WO2011026408A1 - 逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法 - Google Patents

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WO2011026408A1
WO2011026408A1 PCT/CN2010/076408 CN2010076408W WO2011026408A1 WO 2011026408 A1 WO2011026408 A1 WO 2011026408A1 CN 2010076408 W CN2010076408 W CN 2010076408W WO 2011026408 A1 WO2011026408 A1 WO 2011026408A1
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cable
cables
node
rod
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PCT/CN2010/076408
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卓新
王苗夫
董石麟
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浙江大学
浙江展诚建设集团股份有限公司
杭州进新工程软件有限公司
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
    • E04B7/08—Vaulted roofs
    • E04B7/10—Shell structures, e.g. of hyperbolic-parabolic shape; Grid-like formations acting as shell structures; Folded structures
    • E04B7/105—Grid-like structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
    • E04B7/14—Suspended roofs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/19—Three-dimensional framework structures
    • E04B2001/1996—Tensile-integrity structures, i.e. structures comprising compression struts connected through flexible tension members, e.g. cables

Definitions

  • the invention relates to a sunflower type cable dome structure system and a construction forming method, and particularly relates to a layer-by-layer double-ring sunflower type cable dome structure and a construction forming method.
  • the existing sunflower-shaped cable dome structure is a flexible system composed of a loop cable, a notochord (the upper chord cable), a slanting cable (lower slanting cable), a strut and a cable rod node, and relies on applying a prestress to provide a rigid system.
  • the generation of prestress and the formation of the structure are completed along with the construction process.
  • the connection between the cable rod node and the notochord (rod), the diagonal cable (rod), and the loop cable is a rotatable hinge relationship.
  • the prefabricated construction method of the built-up sunflower-shaped rope-story book top structure generally adopts the pre-stressed construction method of synchronously tensioning the inclined ropes or lifting the struts.
  • pre-stress is generated evenly.
  • This method of construction requires a large number of jacks and simultaneous clustering or jacking under the real-time control of the computer.
  • the existing cable dome structure has high requirements for the processing precision of the component fabrication and the control precision of the tensioning device.
  • Suo Duo is an advanced structural form with the lightest weight and highest structural efficiency among the large-span structures, only a few companies in developed countries have the ability to design and construct long-span cable dome structures.
  • the bottleneck problem is that the construction method and construction method of the existing cable dome structure determine that its successful construction has great dependence on the accuracy of component fabrication and the precision of prestressed construction. Otherwise, it cannot be built or even built.
  • the object of the present invention is to provide a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome structure and a construction forming method, and the modification of the existing sunflower-shaped cable dome structure system and the construction forming method thereof can make the construction get rid of the component fabrication precision and pre-stress
  • the excessive dependence on construction accuracy makes the construction forming method simpler, the construction quality is better, and the construction cost is lower.
  • the proposed new type of sunflower-shaped cable dome structure is called a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped dome structure.
  • the key technologies are as follows: (1) By changing the existing sunflower-type cable dome structure of each layer with only the lower ring rope, each layer has The sunflower-shaped cable dome structure system of the upper and lower continuous loops, and the existing difficult installation method of integral installation, integral tensioning or jacking rope structure is simplified to layer-by-layer installation Construction forming method of layer tensioning and layering superimposed cable bar structure. (2) By changing the structure of the cable rod joint, a slidable hinge relationship is formed between the cable and the cable rod joint during construction, so that the loop cable passes through each of the cable rods.
  • the prestress loss after the joint is close to zero, so that the internal forces of the adjacent two loops are equal, and finally the internal forces of the entire structure of the cable, the sling (rod), the strut and the like are in accordance with the design.
  • the ring cable and each cable rod node can be conveniently locked, so that a non-slidable and rotatable hinge relationship is formed between the cable and each cable rod node to improve the bearing of the overall structure. force.
  • the prestressed construction method of cluster control, pulling multiple slanting ropes (rods) or lifting a plurality of struts at one time is simplified into a prestressed construction method of pulling up the upper and lower loops at a time.
  • a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped dome structure is provided.
  • each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number, and the units of each layer are equally spaced, and the characteristics are:
  • the upper and lower ends of the strut are respectively respectively mounted with a cable tie node and a lower cable bar node; one side of the upper cable bar node connects the upper inclined cable of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable bar node is respectively connected with the upper upper inclined cable and the upper layer of the upper layer
  • the top layer is composed of an upper cable bar node, a lower cable bar node and a telescopic strut.
  • the upper cable bar node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable bar node connects all the lower sloping cables of the top layer
  • the telescopic struts are composed of two
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the upper cable bar node is an elliptical steel ring, and one narrow side of the elliptical steel ring is welded to the first and second ear plates respectively connected to the upper inclined cable of the layer, and the first and second ear plates are respectively Connecting with the upper slanting cable of the layer; welding the third and fourth ear plates of the two upper slanting cables respectively connected to the upper layer and the fifth of the lower slanting cables respectively connecting the upper layers to the other narrow side of the elliptical steel ring
