撑架为一组通过一根缆风绳相连接。

进一步的，在步骤S4中，第一对拼装单元安装完毕后，安装第二对拼装单元，第一对与第二对拼装单元呈“十”字分布；第三对拼装单元与第一对拼装单元相邻设置，第四对拼装单元与第三对拼装单元呈“十”字分布……按照上述规律对前（N/4﹣1）对拼装单元依次进行安装。

更进一步的，在步骤S5中，拼装单元之间的间隙一共有（N/2）个，将（N/2）个间隙两个一对分为（N/4）对，两个间隙相对于设定轴线所对称；第一对补嵌完毕后，进行第二对补嵌，第一对间隙与第二对间隙呈“十”字分布；第三对间隙与第一对间隙相邻设置，第四对间隙与第三对间隙呈“十”字分布……按照上述规律对前（N/4-1）对间隙依次进行补嵌，剩余最后两对间隙不进行补嵌，最后两对的四个间隙分别位于东西南北四个方位；前（N/4-1）对间隙的具体补嵌方式为：首先将下环梁单件与两侧拼装单元对应的下环梁单件以及两侧的穹顶支座相焊接，然后依次将环桁架单元、环杆、水平支撑杆、檩条与两侧拼装单元内部的径向桁架相焊接接，焊接均为正式焊；最后两对间隙采用点焊的方式依次将下环梁单件、环桁架单元、环杆、水平支撑杆与两侧拼装单元内部的径向桁架相连接，最后两对间隙都点焊完毕后，再采用正式焊将最后两对间隙与两侧拼装单元内部的径向桁架相连接。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明提供的上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，在结构方面对于上部开口的穹顶钢结构给出了具体的设计，并且通过安装方法，对于上部开口处的上压力环在施工时通过六根经过加固的临时支撑架进行临时支撑，方便后期拼装单元的吊装；将周圈的径向桁架、环形桁架、环杆以及水平支撑杆分为若干对拼装单元，将拼装单元以散件的方式进场后拼装，再对拼装单元进行成对按顺序吊装，这样既方便了物料的运输，同时在吊装时可以保证整体的稳定性；对吊装后的拼装单元进行后期合拢，可以保证施工时的便捷性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明中圆环锥形穹顶钢结构的立体示意图；

图2是本发明中圆环锥形穹顶钢结构的俯视图；

图3是本发明中圆环锥形穹顶钢结构的正视图

图4是径向桁架与环桁架、上压力环、下环梁组件在正向的相对位置示意图；

图5是径向桁架的结构示意图；

图6是环桁架单元的结构示意图；

图7是一个支撑单元在俯视向的结构示意图；

图8是穹顶支座在法向的剖视图；

图9是穹顶支座在径向的剖视图；

图10是Y型柱与下环梁组件的连接示意图；

图11是上压力环与临时支撑架在俯视向的相对位置示意图；

图12是两根临时支撑架之间的连接关系；

图13是缆风绳在俯视向的示意图；

图14是临时支撑架与上压力环之间的连接示意图；

图15是图14中的A-A剖视图；

图16是临时支撑架在吊装时的示意图；

图17是上压力环在吊装时的示意图；

图18是一个拼装单元在俯视向的结构示意图；

图19是拼装单元在吊装时的正向示意图一；

图20是拼装单元在吊装时的正向示意图二；

图21是拼装单元在吊装时的正向示意图三；

图22是第一对拼装单元在吊装时的俯视向示意图；

图23是第二对拼装单元在吊装时的俯视向示意图；

图24是第三对拼装单元在吊装时的俯视向示意图；

图25是剩余最后一对拼装单元未吊装时的俯视向示意图；

图26是最后一对拼装单元在吊装时的俯视向示意图；

图27是剩余最后两对间隙未补嵌时的俯视向示意图；

其中，1为上压力环、2为下环梁组件、3为径向桁架、4为环桁架、5为环桁架单元、6为环杆、7为水平支撑杆、8为穹顶支座、9为Y型柱、10为上弦杆、11为下弦杆、12为斜腹杆、13为竖腹杆、14为支撑单元、15为混凝土柱、16为底座、17为支撑柱、18为弹簧、19为顶座、20为球形座、21为垫板、22为临时固定7型板、23为Y型柱支座、24为拼装单元、25为临时支撑架、26为加固杆、27为加固桁架、28为缆风绳、29为月牙板、30为千斤顶、31为间隙。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1—24所示，本发明提供了一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构及其安装方法。

