CN117684779B - 既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法。内置加强索网复合结构体系包括：既有网格结构，呈环状布置；内环索，设置于既有网格结构屋盖的环形内圈，作为该复合结构体系的内部边界；多组支撑塔，呈环状分布，设置于既有网格结构屋盖的下边缘；多组上径向索围绕内环索呈环状辐射分布，内端连接于内环索，外端连接于支撑塔；多组下径向索，围绕内环索呈环状辐射分布，内端连接于内环索，外端连接于支撑塔。本发明将简单索网与支撑塔结合，与既有网格结构形成一种大跨度加强索网复合网格结构体系，在不拆除既有网格结构的情况下完成对旧结构体系的功能性改造，施工简单方便，大大提高了建筑的承载能力及抗倒塌能力。

Description

既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程施工技术领域，尤其是建筑结构性能改造提升技术领域，具体为一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法。

背景技术

随着结构形式的不断更新，大跨空间的公共建筑也犹如雨后春笋拔地而起。对于前几十年或上世纪的大型公共建筑，其功能性、安全性和可持续性已不满足现阶段的需求。因此，需对大跨空间的公共建筑进行加固或改造，使其具有多功能性，满足新的安全性和可持续性功能要求，以此促进城市发展，并支持各种大型活动赛事的举办。

目前对于大跨空间的公共建筑的改造往往考虑拆除原结构再根据需求改变其结构体系进行重新建设，这种传统方法不仅粗犷而且存在耗费人力、物力、财力以及增加施工成本的缺点。此外，对于传统网格结构的加固或性能改造，还不可避免与原结构产生焊接或联系。为满足现有荷载规范或对原结构增加附属功能，例如在建筑上悬挂大型显示屏或灯光设施等改造要求，都难免与原结构产生联系并进行力的传递。这些改造要求，一定程度上增加了改造的设计成本，增大了旧有建筑倒塌的风险。

基于此，如何解决或优化大跨空间网格建筑结构功能性改造是现阶段旧建筑变新建筑的关键难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法，通过在既有网格结构体系中设置加强索网，通过加强索网的合理布局使其形成稳定结构体系，同时起着承担附加功能性荷载的作用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明首先提供一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系，包括：既有网格结构，整体呈环状；内环索，所述内环索环形设置于既有网格结构屋盖的环形内圈，作为该复合结构体系的内部边界；多组支撑塔，所述多组支撑塔呈环状分布，设置于既有网格结构屋盖的下边缘；多组上径向索，所述多组上径向索围绕所述内环索呈环状辐射分布，内端连接于所述内环索，外端连接于所述支撑塔；多组下径向索，所述多组下径向索围绕所述内环索呈环状辐射分布，内端连接于所述内环索，外端连接于所述支撑塔。通过将简单索网与支撑塔结合，与既有网格结构形成一种大跨度加强索网复合网格结构体系，在不拆除既有网格结构的情况下完成对旧结构体系的功能性改造，避免了对原结构的改造设计。

在一些较佳实施例中，多组所述上径向索穿过既有网格结构屋盖内部，并且不与内部杆系发生碰撞和约束；多组所述下径向索与所述既有网格结构屋盖的下弦水平，并且不与下弦发生碰撞和约束。

在一些较佳实施例中，每一组所述上径向索与每一组所述支撑塔一一对应设置，每一组所述下径向索与每一组所述支撑塔交替间隔设置。

在一些较佳实施例中，每一组所述上径向索设置有一根，每一组所述下径向索设置有两根，两根所述下径向索分别与左右相邻的一根所述上径向索由同一索夹在所述内环索上连接固定。

在一些较佳实施例中，设置下径向索的支撑塔上的上径向索单独用索夹连接固定在内环索上，未设置下径向索的支撑塔上的上径向索与其左右相邻的两个设置下径向索的支撑塔上的一根下径向索由同一索夹连接固定在内环索上。

