CN116537435A - 一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法，包括安装花篮柱结构：布设一对拱形花篮柱，在一对拱形花篮柱之间环向布设第一网壳单元，在第一网壳单元上方布设第一环形粱，在第一环形粱和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元；安装弦支穹顶结构：在第一环形粱径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构；安装幕墙结构：在花篮柱结构径向外侧环向布设若干幕墙柱，在幕墙柱顶部布设弯扭形箱梁，在弯扭形箱梁和第一环形粱之间环向布设幕墙网壳单元；和安装挑檐结构：在幕墙网壳单元的部分周侧面安装挑檐主梁，并在挑檐主梁下方连接挑檐次梁。

Description

一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及大跨度穹顶结构施工技术领域，尤其涉及一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对公共活动空间如大型的展览馆、体育场馆等的需求与日俱增。这一现象也促使了大跨度空间结构形式的不断创新。不仅是在安全、经济方面的创新，更重要的是在造型方面的创新，满足人们不断更新的审美需求。近年来，大跨度弦支穹顶结构、索穹顶结构和索桁架结构在国内外的体育场馆建设中应用较多。

弦支穹顶结构受力合理，结构效能较高，传力路径清晰，充分利用了高强度拉索的受力性能，保证结构刚度的同时降低了用钢量，使结构变得轻盈、富于表现力。索穹顶和索桁架结构都是典型的索结构，因跨越空间能力强、用钢量低等因素，也在体育场馆、公共车站等公共建筑中应用广泛。

CN114351929A公开了一种弦支穹顶结构及其施工方法，该弦支穹顶结构包括若干支柱、若干径向梁、外封边梁、内封边梁、第一圈梁、第二圈梁、第一环索、第二环索、若干第一撑杆及若干第二撑杆；该弦支穹顶结构的施工方法包括安装好支柱，使支柱组件的所有支柱沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界；安装径向组件，使径向组件的径向梁的一端设置在支柱上，另一端朝矩形边界的中心延伸；在径向组件上安装好环向组件以及在环向组件的下方安装好撑杆组件；对已施工结构进行预应力张拉；预应力张拉完成后，在支柱上安装好封边组件的外封边梁，然后在径向梁的另一端安装好封边组件的内封边梁。

CN105507477B公开了一种环形交叉索系支撑穹顶结构，由上部网壳、下部环形交叉索系以及竖向撑杆组成。下部环形交叉索系为多个拉索交叉分散点围成的环形结构；竖向撑杆竖直上端连接上部网壳，下端连接下部环形交叉索系，每个竖向撑杆上端与上部网壳中的网格交叉点连接，下端与下部环形交叉索系的拉索交叉部位连接。

然而，目前环形弦支穹顶结构施工仍存在众多技术问题，如环形弦支穹顶结构屋盖面积大，网壳及杆件数量多，施工安装难度大；部分钢性构件体积或重量过大，受施工区域限制，整体吊装难度大、风险高；以及环形弦支穹顶结构内部环向索容易失效，一旦其失效，将引起斜向拉索和竖向撑杆的失效，从而导致结构的连续性倒塌等。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种环形弦支穹顶网壳钢结构，包括：

花篮柱结构，该花篮柱结构包括至少一对拱形花篮柱，

第一网壳单元，环向布设于至少一对拱形花篮柱之间，

第一环形粱，布设于第一网壳单元顶部，

第二网壳单元，环向布设并耦合于第一环形粱和第一网壳单元之间；

弦支穹顶结构，该弦支穹顶结构包括在第一环形粱径向内侧从内至外依次环向布设的第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元；

幕墙结构，该幕墙结构包括环向布设于花篮柱结构径向外侧的若干幕墙柱，

弯扭形箱梁，布设于幕墙柱顶部，

幕墙网壳单元，环向布设并耦合于弯扭形箱梁和第一环形粱之间；

挑檐结构，该挑檐结构包括布设于幕墙网壳单元的部分周侧面的挑檐主梁，

挑檐次梁，连接至挑檐主梁下方。

优选地，本发明还涉及一种环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法，可以包括如下步骤：

安装花篮柱结构：布设至少一对拱形花篮柱，

在至少一对拱形花篮柱之间环向布设第一网壳单元，

在第一网壳单元上方布设第一环形粱，

在第一环形粱和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元；

安装弦支穹顶结构：在第一环形粱径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构；和

安装幕墙结构：在花篮柱结构径向外侧环向布设若干幕墙柱，

在幕墙柱顶部布设弯扭形箱梁，

在弯扭形箱梁和第一环形粱之间环向布设幕墙网壳单元。

优选地，本发明涉及的环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法还可以包括：安装挑檐结构：在幕墙网壳单元的部分周侧面安装挑檐主梁，并在挑檐主梁下方连接挑檐次梁。