如图1-10所示，所述圆环锥形穹顶钢结构包括混凝土柱15、穹顶支座8、上压力环1、下环梁组件2、径向桁架3、环桁架4、环杆6、Y型柱9。

圆环锥形穹顶钢结构为上端开口的圆锥形结构，其轴线为设定轴线，设定轴线保持竖直。

所述混凝土柱15的数量为三十二个，每个混凝土柱15上分别设置有一个穹顶支座8。所述Y型柱9的数量为两个，每个Y型柱9上端的支撑点为两个，每个支撑点处分别设置有一个Y型柱支座23。三十二个混凝土柱15与两个Y型柱9共同围绕设定轴线组成一个圆圈结构，其中排布形式为十六个混凝土柱15、一个Y型柱9、十六个混凝土柱15、一个Y型柱9间隔布置。三十二个穹顶支座8与四个Y型柱支座23共同围绕设定轴线组成一个圆圈结构，其中排布形式为十六个穹顶支座8、两个Y型柱支座23、十六个穹顶支座8、两个Y型柱支座23间隔布置，每相邻两个穹顶支座8之间、相邻的穹顶支座8与Y型柱支座23之间、相邻的两个Y型柱支座23之间均保持相等的间距。

所述穹顶支座8包括底座16、支撑柱17、球形座20、顶座19、垫板21。所述底座16为上端开口的圆柱体结构，在其上端面中心处设置有一个滑动槽，滑动槽的内侧面中部高度位置固定设置有一个环形板，通过环形板将滑动槽内部分为上下两部分。所述支撑柱17为圆柱体结构，在其外侧面上下两端分别设置有一个圆环形突出，支撑柱17下端的圆环形突出伸入底座16的滑动槽内部并且位于环形板下侧的区域；在支撑柱17的外侧面中部位置四周分别设置有四个弹簧18，四个弹簧18的一端与支撑柱17外侧面固定连接，四个弹簧18的另一端分别与环形板上方的滑动槽内侧面相固定连接，通过弹簧18的设置，使得支撑柱17可以在滑动槽内部水平滑动。所述顶座19为下端开口的圆柱体结构，在顶座19的下端开口内部设置有一个固定槽，固定槽的内径大于顶座19的下端开口，所述支撑柱17外侧面上端的圆环形突出卡接于顶座19的固定槽内部。在支撑柱17的上端面中心处设置有圆弧形凹槽。所述球形座20的下端面为圆弧面，上端面为水平面，球形座20下端的圆弧面与支撑柱17上端面的圆弧形凹槽紧密接触，球形座20上端的水平面与顶座19的固定槽内部顶面紧密接触。所述垫板21固定设置于顶座19的上端面，垫板21的下端面与顶座19的上端面固定连接，垫板21的上端面设置有一个与下环梁组件2相配合的圆弧形的安装槽。

任意相邻的两个穹顶支座8之间都通过一根下环短梁相连接，每个Y型柱9两侧的穹顶支座8之间都通过一个下环长梁相连接，其中下环短梁的数量为三十根，下环长梁的数量为两根，每个下环长梁都通过相对应的Y型柱9进行支撑，具体为，Y型柱9上端通过两个Y型柱支座23以及垫板21与下环长梁相焊接。下环短梁与下环长梁均为圆弧形杆状结构，均为下环梁单件，三十根下环短梁与两根下环长梁共同拼接成一个完整的、圆环形的下环梁组件2。