在一些较佳实施例中，还包括多个悬挂桁架，所述多个悬挂桁架安装于所述内环索上，用于固定相关设备。

在一些较佳实施例中，所述支撑塔主体形状呈锥形，由多根圆钢管组装而成，固定安装于既有网格结构屋盖下方的平台上。

在一些较佳实施例中，所述支撑塔的高度不超过所述既有网格结构屋盖的标高，顶部标高在所述既有网格结构屋盖高度的2/3~3/4处。

在一些较佳实施例中，所述支撑塔上设置有张拉工装件，所述上径向索、下径向索的外端通过所述张拉工装件与所述支撑塔连接。

在一些较佳实施例中，所述内环索的张拉形状为圆环形或马鞍形。

本发明还提供一种根据所述内置加强索网复合结构体系的安装施工方法，包括如下步骤：S10，在既有网格结构下部安装支撑框架，作为施工平台，同时将支撑塔根据设计定位安装固定于既有网格结构屋盖下方的平台上；S20，在地面搭建铺索平台，进行内环索的铺设，同时在内环索的相应位置安装索夹；S30，按设计位置铺设上径向索，同时与内环索的索夹连接；S40，提升内环索和上径向索到施工平台，将内环索放置在施工平台上，将上径向索穿过既有网格结构屋盖，并与支撑塔相连；S50，张拉上径向索；S60，在地面进行下径向索的铺设，并将其提升至施工平台与内环索的索夹连接；S70，张拉下径向索；S80，在内环索上安装悬挂桁架；S90，再次张拉上径向索与下径向索，保证索网的整体形态与高度；S100，拆除施工平台。

有益效果：本发明提供了一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法，在不增加既有结构负担的情况下，这种加强索网复合结构体系不仅施工方便、还能节约设计成本，同时为满足改造要求的方案提供了新思路和新方法。本发明克服了现有技术的不足，包括但不限于如下具体的有益效果：（1）本发明提出的内置加强索网复合结构体系，将简单索网与支撑塔结合，与既有网格结构形成一种大跨度内置加强索网复合结构体系，在不拆除既有网格结构的情况下完成对旧结构体系的功能性改造，避免了对原结构的改造设计。（2）本发明提出的内置加强索网复合结构体系，将LED大显示屏或灯光箱等附属结构或附加功能设置在悬挂桁架上，通过悬挂在内环索上的平面桁架承重，降低原结构的负担，同时使整体结构简洁美观。（3）本发明提出的内置加强索网复合结构体系，将单层索网与双层索网交错布置，两种与径向索连接形式不同的支撑塔交错布置，降低施工成本的同时也能够大大提高建筑的承载能力及抗倒塌能力。（4）本发明提出的内置加强索网复合结构体系，形状可以根据原结构体系进行调整，适用多种造型的大跨空间的公共建筑。（5）本发明提出的内置加强索网复合结构体系，在安装施工上操作简便，可提前预制，装配时设置临时脚手架将内环索和上下径向索提升到指定位置，再通过调整拉索预应力使得整体满足形态要求，可大大节约工期，提高建设速度。

应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1示出本发明一种较佳实施方式的整体立体结构示意图；

图2示出本发明一种较佳实施方式的整体俯视示意图；

图3示出本发明一种较佳实施方式的局部侧视示意图；

图4示出本发明一种较佳实施方式的支撑塔示意图；

图5示出一种既有网格结构示意图。

图中：1、既有网格结构屋盖；2、内环索；3、支撑塔；301、圆钢管；302、张拉工装件；4、上径向索；5、下径向索；6、悬挂桁架；7、支撑框架。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明针对现有技术的不足，本发明提出一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系及安装施工方法，通过在既有网格结构体系中设置加强索网，通过加强索网的合理布局使其形成稳定结构体系，同时起着承担附加功能性荷载的作用。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明首先提供一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系，参见图1至图3，主要包括：原始结构和增设的索网体系。原始结构主要是指既有网格结构，在此基础上进行加固提升结构性能。

需要说明的是，既有网格结构是包括网架、曲面型网壳以及立体桁架等上部空间结构和下部的墙、柱、基础，例如传统的桁架结构，具体不做限制。既有网格结构整体呈环形，例如圆环形、马鞍形，如图5所示。增设的加强索网复合结构体系可以根据既有结构体系形状进行调整，以满足实际工程需要。