特别地，本发明提供一种环形弦支穹顶网壳钢结构及其施工方法，由于屋盖面积大，网壳结构及杆件数量较多，本发明将环形弦支穹顶网壳钢结构分为几个单体结构分步施工，且在各单体结构施工阶段，针对大体积或大重量的钢性构件，本发明采用分段拼接及吊装方式，即预先在地面拼接多个基本单元，再将各基本单元分步吊装进行拼接，以便减少高空作业风险，加快施工进度，同时解决整体施工难度大的问题。此外，在施做各网壳或网面单元之时，本发明从多个方向同时作业，保证施工过程的流畅性，提高施工效率。进一步地，本发明采用内外双层索结构，并通过交叉逐级张拉内外拉索的方式建立维持结构强度所需的预应力，以防止结构失效引起的坍塌。

优选地，本发明中，在至少一对拱形花篮柱之间环向布设第一网壳单元包括：

从至少一对拱形花篮柱各自相对的一侧沿预设旋转方向依次布设若干第一网壳单体，使得若干第一网壳单体彼此耦合形成第一网壳单元。

优选地，本发明中，在第一网壳单元上方布设第一环形粱之步骤可包括：

在第一网壳单元径向外侧搭建多个可操作的临时支架B；

从临时支架B一侧顶部分别沿其两端相向逐节安装第一环形粱。

优选地，本发明中，在第一环形粱和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元之步骤可包括：

在第一环形粱径向内侧分别从两侧沿预定旋转方向依次布设若干第二网壳单体，使得若干第二网壳单体彼此耦合形成第二网壳单元。

优选地，本发明中，在第一环形粱径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构之步骤可包括：

在第一网壳单元径向内侧搭建多个可操作的临时支架A，并在临时支架A顶部搭建临时操作平台；

在临时操作平台表面沿预定旋转方向依次布设若干第一花瓣网壳单体以形成第一花瓣网壳单元；

在第一花瓣网壳单元径向外侧沿预定旋转方向依次布设若干第二花瓣网壳单体以形成第二花瓣网壳单元；

沿预定旋转方向依次在相邻第二花瓣网壳单体之间布设若干第三花瓣网壳单体以形成第三花瓣网壳单元；和

在第二花瓣网壳单元和/或第三花瓣网壳单元径向外侧沿预定旋转方向依次布设若干第三网壳单体以形成第三网壳单元。

优选地，本发明中，在弯扭形箱梁和第一环形粱之间环向布设幕墙网壳单元之步骤可包括：

在弯扭形箱梁径向内侧分别从两侧沿预定旋转方向依次布设若干交错排布的幕墙主梁和幕墙次梁，使得若干交错排布的幕墙主梁和幕墙次梁彼此耦合形成幕墙网壳单元。

优选地，本发明所涉及的施工方法还可包括对环形弦支穹顶网壳钢结构，尤其是弦支穹顶结构进行内外拉索交叉逐级张拉，且内外拉索交叉逐级张拉可包括对弦支穹顶结构进行至少两级拉索张拉，其中，

在一级拉索张拉过程中，先分组张拉一个或多个内径向索，再分组张拉一个或多个外径向索；

在二级拉索张拉过程中，先分组张拉一个或多个外径向索，再分组张拉一个或多个内径向索。

优选地，本发明中，在挑檐主梁下方连接挑檐次梁之步骤可以包括：

在挑檐主梁下方连接第一挑檐次梁；

在第一挑檐次梁径向外侧连接第二挑檐次梁。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的环形弦支穹顶网壳钢结构的装配结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的花篮柱结构的装配结构示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的弦支穹顶结构的装配结构示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的幕墙结构的装配结构示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的拱形花篮柱的安装示意图；