所述上压力环1为水平设置的圆环形结构，上压力环1位于下环梁组件2的上方，上压力环1的直径小于下环梁组件2的直径，并且上压力环1的圆心以及下环梁组件2的圆心都位于设定轴线上。

所述径向桁架3的数量为三十六榀，沿着设定轴线的周圈均匀设置。径向桁架3的上端与上压力环1的外侧相连接，径向桁架3的下端与下环短梁或者下环长梁相连接。每榀径向桁架3整体均处于绕着设定轴线径向设置的竖直平面内。

所述环桁架4设置有四组，四组环桁架4位于上压力环1与下环梁之间。每一组环桁架4内部的环桁架单元5为一个圆弧形结构，每个环桁架单元5设置于相邻的两个径向桁架3之间，每一组的环桁架单元5围绕设定轴线组成一个圆圈结构。

如图5所示，所述径向桁架3包括上弦杆10、下弦杆11、斜腹杆12、竖腹杆13，其中上弦杆10为直线状，下弦杆11为圆弧状，上弦杆10的首尾两端与下弦杆11的首尾两端相连接；竖腹杆13在上弦杆10与下弦杆11之间均匀排布，斜腹杆12在上弦杆10与下弦杆11之间呈波浪形分布。

如图6所示，所述环桁架单元5包括上弦杆10、下弦杆11、斜腹杆12、竖腹杆13。其中上弦杆10与下弦杆11均为圆弧形结构；两根竖腹杆13分别设置于上弦杆10与下弦杆11之间的内部；三根斜腹杆12分别设置于上弦杆10与下弦杆11之间，三根斜腹杆12呈波浪形分布。

如图4所示，环桁架单元5与两侧的径向桁架3相连接时，环桁架单元5内部的下弦杆11两端分别与两侧径向桁架3的下弦杆11相连接，环桁架单元5内部的上弦杆10两端分别与两侧径向桁架3的上弦杆10相连接，其中下弦杆11以及上弦杆10的连接处位于径向桁架3内部竖腹杆13的上下两端。每组环桁架单元5相互拼接成一个圆圈后，所有斜腹杆12均首尾相接成一个波浪形结构。

每相邻两个径向桁架3之间设置有多根环杆6，环杆6的两端分别与两侧径向桁架3的上弦杆10相连接，连接处位于径向桁架3的上弦杆10与竖腹杆13的连接点处。同一高度的环杆6组成一个围绕设定轴线的圆圈结构。每个径向桁架3内部的竖腹杆13上端分别连接环杆6或者环桁架单元5的上弦杆10。

每相邻两个径向桁架3之间分别设置有多组水平支撑杆组件，每组水平支撑杆组件包括四根水平支撑杆7，四根水平支撑杆7相互交叉成“X形”结构。相邻两个径向桁架3上弦杆10以及上压力环1、下环梁组件2之间的区域内，通过多根环杆6以及环桁架单元5上弦杆10将其分别分为一个一个相邻的半支撑单元14，相邻两个半支撑单元14组成一个完整的支撑单元14，如图7所示，每个支撑单元14内部分别设置有一组水平支撑杆组件，四根水平支撑杆7的外侧端部分别与支撑单元14四个角处的径向桁架3上弦杆10相连接，四根水平支撑杆7的交点位于支撑单元14内部的环杆6中点处或者环桁架单元5上弦杆10中点处。圆环锥形穹顶钢结构上所有的水平支撑杆7共同组成一个圆锥形的网格结构。

每根环杆6或者环桁架单元5上弦杆10的外侧均设置有一个檩条，檩条的两端分别通过檩托与两侧径向桁架3的上弦杆10相连接。

如图11-27所示，所述圆环锥形穹顶钢结构的模块化安装方法具体为：

S1：安装穹顶支座8

首先按照预先的设定轴线在其周圈浇注三十二个混凝土柱15，左侧的十六个混凝土柱15为一组，右侧的十六个混凝土柱15为一组，两组混凝土柱15左右对称设置，并且在两组混凝土柱15的前侧以及后侧分别留出一个缺口，两个缺口分别为所预留的两个Y型柱9的安装位置。