增设的索网体系主要包括：内环索2，环形设置于既有网格结构屋盖1的环形内圈，作为该复合结构体系的内部边界；多组支撑塔3，呈环状分布，设置于既有网格结构屋盖1的下边缘；多组上径向索4，围绕内环索2呈环状辐射分布，内端连接于内环索2，外端连接于支撑塔3；多组下径向索5，围绕内环索2呈环状辐射分布，内端连接于内环索2，外端连接于支撑塔3。本发明提出的加强索网复合结构体系，在既有网格结构的基础上，将简单索网与支撑塔3结合，与既有网格结构形成一种大跨度加强索网复合网格结构体系。在不拆除既有网格结构的情况下，即可完成对旧结构体系的功能性改造，避免了对原结构的改造设计，施工方便、节约设计成本。

还需要说明的是，在本发明的加强索网复合结构体系中，内环索4起到张拉径向索的作用；上径向索4为承重索，主要用于为整个复合结构体系负载；下径向索5为调节索，主要用于调节拉力，维持索网结构稳定。上径向索4和下径向索5能够通过调整张拉力满足形成空间结构的形态变化。支撑塔3、上径向索4、下径向索5和内环索2组成自平衡体系，形成辐射形索网，与既有网格结构不产生联系和相互影响，传力路径明确，不给原结构造成荷载负担。

继续参见图2、图3，多组上径向索4穿过既有网格结构屋盖1内部，并且不与内部杆系发生碰撞和约束；多组下径向索5与既有网格结构屋盖1的下弦水平，并且不与下弦发生碰撞和约束。这里不发生碰撞和约束指的是，增设的加强索网复合结构体系不与既有网格结构产生任何联系，不进行力的传递，既有网格结构无需增加任何新的负载，对既有网格结构不造成任何影响和改变，这样设计可以使施工工艺难度降低。

继续参见图2、图3，若上径向索4、下径向索5均与支撑塔3一一对应设置，上径向索4与下径向索5设置的太多，则用索量将大大增加，造成材料浪费；若上径向索4或下径向索5设置的太少，例如仅设置上径向索4或间隔太多，则不满足性能使用要求。考虑到上径向索4为承重索，主要用于承受体系负载，下径向索5为调节索，主要用于调整索网结构形态，可以不用在每组支撑塔3上都设置，本发明采用交叉布置结构，每一组上径向索4与每一组支撑塔3一一对应设置，每一组下径向索5与每一组支撑塔3交替间隔设置，即支撑塔3包括两种，一种是未设置下径向索的支撑塔，一种是设置下径向索的支撑塔。也就是说，仅连接一组上径向索4的支撑塔3，与同时连接一组上径向索4和一组下径向索5的支撑塔3交错分布，整体呈环形设置。这种连接方式将大跨空间建筑因功能性提升或改变引起的附加荷载通过上径向索4传递至支撑塔3，大大提高了建筑的承载能力及抗倒塌能力，即保证了结构的安全使用同时降低了施工成本。

继续参见图1、图2，每一组上径向索4设置有一根，每一组下径向索5设置有两根，两根下径向索5分别与左右相邻的一根上径向索4由同一索夹在内环索2上连接固定。也就是说，两根下径向索5分别与左右相邻的一根上径向索4在内环索2上汇交于一点，汇交后用同一索夹固定在内环索2上。容易理解的是，与两种支撑塔3对应，上径向索4也存在两种，上径向索4与内环索2的连接形式相应也有两种，一种是设置下径向索5的支撑塔3上的一根上径向索4内端单独用索夹（图中未示出）连接固定在内环索2上；另一种是未设置下径向索5的支撑塔3上的一根上径向索4与其左右相邻的两个设置下径向索5的支撑塔3上的一根下径向索5内端（共三根索）由同一索夹在内环索2上连接固定，换句话说，一个支撑塔3上的两根下径向索5中的任意一根与相邻的一个支撑塔3上的一根上径向索4以及间隔的一个支撑塔3上的一根下径向索5内端（共三根索）由同一索夹在内环索2上连接固定。这两种连接形式在内环索2上同样是交错分布设置，形成了单层索网与双层索网结合的复合结构体系，提升了建筑的稳定性和承载能力。