图6是本发明提供的一种优选实施方式的第一网壳单元的安装示意图；

图7是本发明提供的一种优选实施方式的环形粱的安装示意图；

图8是本发明提供的一种优选实施方式的第二网壳单元的安装示意图；

图9是本发明提供的一种优选实施方式的安装弦支穹顶结构之前进行操作平台搭设的流程示意图；

图10是本发明提供的一种优选实施方式的第一花瓣网壳单元的安装示意图；

图11是本发明提供的一种优选实施方式的第二花瓣网壳单元和第三花瓣网壳单元的安装示意图；

图12是本发明提供的一种优选实施方式的第三网壳单元的安装示意图；

图13是本发明提供的一种优选实施方式的花篮柱结构和弦支穹顶结构的装配结构示意图；

图14是本发明提供的一种优选实施方式的弯扭形箱梁的安装示意图；

图15是本发明提供的一种优选实施方式的幕墙网壳单元的安装示意图；

图16是本发明提供的一种优选实施方式的挑檐结构的安装示意图；

图17是本发明提供的一种优选实施方式的挑檐结构的局部结构示意图；

图18是本发明提供的一种优选实施方式的第一阶段张拉内圈径向索的工艺流程；

图19是本发明提供的一种优选实施方式的第一阶段张拉外圈径向索的工艺流程；

图20是本发明提供的一种优选实施方式的第二阶段张拉外圈径向索的工艺流程；

图21是本发明提供的一种优选实施方式的第二阶段张拉内圈径向索的工艺流程。

附图标记列表

10：花篮柱结构；20：弦支穹顶结构；30：幕墙结构；40：挑檐结构；50：分配梁；60：横梁；70：连接板；101：拱形花篮柱；102：第一网壳单体；103：第一环形粱；104：第二网壳单体；201：第一花瓣网壳单体；202：第二花瓣网壳单体；203：第三花瓣网壳单体；204：第三网壳单体；205：第二环形粱；301：倾斜支撑柱；302：成片衍架；303：临时支撑柱；304：幕墙柱；305：弯扭形箱梁；306：幕墙主梁；307：幕墙次梁；401：挑檐主梁；402：第一挑檐次梁；403：第二挑檐次梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明提供了一种环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法，可以用于构建如图1所示的环形弦支穹顶网壳钢结构，其中，环形弦支穹顶网壳钢结构大体上可由花篮柱结构10、弦支穹顶结构20、幕墙结构30和挑檐结构40构成。特别地，花篮柱结构10、弦支穹顶结构20、幕墙结构30和挑檐结构40的组成部件基本是以钢管作为基础组成单元。

特别地，图2至图4分别示出了本发明所述的花篮柱结构10、弦支穹顶结构20以及幕墙结构30和挑檐结构40的装配结构示意图。

根据一种优选实施方式，花篮柱结构10作为环形弦支穹顶网壳钢结构的中心支撑结构，其大致呈单层喇叭口曲面网壳结构，该曲面网壳结构两侧为开口拱形结构。进一步地，两个开口拱形结构之间通过若干沿环向分布的网面结构与顶部的环形粱彼此耦合。

进一步地，参见图2，花篮柱结构10可以由拱形花篮柱101、第一网壳单体102、第一环形粱103和第二网壳单体104组成。具体而言，至少两个拱形花篮柱101作为花篮柱结构10的基柱相对设置。若干第一网壳单体102在两个拱形花篮柱101之间沿环向依次连接并同两个拱形花篮柱101共同形成花篮柱基台。第一环形粱103形成在花篮柱基台的顶部，并且，第一环形粱103与花篮柱基台通过由在其间延伸的多个第二网壳单体104形成的第二网壳单元连接。

根据一种优选实施方式，弦支穹顶结构20装配在花篮柱结构10的顶部，并作为幕墙结构30的内环结构。具体地，弦支穹顶结构20可以由内、外两个圆环构成，两个圆环之间可通过具有不同形态的曲面网壳结构耦合。弦支穹顶结构20为等截面圆管网格结构。进一步地，弦支穹顶结构20下方可设有两层拉索结构(图中未示出)。

进一步地，参见图3，弦支穹顶结构20可以由第一花瓣网壳单体201、第二花瓣网壳单体202、第三花瓣网壳单体203和第三网壳单体204组成。具体而言，若干第一花瓣网壳单体201在花篮柱结构10顶部中心沿环向分布以构成第一花瓣网壳单元。若干第二花瓣网壳单体202沿第一花瓣网壳单体201周向依次分布以构成第二花瓣网壳单元。若干第三花瓣网壳单体203连接在相邻第二花瓣网壳单体202之间以构成第三花瓣网壳单元。特别地，第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元和第三花瓣网壳单元可以共同构成平面花瓣网壳结构。进一步地，若干第三网壳单体204沿平面花瓣网壳结构周向布设并连接到第一环形粱103。

根据一种优选实施方式，幕墙结构30作为弦支穹顶结构20外环结构配置在花篮柱结构10的外围。具体地，幕墙结构30可以由幕墙柱、环梁以及屋顶单层网壳组成。进一步地，幕墙结构30的部分(如图4左上侧)可构造为倾斜幕墙柱，且其底部可铰接在顶板结构柱顶。幕墙结构30的其余部分(如图4右下侧)幕墙柱底部刚接支承于顶板结构柱顶。特别地，幕墙网壳以径向箱型杆件为主结构。挑檐结构40布设在幕墙结构30的部分外周面。具体地，挑檐结构40

进一步地，参见图4，幕墙结构30可以由弯扭形箱梁305和以彼此交错的方式形成在弯扭形箱梁305与弦支穹顶结构20之间的幕墙主梁306、幕墙次梁307组成。具体而言，弯扭形箱梁305可以安装在若干幕墙支撑柱顶面。幕墙主梁306和幕墙次梁307可以在弯扭形箱梁305的径向内侧相互交错从而形成幕墙网壳单元。特别地，幕墙主梁306和幕墙次梁307为具有预定曲率的曲状横梁。

根据一种优选实施方式，挑檐结构40可以配置在幕墙网壳单元的部分外侧面。具体地，参见图4，幕墙主梁306和幕墙次梁307部分沿径向延伸至弯扭形箱梁305外侧，并在部分幕墙主梁306的外端面施做与弯扭形箱梁305相同或相似的连续横梁结构以将至少部分幕墙主梁306的外端面闭合从而形成挑檐结构40。

具体地，本发明提供的环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法可以包括安装花篮柱结构10、安装弦支穹顶结构20、安装幕墙结构30和安装挑檐结构40。