在浇注好的每个混凝土柱15上分别安装一个穹顶支座8，三十二个穹顶支座8分两组人同时进行安装，两组人从两个不同的方向进行安装，在安装穹顶支座8时利用25t汽车吊进行安装。安装前在预埋件上画出定位十字线，根据穹顶支座8规格尺寸点焊钢基座，钢基座通过预埋件固定于混凝土柱15上。将每个穹顶支座8先放置于对应的钢基座上，穹顶支座8的安装顺序随着拼装单元24的安装顺序同步进行，每安装完成一组拼装单元24，随及安装后续的穹顶支座8和下环梁单件。

S2：安装Y型柱9

将Y型柱9分别固定于两组混凝土柱15留出的前后两侧的缺口处，每个Y型柱9上端的两个支撑点处分别固定一个Y型柱支座23。

S3：安装上压力环1

上压力环1在出场时等分为七节，以便后期的构件运输。施工现场采用吊车在地面分段拼装焊接，然后再整体吊装至临时支撑架25上，临时支撑架25为六根钢管。具体的操作步骤为：

S3.1：根据临时支撑架25的布置图，进行实地测量放样，制作六个临时混凝土支撑基础，六个临时混凝土支撑基础沿着周圈均匀设置于设定轴线的四周，并且六个临时混凝土支撑基础均位于上压力环1的正下方。在临时混凝土支撑基础的中心支撑位置设置一块预埋件用于与临时支撑架25相连接。

S3.2：用于制作临时支撑架25的钢管分段进场，在施工现场拼接，采用100t汽车吊进行安装校正，75t汽车吊进行辅助吊装，临时支撑架25下端与临时混凝土支撑基础相连接。六根临时支撑架25之间设置加固结构，具体为在相邻的两根临时支撑架25中部以及上部分别通过两根水平的加固杆26进行加固，在两根水平的加固杆26之间的对角线设置两根倾斜的加固杆26进行额外加固；在六根临时支撑架25围成的区域内部，处于对角的两根临时支撑架25之间采用加固桁架27进行加固，三根加固桁架27采用“米字”形式布置；在六根临时支撑架25的柱脚处采用缆风绳28进行固定，柱脚用缆风绳28进行拉结做绷腿绳，每根临时支撑架25的顶部均通过一根缆风绳28与外侧的穹顶支座8相连接，在六根临时支撑架25围成的区域内部，两根临时支撑架25为一组通过一根缆风绳28相连接。

S3.3：六根临时支撑架25安装完毕后，组装上压力环1。七节杆件以散件形式进场，在地面制作胎模，然后采用25t吊车在胎模处对上压力环1的杆件进行分段拼装焊接。胎膜上满铺跳板和安全网，并和胎膜固定牢固。

S3.4：上压力环1在地面拼装完毕后，使用一台500t吊车整体吊装至临时支撑架25的上端，并且与临时支撑架25相固定。具体的固定结构为：在每个临时支撑架25的顶端分别固定设置有两个竖直的月牙板29，两个月牙板29平行设置，在两个月牙板29的上端边缘处分别设置有一个圆弧形缺口，月牙板29通过其上端的圆弧形缺口与上压力环1相卡接，从而对上压力环1进行竖直向的支撑。

S4：安装拼装单元24以及下环梁组件2

径向桁架3一共三十六榀，相邻的两榀径向桁架3为一组，三十六榀径向桁架3一共组成十八个拼装单元24，每个拼装单元24内部包括两榀径向桁架3、两榀径向桁架3之间的环桁架单元5、两榀径向桁架3之间的环杆6、两榀径向桁架3之间的水平支撑杆7、 两榀径向桁架3之间的檩条。每个拼装单元24都以散件的形式进场，在地面拼装成一个完整的拼装单元24，以拼装单元24的形式进行吊装。具体包括下述步骤：