继续参见图1，本发明提出的既有网格结构内置加强索网复合结构体系包括多个悬挂桁架6，是一种平面桁架，形状可根据实际需要设计，安装于内环索2上，用于固定相关设备。例如，增设LED大显示屏或灯光等设施，用来对原有建筑进行功能性提升。容易理解的是，悬挂桁架6是一种附属结构，只是为了更好的承担因功能性改变产生的附加荷载，悬挂桁架6的具体形式本发明不做要求，能满足实际功能性需要即可。相关设备可通过悬挂在内环索2上的悬挂桁架6承重，同时既有网格结构无需承担负载，使索网整体结构简洁美观。需要说明的是，附加荷载由悬挂桁架6承受，力通过内环索2传递至上径向索4，最终传递至支撑塔3和下部的基础上。

参见图4，支撑塔3主体形状呈锥形，可由任何截面形状杆件组成，通常情况下，由多根圆钢管301组装而成，圆钢管301直径大小根据上径向索4、下径向索5受力的大小选择。多根圆钢管一端共同焊接于一点，作为锥形的顶点，多根圆钢管的另一端作为支撑塔3的多条支腿，固定安装于既有网格结构的基础上。容易理解的是，既有网格结构的基础包括建筑下部的墙、柱等，也可以是平坦的基础结构，用于固定支撑塔3。支撑塔3与原建筑的基础结构可采用柱脚螺栓连接。

在一些实施例中，支撑塔3主体由四根圆钢管301组成，前面两根斜圆钢管301用来承受压力，后两根竖圆钢管301用来承受拉力，支撑塔3整体形成稳定结构。

继续参见图3，支撑塔3的高度不超过既有网格结构屋盖1的高度，支撑塔顶部标高在既有网格结构屋盖1高度的2/3~3/4处，避免安装后上径向索4与水平面夹角过小，夹角过小易导致上径向索4的传力效率降低。也就是说，支撑塔3的锥形顶点不超过既有网格结构屋盖1的最高点，最好在既有网格结构屋盖1高度之下。

继续参见图4，支撑塔上设置有张拉工装件302，上径向索4、下径向索5的外端通过张拉工装件302与支撑塔3连接。张拉工装件302可以焊接在支撑塔3上，也可以活动安装在支撑塔3上，本发明不做任何限制。在一些实施例中，一个张拉工装件302设置在支撑塔3的锥形顶点上，为圆柱体空心结构，圆柱体内槽直径与上径向索4截面直径相匹配，安装时保证上径向索4可以进入圆柱体预设的内槽并固定。另外一个张拉工装件302设置于支撑塔3的中部位置，可以保证两根下径向索5的外端汇交于一点后，用张拉工装件302固定在支撑塔3上。

继续参见图1、图2，内环索2的张拉形状与既有网格结构屋盖1保持一致，为圆环形或马鞍形，或者其他环形。内环索2作为该复合结构体系的内部边界，承担着张拉上径向索4的作用，同时承担支撑悬挂桁架6的作用。

需要说明的是，在本发明的索网复合结构体系中，上径向索4、下径向索5、以及内环索2的索形式可选用螺旋状钢丝束、全封闭锁紧钢丝束、带防腐护套的平行钢丝束。索的材质则可选用密闭索、CFRP索、不锈钢拉索、高钒索。索形式与索材质都可根据具体需求灵活选用，结构应用广泛。

最后，本发明还提供一种安装上述既有网格结构内置加强索网复合结构体系的施工方法，具体包括如下步骤：

S10，在既有网格结构下部安装支撑框架7，作为施工平台，同时将支撑塔3根据设计定位安装固定于既有网格结构屋盖1下方的平台上；

S20，在地面搭建铺索平台，进行内环索2的铺设，同时在内环索2的相应位置安装索夹；

S30，按设计位置铺设上径向索4，同时与内环索2的索夹连接；

S40，提升内环索2和上径向索4到施工平台，将内环索2放置在施工平台上，将上径向索4穿过既有网格结构屋盖1，并与支撑塔3相连；

S50，张拉上径向索4；

S60，在地面进行下径向索5的铺设，并将其提升至施工平台与内环索2的索夹连接；

S70，张拉下径向索5；

S80，在内环索2上安装悬挂桁架6；

S90，再次张拉上径向索4与下径向索5，保证索网的整体形态与高度；其中索网的变形自初始预应力状态之后要满足现行标准《索结构技术规程》JGJ 257-2012，且应同时满足索网变形限值为既有网格结构的内部空间尺寸；