根据一种优选实施方式，安装花篮柱结构10之步骤具体可以包括：

布设拱形花篮柱101；

在拱形花篮柱101周侧布设第一网壳单元；

在拱形花篮柱101和/或第一网壳单元上方布设第一环形粱103；和

在第一环形粱103和第一网壳单元之间布设第二网壳单元。

根据一种优选实施方式，安装弦支穹顶结构20之步骤具体可以包括：

在第一环形粱103径向内侧从内至外依次布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元。

根据一种优选实施方式，安装幕墙结构30之步骤具体可以包括：

在花篮柱结构10的径向外侧环向布设若干幕墙柱304和/或倾斜支撑柱301；

在幕墙柱304和/或倾斜支撑柱301顶部布设连续且封闭的弯扭形箱梁305；

在弯扭形箱梁305和第一环形粱103之间环向布设幕墙网壳单元。

根据一种优选实施方式，安装挑檐结构40之步骤具体可以包括：

在幕墙网壳单元的部分周侧面安装挑檐主梁401；

在挑檐主梁401下方连接挑檐次梁。

根据一种优选实施方式，挑檐次梁可以包括基本处于同一基准面内的第一挑檐次梁402和第二挑檐次梁403。进一步地，第一挑檐次梁402和第二挑檐次梁403彼此连接并可耦接至倾斜支撑柱301。

根据一种优选实施方式，在安装环形弦支穹顶网壳钢结构的各组成结构之前，通常需要先进行预埋件、支座和铸钢件等支撑及辅助结构的安装。具体地，按照图纸将主体结构基坑施工完成后，在基坑内部按施工设计要求在对应的施工位置预埋预定数量的钢管柱，并在钢管柱上提前安装好相应的柱脚预埋件。进一步地，在提前安装好的柱脚预埋件上进行铸钢件定位焊接安装。特别地，在基坑内部的预埋件及对应的钢支撑连接结构装设完成后，再进行花篮柱结构10、弦支穹顶结构20以及幕墙结构30和挑檐结构40的施工安装。

根据一种优选实施方式，图5至图8示出了花篮柱结构10的装配或施工流程。

根据一种优选实施方式，图5示出了作为花篮柱结构10基底的拱形花篮柱101的装配过程。特别地，拱形花篮柱101可以是分段结构，并可通过吊装设备进行分段吊装。具体地，参见图5，利用吊装设备(如塔吊、汽车吊等)首先吊装两侧拱形花篮柱101的底部花篮基柱。特别地，底部花篮基柱可通过联结在底面的钢筋拉索结构(或缆风绳)进行稳固。进一步地，利用吊装设备以及操作塔台将其余分段耦合的拱形花篮柱连接至底部花篮基柱顶部以形成如图5所示的具有一定曲率的拱形花篮柱101。

根据一种优选实施方式，图6示出了用于连接两侧拱形花篮柱101的第一网壳单元的装配过程。具体地，从两侧拱形花篮柱101彼此相对的一侧起，在两侧拱形花篮柱101之间沿环向相向对地布设多个第一网壳单体102，直至这些第一网壳单体102彼此耦合形成如图6所示的能够将两侧拱形花篮柱101连接的第一网壳单元。特别地，拱形花篮柱101的相邻分段之间可以通过大致Y形的三通管结构连接，从而，在通过三通管结构连接拱形花篮柱101的相邻分段的同时，可以在拱形花篮柱101周侧连接一个或多个第一网壳单体102。

根据一种优选实施方式，参见图6，第一网壳单体102大致为爬梯或扶梯形的网格结构。该爬梯或扶梯形的网格结构可以由具有特定曲率的竖杆和横杆连接组成。进一步地，这些梯形网格式的网壳单体102大致围绕一圆周依次连接形成第一网壳单元，并同两侧拱形花篮柱101构成整个花篮柱结构10的基部，如花篮柱基台。

根据一种优选实施方式，图7示出了花篮柱基台顶部的第一环形粱103的装配过程。具体地，先在花篮柱基台外周搭设一个连续且封闭的环形支架。该环形支架可以由多个临时支架B连接组成。进一步地，在环形的临时支架B的顶部由该临时支架B某一弧形部段起，分别从该弧形部段两端沿环形的临时支架B相向逐节安装其余的弧形分段，直至形成如图7所示的封闭的第一环形粱103。特别地，本发明中，临时支架B可以采用H型钢制作。

根据一种优选实施方式，图8示出了连接在第一环形粱103和由拱形花篮柱101与第一网壳单元组成的花篮柱基台之间的第二网壳单元的装配过程。具体地，利用吊装设备在第一环形粱103和花篮柱基台之间沿环向依次装设多个第二网壳单体104以形成第二网壳单元。特别地，从截面方向观察，第二网壳单体104可以是与第一网壳单体102类似但具有不同曲率的爬梯或扶梯形网格结构。