S4.1：进行径向桁架3胎模的制作，并将径向桁架3拼装。

S4.2：进行环桁架单元5胎模的制作，并将环桁架单元5进行拼装。

S4.3：进行拼装单元24胎模的制作，并将拼装单元24进行拼装，依次将环杆6、环桁架单元5、水平支撑杆7、檩条依次固定于两侧的径向桁架3上。

S4.4：拼装单元24在吊装时采用两个一对的成对吊装方式，两个拼装单元24相对于设定轴线相对称，一共分为九对。在拼装单元24吊装之前，将两个拼装单元24相对应的穹顶支座8进行安装，同时在每个穹顶支座8沿着设定轴线径向的内外两侧分别固定一个临时固定7型板22，两个临时固定7型板22与下方的钢基座相固定，同时对穹顶支座8的顶座19进行限位，防止穹顶支座8进行水平滑动。

S4.5：如图19所示，对两个拼装单元24进行吊装时采用四台汽车吊进行对称吊装，在上压力环1的两侧分别设置一台汽车吊，在下环梁组件2的位置分别设置一台汽车吊，每个拼装单元24分别采用两台汽车吊进行吊装，将汽车吊的吊点与拼装单元24相固定连接。

S4.6：吊点设置完成后，进行拼装单元24的试吊，试吊完成后进行正式起吊，起吊过程中上压力环1位置进行提升，下环梁组件2位置配合缓慢提升，在提升过程中，随时进行标高的调节，直至把拼装单元24吊到设计状态，形成设计的角度姿态。

S4.7：如图20、21所示，拼装单元24吊到设计的状态之后，检查没有问题后进行正式起吊，吊装至设计的标高位置。

S4.8：拼装单元24吊到设计标高后，吊车不松钩，将拼装单元24所对应的下环梁单件进行吊装，并将下环梁单件与穹顶支座8的垫板21相焊接；然后将拼装单元24嵌入至上压力环1与下环梁单件之间，并将拼装单元24与下环梁单件以及上压力环1相焊接。

S4.9：第一对拼装单元24安装完毕后，安装第二对拼装单元24，第一对与第二对拼装单元24呈“十”字分布；第三对拼装单元24与第一对拼装单元24相邻设置，第四对拼装单元24与第三对拼装单元24呈“十”字分布……按照上述规律对前八对拼装单元24依次进行安装。

S5：合拢

S5.1：将八对拼装单元24吊装完毕后，剩余前后两侧Y型柱9位置处的一对拼装单元24没有安装，此时整体已经形成一个相对稳定体系，如图25所示，临时支撑架25上的缆风绳28可以拆除。

S5.2：吊车将第九对拼装单元24吊到设计标高后，吊车不松钩，将第九对拼装单元24所对应的下环梁单件进行吊装，并将下环梁单件与Y型柱支座23相焊接；然后将拼装单元24嵌入至上压力环1与下环梁单件之间，并将拼装单元24与下环梁单件以及上压力环1相焊接。此时九对拼装单元24全部吊装完成，任意相邻两个拼装单元24之间都留有相同的间隙31，如图26所示。

S5.3：依次将拼装单元24之间的间隙31进行补嵌。补嵌采用两个一对的成对补嵌方式，两个间隙31相对于设定轴线所对称，一共分为九对。第一对补嵌完毕后，进行第二对补嵌，第一对间隙31与第二对间隙31呈“十”字分布；第三对间隙31与第一对间隙31相邻设置，第四对间隙31与第三对间隙31呈“十”字分布……按照上述规律对前七对间隙31依次进行补嵌，剩余最后两对间隙31不进行补嵌，最后两对的四个间隙31分别位于东西南北四个方位，如图27所示。