S100，拆除施工平台。

本发明提出的加强索网复合结构体系在施工上操作简便，可提前预制，装配时设置临时脚手架提升内环索和上下径向索到指定位置，再调整拉索预应力使得整体满足形态要求即可，可大大节约工期，提高建设速度。

虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本发明的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种既有网格结构内置加强索网复合结构体系，在不拆除既有网格结构的情况下完成对既有网格结构的性能改造提升，其特征在于，包括：

既有网格结构，整体呈环状；

内环索，所述内环索环形设置于既有网格结构屋盖的环形内圈，作为该复合结构体系的内部边界；

多组支撑塔，所述多组支撑塔呈环状分布，设置于既有网格结构屋盖的下方外边缘；所述支撑塔上设置有张拉工装件，上径向索、下径向索的外端通过所述张拉工装件与所述支撑塔连接；

多组上径向索，所述多组上径向索围绕所述内环索呈环状辐射分布，内端连接于所述内环索，外端连接于所述支撑塔；

多组下径向索，所述多组下径向索围绕所述内环索呈环状辐射分布，内端连接于所述内环索，外端连接于所述支撑塔；并且

每一组所述上径向索与每一组所述支撑塔一一对应设置，每一组所述下径向索与每一组所述支撑塔交替间隔设置；以及

每一组所述上径向索设置有一根，每一组所述下径向索设置有两根，两根所述下径向索分别与左右相邻的一根所述上径向索由同一索夹在所述内环索上连接固定。

2.根据权利要求1所述的内置加强索网复合结构体系，其特征在于，多组所述上径向索穿过既有网格结构屋盖内部，并且不与内部杆系发生碰撞和约束；多组所述下径向索与所述既有网格结构屋盖的下弦水平，并且不与下弦发生碰撞和约束。

3.根据权利要求1所述的内置加强索网复合结构体系，其特征在于，设置下径向索的支撑塔上的上径向索单独用索夹连接固定在内环索上，未设置下径向索的支撑塔上的上径向索与其左右相邻的两个设置下径向索的支撑塔上的一根下径向索由同一索夹连接固定在内环索上。

4. 根据权利要求1至3任一项所述的内置加强索网复合结构体系，其特征在于，还包括多个悬挂桁架，所述多个悬挂桁架安装于所述内环索上，用于固定相关设备。

5.根据权利要求1至3任一项所述的内置加强索网复合结构体系，其特征在于，所述支撑塔主体形状呈锥形，由多根圆钢管组装而成，固定安装于既有网格结构屋盖下方的平台上；和/或

所述支撑塔的高度不超过所述既有网格结构屋盖的标高，顶部标高在所述既有网格结构屋盖高度的2/3~3/4处。

6.根据权利要求1至3任一项所述的内置加强索网复合结构体系，其特征在于，所述内环索的张拉形状为圆环形或马鞍形。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述内置加强索网复合结构体系的安装施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10，在既有网格结构下部安装支撑框架，作为施工平台，同时将支撑塔根据设计定位安装固定于既有网格结构屋盖下方的平台上；

S20，在地面搭建铺索平台，进行内环索的铺设，同时在内环索的相应位置安装索夹；

S30，按设计位置铺设上径向索，同时与内环索的索夹连接；

S40，提升内环索和上径向索到施工平台，将内环索放置在施工平台上，将上径向索穿过既有网格结构屋盖，并与支撑塔相连；

S50，张拉上径向索；

S60，在地面进行下径向索的铺设，并将其提升至施工平台与内环索的索夹连接；

S70，张拉下径向索；

S80，在内环索上安装悬挂桁架；

S90，再次张拉上径向索与下径向索，保证索网的整体形态与高度，并且索网变形自初始预应力状态之后应满足现行标准，同时满足索网变形限值为既有网格结构的内部空间尺寸；

S100，拆除施工平台。