具体而言，各第二网壳单体104的一端连接至第一环形粱103，另一端则连接至拱形花篮柱101和/或第一网壳单体102。本发明中，在布设第二网壳单元之时，可以分别从花篮柱基台两侧沿第一旋转方向(如图8所示顺时针方向)依次布设若干第二网壳单体104。进一步地，各第二网壳单体104之间可以通过嵌补杆进行连接。特别地，嵌补杆为独立的短杆结构，可填补在相邻第二网壳单体104之间。例如，嵌补杆可以连接在相邻第二网壳单体104的相邻横杆之间。

根据一种优选实施方式，图10至图13示出了弦支穹顶结构20的装配或施工流程。

特别地，由于弦支穹顶结构20为大跨度结构且通常不满足维索张拉条件，需设临时支架，因此本发明采用支撑架+顶部分配梁的形式进行弦支穹顶结构20核心部分和中间层花瓣部分的支撑，以减少临时支架措施的投入。

根据一种优选实施方式，在实施如图10至图13所示的弦支穹顶结构20安装之前，可以先进行临时操作平台的搭设工作。具体地，如图9所示，先在花篮柱结构10内侧沿环向搭建多个临时支架A。进一步地，在花篮柱结构10中心布设另一临时支架A。特别地，本发明中，临时支架A可以采用塔吊标准节，顶部横梁为工字钢。进一步地，临时支架A顶部可设置临时操作平台，并在平台四周围设栏杆。

根据一种优选实施方式，如图9所示，临时支架A固定后可在其四周拉设缆风绳以用于将各临时支架A再次固定。进一步地，在临时支架A顶部搭建若干分配梁50。具体而言，若干分配梁50连接相邻临时支架A以在顶部构造出一多边形平台(如图9所示的五边形)。另外，参见图9，各分配梁50的端部各自通过一连接梁连接到该多边形平台的中心临时支架A，从而，该多边形平台被基本均分为多个部段(如三角形平台，且优选正三角形)平台。特别地，本发明中，缆风绳主要在临时支撑、花篮柱拱形结构、幕墙结构倾斜柱构件吊装中未形成结构体系时，起维持局部稳定，避免倾覆的作用。

根据一种优选实施方式，如图9所示，在各部段平台内以与分配梁50基本平行的方式间隙布设一道或多道横梁60。进一步地，可在各横梁60表面铺设跳板(如木质跳板)。此外，在相邻横梁60之间可布设一道或多道连接板70(如角钢)，以填补横梁60间空隙从而形成能够作为支撑并用于负载人和/或物的操作平台。特别地，分配梁50和横梁60具体可以是钢筋粱。分配梁50和横梁60的型号规格应当根据具体的应用场景及工程要求来确定。

根据一种优选实施方式，在图9所示的临时操作平台的搭设工作完成后，可以进行弦支穹顶结构20的搭建。

根据一种优选实施方式，图10示出了弦支穹顶结构20的第一花瓣网壳单元的装配过程。具体地，在图9所示的临时操作平台搭设完毕后，在该临时操作平台顶部沿其中心依次环向(如沿逆时针方向)布设多个第一花瓣网壳单体201从而形成第一花瓣网壳单元。例如，第一花瓣网壳单元可以由5个第一花瓣网壳单体201组成。

进一步地，图11示出了弦支穹顶结构20的第二花瓣网壳单元的装配过程。具体地，在临时操作平台顶部安装完如图10所示的第一花瓣网壳单元之后，沿第一花瓣网壳单体201或第一花瓣网壳单元周向(如沿逆时针方向)依次布设多个第二花瓣网壳单体202从而形成第二花瓣网壳单元。例如，第二花瓣网壳单元可以由5个第二花瓣网壳单体202组成。

根据一种优选实施方式，参见图11，在第二花瓣网壳单元安装完成后，在相邻第二花瓣网壳单体202之间布设第三花瓣网壳单元。具体地，第三花瓣网壳单元可由一个或多个第三花瓣网壳单体203构成。进一步地，第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元和第三花瓣网壳单元彼此耦合可以构成如图11所示的平面花瓣网壳结构。

特别地，第一花瓣网壳单体201和第二花瓣网壳单体202大致呈相同或相似的花瓣网面结构。此外，第一花瓣网壳单体201和第二花瓣网壳单体202可分别由不同数量的曲形杆体交叉组合形成。第三花瓣网壳单体203可以是由若干短杆构成的类花瓣结构。

根据一种优选实施方式，本发明中，由若干第一花瓣网壳单体201、第二花瓣网壳单体202和第三花瓣网壳单体203构成的平面花瓣网壳结构可以是通过地面拼装、分段吊装的方式进行安装。

根据一种优选实施方式，图12示出了连接在第一环形粱103和由第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元和第三花瓣网壳单元彼此耦合组成的平面花瓣网壳结构之间的第三网壳单元的装配过程。具体地，利用吊装设备在第一环形粱103和平面花瓣网壳结构之间沿环向依次装设多个第三网壳单体204以形成第三网壳单元。