前七对间隙31的具体补嵌方式为：首先将下环梁单件与两侧拼装单元24对应的下环梁单件以及两侧的穹顶支座8相焊接，然后依次将环桁架单元5、环杆6、水平支撑杆7、檩条与两侧拼装单元24内部的径向桁架3相焊接接，焊接均为正式焊。

S5.4：最后两对间隙31采用点焊的方式依次将下环梁单件、环桁架单元5、环杆6、水平支撑杆7与两侧拼装单元24内部的径向桁架3相连接，最后两对间隙31都点焊完毕后，再采用正式焊将最后两对间隙31与两侧拼装单元24内部的径向桁架3相连接。从而完成拼装单元24之间间隙31的补嵌，进而完成整个圆环锥形穹顶钢结构的吊装。

S6：卸载

S6.1:在每个临时支撑架25顶端的两个月牙板29之间设置有一个千斤顶30，千斤顶30在安装时与上压力环1不接触。在卸载时，统一控制所有的千斤顶30同步伸出，使得上压力环1与月牙板29脱离接触，然后将月牙板29拆下。所有的月牙板29拆下后，控制所有的千斤顶30同步收缩，直至上压力环1的载荷全部由径向桁架3所支撑，继续将千斤顶30收缩直至完全与上压力环1脱离接触，这时逐段将临时支撑架25以及加固结构拆下，将上压力环1的载荷全部转移至圆环锥形穹顶钢结构自身。

S6.2：上压力环1卸载完成后，将每个穹顶支座8处的临时固定7型板22进行拆除，拆除顺序为左右两侧一对同时拆除，然后顺时针将相邻的一对进行拆除，直至将所有的临时固定7型板22全部拆除，此时所有的穹顶支座8恢复至滑动支座状态，下环梁组件2处的载荷完全转移至穹顶支座8上。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：为上端开口的圆锥形结构，包括上端的上压力环与下端的下环梁组件，上压力环与下环梁组件均为圆环形结构并且圆心均位于同一个竖直的设定轴线上，在上压力环与下环梁组件之间沿着周圈设置有多组径向桁架，径向桁架的上端与上压力环相固定连接，径向桁架的下端与下环梁组件相固定连接，两个相邻的径向桁架之间通过多个环桁架单元、多根环杆、多根水平支撑杆相连接，位于同一高度的一组环桁架单元组成一个完整的圆环形的环桁架，环桁架单元的上弦杆以及下弦杆分别与两侧径向桁架的上弦杆以及下弦杆相连接，环杆的两端分别与两侧径向桁架的上弦杆相连接，水平支撑杆组成多组“X形”的水平支撑杆组件，水平支撑杆组件的外端分别与两侧径向桁架的上弦杆相连接；下环梁组件通过相对称的左右两组穹顶支座所支撑，每个穹顶支座固定于相对应的混凝土柱上，在左右两组穹顶支座的前后两侧缺口处分别设置有一个Y型柱，Y型柱的上端两个支撑点分别通过一个Y型柱支座对下环梁组件进行支撑。

2.根据权利要求1所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：每相邻两个穹顶支座之间、相邻的穹顶支座与Y型柱支座之间、相邻的两个Y型柱支座之间均保持相等的间距；每榀径向桁架整体均处于绕着设定轴线径向设置的竖直平面内，径向桁架分别与穹顶支座以及Y型柱支座一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：所述穹顶支座包括底座、支撑柱、球形座、顶座、垫板，底座为上端开口的圆柱体结构，在其上端面中心处设置有一个滑动槽，支撑柱的下端伸入至底座的滑动槽内部，支撑柱的外侧面通过四周的弹簧与滑动槽的内侧面相连接；所述顶座的下端面中心处设置有固定槽，支撑柱的上端伸入至固定槽内部，支撑柱的上端面设置有圆弧槽，球形座的下端圆弧面与圆弧槽紧密接触，球形座的上端水平面与固定槽的内部顶面紧密接触，垫板固定于顶座上端面处，垫板的上端面设置有一个与下环梁组件相配合的圆弧形的安装槽。