具体而言，各第三网壳单体204的一端连接至第一环形粱103，另一端则连接至第二花瓣网壳单体202和/或第三花瓣网壳单体203。本发明中，在布设第三网壳单元之时，可以分别从平面花瓣网壳结构两侧沿第二旋转方向(如图12所示逆时针方向)依次布设若干第三网壳单体204。进一步地，各第三网壳单体204之间可以通过如前文所述的嵌补杆进行连接。嵌补杆例如可以连接在相邻第三网壳单体204的相邻横杆之间。特别地，不同于第一网壳单体102和第二网壳单体104一类大致沿竖直面延伸的曲面网壳结构，第三网壳单体204为基本在平面内延伸的具有特定曲率的平面网壳结构。

根据一种优选实施方式，图13示出了花篮柱结构10和弦支穹顶结构20的装配结构示意图。具体地，当需要在花篮柱结构10顶部安装花瓣网壳单元(如第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元和第三花瓣网壳单元)之时，可以在第一环形粱103上方和/或内侧布设第二环形粱205。进一步地，若干第三网壳单体204可以连接到第二环形粱205。

根据一种优选实施方式，图14至图16示出了幕墙结构30的装配或施工流程。

根据一种优选实施方式，图14示出了在花篮柱结构10和弦支穹顶结构20构成的耦合体外围构造作为幕墙结构30的基体的弯扭形箱梁305的装配过程。具体地，利用吊装设备在花篮柱结构10和弦支穹顶结构20构成的耦合体外围沿一基本呈弯扭形的椭圆间隙布设若干倾斜支撑柱301和/或幕墙柱304。具体而言，若干倾斜支撑柱301间隙布设在花篮柱结构10和弦支穹顶结构20构成的耦合体的部分外侧，若干幕墙柱304则间隙布设在花篮柱结构10和弦支穹顶结构20构成的耦合体的其余外侧，从而，若干倾斜支撑柱301和幕墙柱304将花篮柱结构10和弦支穹顶结构20组成的耦合体从外侧包围环绕。

进一步地，在若干倾斜支撑柱301上可设置有用于后续在幕墙结构30的部分外周面构造挑檐结构40的成片衍架302。特别地，在倾斜支撑柱301和成片衍架302连接构造完成后，可以通过拉设倒链方式在倾斜支撑柱301上增加临时支撑柱302(如工字钢支撑)来保证倾斜支撑柱301的稳定。优选地，可以预先将倾斜支撑柱301与成片衍架302进行拼装，在将其吊装至目标位置后，再增设临时倾斜支撑(如临时支撑柱302)。

根据一种优选实施方式，参见图14，在倾斜支撑柱301和幕墙柱304布设完毕后，将弯扭形箱梁305进行分段吊装以在倾斜支撑柱301和幕墙柱304顶部形成连续且封闭的弯扭形箱梁305。此外，在安装幕墙结构30时，需在弯扭形箱梁305上方以相邻安全立桩间距以内为原则设置安全立桩，并使用钢丝绳分两道上下间距预定安全距离固定在安全立桩上。特别地，安全立桩间距通常由设计人员根据工艺需求来确定。

根据一种优选实施方式，图15示出了在弦支穹顶结构20外侧布设幕墙网壳单元的装配过程。具体地，利用吊装设备在弦支穹顶结构20和弯扭形箱梁305之间沿环向按照相互交错的方式依次布设多个幕墙主梁306和幕墙次梁307以形成幕墙网壳单元。特别地，从图15所示的视角观察，若干幕墙主梁306和幕墙次梁307基本以彼此交错的形态形成在弦支穹顶结构20周向。

具体而言，参见图15，在布设幕墙网壳单元之时，可以分别从弦支穹顶结构20两侧沿第一旋转方向(如顺时针方向)依次布设预定数量的幕墙主梁306。进一步地，在预定数量的幕墙主梁306安装完成后，可以在幕墙主梁306下方安装幕墙次梁307以将相邻幕墙主梁306耦合。特别地，幕墙主梁306和/或幕墙次梁307的一端可以耦接到花篮柱结构10顶部的第一环形粱103。幕墙主梁306和/或幕墙次梁307的另一端可朝弯扭形箱梁305延伸并耦接到弯扭形箱梁305，并且，幕墙主梁306和/或幕墙次梁307耦接到弯扭形箱梁305的一端部分穿出弯扭形箱梁305。

根据一种优选实施方式，图16示出了在幕墙结构30的部分周侧面布设挑檐结构40的装配过程。具体地，如图16和图17所示，在幕墙网壳单元的部分周侧面安装能够将部分幕墙主梁306的外端面(即幕墙主梁306延伸并穿出弯扭形箱梁305的一端)闭合的挑檐主梁401，并在挑檐主梁401下方连接第一挑檐次梁402。具体而言，本发明中，挑檐结构40可以设置在倾斜支撑柱301所在一侧。

进一步地，参见图17，在第一挑檐次梁402的径向外侧以基本平行的方式连接第二挑檐次梁403。特别地，如图17所示，挑檐结构40可以安装在倾斜支撑柱301所在一侧，并且，第一挑檐次梁402和第二挑檐次梁403可以连接到倾斜支撑柱301(具体可以是倾斜支撑柱301上布设的成片衍架302)，从而，第一挑檐次梁402和第二挑檐次梁403可以耦接到幕墙结构30，以在幕墙结构30部分外侧形成挑檐结构40。特别地，倾斜支撑柱301和幕墙柱304可以是基本相同的，仅是在高度、位置和/方向上存在区别，并且这些区别主要是为后续安装挑檐结构40而考量。

根据一种优选实施方式，在安装第一挑檐次梁402和第二挑檐次梁403时，可以采用以每两根钢柱横梁为一组地面拼装、整体起吊的方式进行安装。

特别地，环形弦支穹顶网壳钢结构通常应包含本发明所述的花篮柱结构10、弦支穹顶结构20和幕墙结构30，而在一些可选实施方式中，挑檐结构40则可以是有选择地。

根据一种优选实施方式，在将上述的花篮柱结构10、弦支穹顶结构20、幕墙结构30以及挑檐结构40装配完成后，需要分区分步依次卸除各结构区域中的临时支撑体系。具体地，总体卸载顺序可以是弦支穹顶结构区→花篮柱支承结构区。特别地，花篮柱支承结构区采用地面拼装小单元后整体吊装施工，待所有单元安装完成、嵌补杆件全部安装完成后等待屋盖弦支穹顶结构一同完成即可卸载。本发明中，可以利用支撑架顶部预设的千斤顶逐级减荷载的方式进行卸载，各支撑的卸载尽量保持同步进行。

根据一种优选实施方式，为了保证安全有序的卸载，在卸载过程中需要对卸载分区结构进行变形观测。特别地，变形观测点可以布置在结构边缘、变形较大区域以及相邻支撑结构跨中位置中的一个或多个。举例而言，变形观测点可以布置在靠近临时支承位置杆件的下表面。变形观测点的具体做法是根据选定的观测点位置，在分块拼装完成后将观测点做好标记，然后在标记位置贴上反射贴片，观测时仪器架在结构下方。

根据一种优选实施方式，本发明中，缆风绳主要在临时支撑、花篮柱拱形结构、幕墙结构倾斜柱构件吊装中未形成结构体系时，起维持局部稳定，避免倾覆的作用。

根据一种优选实施方式，图18至图21示出了针对环形弦支穹顶网壳结构执行拉索工程的具体施工流程。具体地，本发明所述的环形弦支穹顶网壳钢结构可含有内外两侧拉索结构，张拉时两层拉索体系应交叉张拉，逐级张拉，先张拉内侧索体，后张拉外侧索体。通过主动张拉径向索的方法在结构中建立所需的预应力。径向索分2个阶段(预紧—>70％—>100％)张拉。拉索张拉完成后，使用千斤顶与工装完成卸载工作。卸载顺序为：屋盖弦支穹顶结构区→花篮柱支承结构区。

根据一种优选实施方式，本发明中，张拉分批分组：内圈径向索分为2组，第1组为内径向索2、3、5，第2组为内径向索1、4；外圈径向索分为3组，第1组为外径向索3、5、9，第2组为外径向索4、8、10，第3组为外径向索1、2、6、7。具体地，径向索的张拉分为两个阶段，第一级/阶段张拉先张拉内圈索后张拉外圈索，且内圈按照1组、2组的顺序依次张拉；第2级/阶段张拉先张拉外圈索后张拉内圈内，并内圈按照1组、2组的顺序依次张拉。

根据一种优选实施方式，图18示出了第一阶段张拉内圈径向索的工艺流程，即：第一步张拉内径向索2、3、5(参见图18a)，第二步张拉内径向索1、4(参见图18b)。

根据一种优选实施方式，图19示出了第一阶段张拉外圈径向索的工艺流程，即：第一步先张拉外径向索3、5、9(参见图19a)，第二步张拉外径向索4、8、10(参见图19b)，第三步张拉外径向索1、2、6、7(参见图19c)。

根据一种优选实施方式，图20示出了第二阶段张拉外圈径向索的工艺流程，即：第一步张拉外径向索1、2、6、7(参见图20a)，第一步张拉外径向索4、8、10(参见图20b)，第三步张拉外径向索3、5、9(参见图20c)。

根据一种优选实施方式，图21示出了第二阶段张拉内圈径向索的工艺流程，即：第一步张拉内径向索2、3、5(参见图21a)，第二步张拉内径向索1、4(参见图21b)。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法，其特征在于，包括：

安装花篮柱结构(10)：布设至少一对拱形花篮柱(101)，

在所述至少一对拱形花篮柱(101)之间环向布设第一网壳单元，

在所述第一网壳单元上方布设第一环形粱(103)，

在所述第一环形粱(103)和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元；

安装弦支穹顶结构(20)：在所述第一环形粱(103)径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构(20)；和