4.根据权利要求1所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：下环梁组件是由一圈下环梁单件拼接而成的圆环形结构，下环梁单件分为下环短梁以及下环长梁，任意相邻的两个穹顶支座之间都通过一根下环短梁相连接，每个Y型柱两侧的穹顶支座之间都通过一个下环长梁相连接，每个下环长梁都通过相对应的Y型柱进行支撑。

5.根据权利要求1所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：所述径向桁架包括上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆，其中上弦杆为直线状，下弦杆为圆弧状，上弦杆的首尾两端与下弦杆的首尾两端相连接；竖腹杆在上弦杆与下弦杆之间均匀排布，斜腹杆在上弦杆与下弦杆之间呈波浪形分布；所述环桁架单元包括上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆，其中上弦杆与下弦杆均为圆弧形结构；两根竖腹杆分别设置于上弦杆与下弦杆之间的内部；三根斜腹杆分别设置于上弦杆与下弦杆之间，三根斜腹杆呈波浪形分布；环桁架单元与两侧的径向桁架相连接时，环桁架单元的上弦杆以及下弦杆端部分别位于径向桁架内部竖腹杆的上下两端。

6.根据权利要求5所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构，其特征在于：环杆两端与两侧径向桁架上弦杆的连接处位于径向桁架的上弦杆与竖腹杆的连接点，同一高度的环杆组成一个围绕设定轴线的圆环形结构，每个径向桁架内部的竖腹杆上端分别有连接环杆或者环桁架单元的上弦杆；每组水平支撑杆组件包括四根水平支撑杆，四根水平支撑杆相互交叉成“X形”结构；相邻两个径向桁架上弦杆以及上压力环、下环梁组件之间的区域内，通过多根环杆以及环桁架单元上弦杆将其分别分为一个一个相邻的半支撑单元，相邻两个半支撑单元组成一个完整的支撑单元，每个支撑单元内部分别设置有一组水平支撑杆组件，四根水平支撑杆的外侧端部分别与支撑单元四个角处的径向桁架上弦杆相连接，四根水平支撑杆的交点位于支撑单元内部的环杆中点处或者环桁架单元上弦杆中点处。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构的安装方法，包括下述步骤：

S1：安装穹顶支座

按照预先的设定轴线在其周圈浇注左右两组混凝土柱，在两组混凝土柱的前侧以及后侧分别留出安装Y型柱所需的缺口，在混凝土柱上通过预埋件焊接钢基座，每个钢基座上放置相对应的穹顶支座；

S2：安装Y型柱

将Y型柱分别固定于两组混凝土柱留出的前后两侧的缺口处，每个Y型柱上端的两个支撑点处分别固定一个Y型柱支座；

S3：安装上压力环

在混凝土柱内部的地面上固定设置六根竖直的临时支撑架，六根临时支撑架沿着周圈均匀设置于设定轴线的四周，上压力环在出场时等分为七节，施工现场采用吊车在地面分段拼装焊接，然后再整体吊装至临时支撑架上， 通过临时支撑架上端的月牙板对上压力环进行临时支撑；

S4：安装拼装单元以及下环梁组件

将N榀径向桁架分为（N/2）个拼装单元，每个拼装单元内部包括两榀径向桁架、两榀径向桁架之间的环桁架单元、两榀径向桁架之间的环杆、两榀径向桁架之间的水平支撑杆，每个拼装单元都以散件的形式进场，在地面拼装成一个完整的拼装单元，以拼装单元的形式进行吊装，拼装单元在吊装时采用两个一对的成对吊装方式，两个拼装单元相对于设定轴线相对称，一共分为（N/4）对；在一对拼装单元吊装时，将其对应的穹顶支座固定于混凝土柱上，并在穹顶支座上固定临时固定7型板来限制穹顶支座的滑动，在一对拼装单元吊起时，将相对应的下环梁单件与穹顶支座相固定连接，然后将拼装单元与上压力环以及下环梁单件相固定连接；依次将（N/4﹣1）对拼装单元进行吊装，剩余两个Y型柱位置的一对拼装单元没有吊装；