安装幕墙结构(30)：在所述花篮柱结构(10)径向外侧环向布设若干幕墙柱(304)，

在所述幕墙柱(304)顶部布设弯扭形箱梁(305)，

在所述弯扭形箱梁(305)和第一环形粱(103)之间环向布设幕墙网壳单元。

2.一种环形弦支穹顶网壳钢结构的施工方法，其特征在于，包括：

安装花篮柱结构(10)：布设至少一对拱形花篮柱(101)，

在所述至少一对拱形花篮柱(101)之间环向布设第一网壳单元，

在所述第一网壳单元上方布设第一环形粱(103)，

在所述第一环形粱(103)和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元；

安装弦支穹顶结构(20)：在所述第一环形粱(103)径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构(20)；

安装幕墙结构(30)：在所述花篮柱结构(10)径向外侧环向布设若干幕墙柱(304)，

在所述幕墙柱(304)顶部布设弯扭形箱梁(305)，

在所述弯扭形箱梁(305)和第一环形粱(103)之间环向布设幕墙网壳单元；和

安装挑檐结构(40)：在幕墙网壳单元的部分周侧面安装挑檐主梁(401)，并在所述挑檐主梁(401)下方连接挑檐次梁。

3.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述至少一对拱形花篮柱(101)之间环向布设第一网壳单元包括：

从所述至少一对拱形花篮柱(101)各自相对的一侧沿预设旋转方向依次布设若干第一网壳单体(102)，使得所述若干第一网壳单体(102)彼此耦合形成所述第一网壳单元。

4.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述第一网壳单元上方布设第一环形粱(103)包括：

在所述第一网壳单元径向外侧搭建多个可操作的临时支架B；

从所述临时支架B一侧顶部分别沿其两端相向逐节安装所述第一环形粱(103)。

5.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述第一环形粱(103)和第一网壳单元之间环向布设第二网壳单元包括：

在所述第一环形粱(103)径向内侧分别从两侧沿预定旋转方向依次布设若干第二网壳单体(104)，使得所述若干第二网壳单体(104)彼此耦合形成所述第二网壳单元。

6.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述第一环形粱(103)径向内侧从内至外依次环向布设第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元以形成平面花瓣网壳结构的弦支穹顶结构(20)包括：

在所述第一网壳单元径向内侧搭建多个可操作的临时支架A，并在所述临时支架A顶部搭建临时操作平台；

在所述临时操作平台表面沿预定旋转方向依次布设若干第一花瓣网壳单体(201)以形成第一花瓣网壳单元；

在所述第一花瓣网壳单元径向外侧沿预定旋转方向依次布设若干第二花瓣网壳单体(202)以形成第二花瓣网壳单元；

沿预定旋转方向依次在相邻第二花瓣网壳单体(202)之间布设若干第三花瓣网壳单体(203)以形成第三花瓣网壳单元；和

在所述第二花瓣网壳单元和/或第三花瓣网壳单元径向外侧沿预定旋转方向依次布设若干第三网壳单体(204)以形成第三网壳单元。

7.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述弯扭形箱梁(305)和第一环形粱(103)之间环向布设幕墙网壳单元包括：

在所述弯扭形箱梁(305)径向内侧分别从两侧沿预定旋转方向依次布设若干交错排布的幕墙主梁(306)和幕墙次梁(307)，使得所述若干交错排布的幕墙主梁(306)和幕墙次梁(307)彼此耦合形成所述幕墙网壳单元。

8.根据权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，还包括对所述环形弦支穹顶网壳钢结构，尤其是弦支穹顶结构(20)进行内外拉索交叉逐级张拉，所述内外拉索交叉逐级张拉包括：

对所述弦支穹顶结构(20)进行至少两级拉索张拉，其中，

在一级拉索张拉过程中，先分组张拉一个或多个内径向索，再分组张拉一个或多个外径向索；

在二级拉索张拉过程中，先分组张拉一个或多个外径向索，再分组张拉一个或多个内径向索。

9.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述在所述挑檐主梁(401)下方连接挑檐次梁包括：

在所述挑檐主梁(401)下方连接第一挑檐次梁(402)；

在所述第一挑檐次梁(402)径向外侧连接第二挑檐次梁(403)。

10.一种环形弦支穹顶网壳钢结构，其特征在于，包括：

花篮柱结构(10)，包括至少一对拱形花篮柱(101)，

第一网壳单元，环向布设于所述至少一对拱形花篮柱(101)之间，

第一环形粱(103)，布设于所述第一网壳单元顶部，

第二网壳单元，环向布设并耦合于所述第一环形粱(103)和第一网壳单元之间；

弦支穹顶结构(20)，包括在所述第一环形粱(103)径向内侧从内至外依次环向布设的第一花瓣网壳单元、第二花瓣网壳单元、第三花瓣网壳单元和/或第三网壳单元；

幕墙结构(30)，包括环向布设于所述花篮柱结构(10)径向外侧的若干幕墙柱(304)，

弯扭形箱梁(305)，布设于所述幕墙柱(304)顶部，

幕墙网壳单元，环向布设并耦合于所述弯扭形箱梁(305)和第一环形粱(103)之间；和

挑檐结构(40)，包括布设于所述幕墙网壳单元的部分周侧面的挑檐主梁(401)，

挑檐次梁，连接至所述挑檐主梁(401)下方。