S5：合拢

将最后一对拼装单元吊起后，将下环梁单件与Y型柱相固定连接，然后将最后一对拼装单元与上压力环以及下环梁单件相固定连接，此时九对拼装单元全部吊装完成，任意相邻两个拼装单元之间都留有相同的间隙，接着将拼装单元之间的间隙进行补嵌，进而完成整个圆环锥形穹顶钢结构的吊装；

S6：卸载

首先对上压力环进行卸载，在每个临时支撑架上端均放置千斤顶，统一控制所有千斤顶统一伸出，将上压力环与临时支撑架上端的临月牙板脱离接触，然后控制所有的千斤顶同步收缩，直至上压力环的载荷全部由径向桁架所支撑，继续将千斤顶收缩直至完全与上压力环脱离接触，这时逐段将临时支撑架以及加固结构拆下，将上压力环的载荷全部转移至圆环锥形穹顶钢结构自身；

接着将每个穹顶支座处的临时固定7型板进行拆除，拆除顺序为左右两侧一对同时拆除，然后顺时针将相邻的一对进行拆除，直至将所有的临时固定7型板全部拆除，此时所有的穹顶支座恢复至滑动支座状态，下环梁组件处的载荷完全转移至穹顶支座上。

8.根据权利要求7所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构的安装方法，其特征在于：在步骤S3中，六根临时支撑架通过混凝土支撑基础固定于上压力环的正下方；六根临时支撑架之间设置加固结构，具体为在相邻的两根临时支撑架中部以及上部分别通过两根水平的加固杆进行加固，在两根水平的加固杆之间的对角线设置两根倾斜的加固杆进行额外加固；在六根临时支撑架围成的区域内部，处于对角的两根临时支撑架之间采用加固桁架进行加固，三根加固桁架采用“米字”形式布置；在六根临时支撑架的柱脚处采用缆风绳进行固定，柱脚用缆风绳进行拉结做绷腿绳，每根临时支撑架的顶部均通过一根缆风绳与外侧的穹顶支座相连接，在六根临时支撑架围成的区域内部，两根临时支撑架为一组通过一根缆风绳相连接。

9.根据权利要求7所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构的安装方法，其特征在于：在步骤S4中，第一对拼装单元安装完毕后，安装第二对拼装单元，第一对与第二对拼装单元呈“十”字分布；第三对拼装单元与第一对拼装单元相邻设置，第四对拼装单元与第三对拼装单元呈“十”字分布……按照上述规律对前（N/4﹣1）对拼装单元依次进行安装。

10.根据权利要求7所述的一种上部开口的圆环锥形穹顶钢结构的安装方法，其特征在于：在步骤S5中，拼装单元之间的间隙一共有（N/2）个，将（N/2）个间隙两个一对分为（N/4）对，两个间隙相对于设定轴线所对称；第一对补嵌完毕后，进行第二对补嵌，第一对间隙与第二对间隙呈“十”字分布；第三对间隙与第一对间隙相邻设置，第四对间隙与第三对间隙呈“十”字分布……按照上述规律对前（N/4-1）对间隙依次进行补嵌，剩余最后两对间隙不进行补嵌，最后两对的四个间隙分别位于东西南北四个方位；前（N/4-1）对间隙的具体补嵌方式为：首先将下环梁单件与两侧拼装单元对应的下环梁单件以及两侧的穹顶支座相焊接，然后依次将环桁架单元、环杆、水平支撑杆、檩条与两侧拼装单元内部的径向桁架相焊接接，焊接均为正式焊；最后两对间隙采用点焊的方式依次将下环梁单件、环桁架单元、环杆、水平支撑杆与两侧拼装单元内部的径向桁架相连接，最后两对间隙都点焊完毕后，再采用正式焊将最后两对间隙与两侧拼装单元内部的径向桁架相连接。

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