  • the sixth ear plate, the third and fourth ear plates are respectively connected with the upper slanting cables of the upper layers, and the fifth and sixth ear plates are respectively connected with the lower slanting cables of the respective upper layers;
  • the wide side is provided with a hollow concave ring, and one side of the hollow concave ring is slidably connected with the upper ring.
  • the lower cable bar node is another elliptical steel ring, and one narrow side of the elliptical steel ring is welded with two seventh and eighth ear plates respectively connected to the lower inclined cable of the layer, and the seventh and eighth ear plates are respectively connected.
  • the two wide sides of the elliptical steel ring are provided with a hollow concave ring, and one side of the hollow concave ring is slidably connected with the lower ring cable.
  • the upper top cable bar node is equally divided with an ear plate corresponding to all the upper slanting cables of the top layer, and the corresponding number of ear plates are respectively connected to all the upper sloping cables of the top layer; the top lower cable bar nodes are equally arranged with The top layer of all the lower slanting cords has a corresponding number of ear plates, and the corresponding number of ear plates are respectively connected to all the lower slanting cables of the top layer.
  • a construction forming method for a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome structure Including one struts on the façade as a layer, each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number, and the units of each layer are equally spaced, and the characteristics are:
  • the upper and lower ends of the strut are respectively respectively mounted with a cable tie node and a lower cable bar node; one side of the upper cable bar node connects the upper inclined cable of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable bar node is respectively connected with the upper upper inclined cable and the upper layer of the upper layer
  • the top layer is composed of an upper cable bar node, a lower cable bar node and a telescopic strut.
  • the upper cable bar node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable bar node connects all the lower sloping cables of the top layer
  • the telescopic struts are composed of two
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the ring cable and the cable rod node are locked and fixed to form a non-slidable and rotatable hinge relationship, and then the roof layer is constructed on the structure.
  • each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number, and the units of each layer are equally spaced, and the characteristics are:
  • the upper and lower ends of the strut are respectively respectively mounted with a cable tie node and a lower cable bar node; one side of the upper cable bar node connects the upper inclined cable of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable bar node is respectively connected with the upper upper inclined cable and the upper layer of the upper layer
  • the top layer is composed of an upper cable bar node, a lower cable bar node and a telescopic strut.
  • the upper cable bar node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable bar node connects all the lower sloping cables of the top layer
  • the telescopic struts are composed of two
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the upper and lower loop cables are tensioned one by one, and the top layer of the loopless cable can be prestressed by elongating the intermediate stretchable strut in the middle layer until the construction of the overall cable dome structure is completed.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • Prestressed construction has high precision. During the construction and formation, the new cable rod node and the cable are in a slidable hinge relationship, and the friction between them is almost zero, so that the cable cables are connected between the cable segments of each cable and each layer. The internal forces between the lower sloping cables (rods) of each layer and between the struts of each layer are always equal or nearly equal under the prestressing force.
  • the new sunflower-type cable dome structure system shows that the deformation coordination ability of the structure under prestressing is enhanced during the construction and forming, so that the sensitivity of the component manufacturing error to the control prestressing precision is reduced, and the structural prestressing construction is controlled with high precision. It's easy.
  • the high quality prestressed construction accuracy guarantees the force performance of the overall structure.
  • the construction method is simple and the work efficiency is high.
  • the prestressing introduction method of pulling up and down the two loops of each layer from the bottom to the top and layer-by-layer synchronously is used instead of the existing structural cluster to stretch the plurality of slings or jacking up the plurality of struts.
  • the stress construction method not only reduces the construction difficulty, but also has high work efficiency and easy control.
  • Construction costs are low.
  • the pre-stress introduction method of simultaneously tensioning the upper and lower loops of each layer is used, and the tensioning device and the control method used are simple.
  • the friction between the cable rod node and the cable is almost zero, which facilitates the control of the prestressed construction precision, avoids the time, manpower and material resources of repeatedly adjusting the cable force, and greatly reduces the construction cost.
  • Figure 1 is a three-dimensional perspective view of the first layer of cable-stay structure of a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome.
  • Figure 2 is a three-dimensional perspective view of the second layer of cable-stay structure forming of a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome.
  • Fig. 3 is a three-dimensional perspective view of the formation of the third layer of the cable-stayed structure of the layer-by-layer double-ring sunflower type cable dome.
  • Figure 4 is a three-dimensional perspective view of the formation of a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome top cable bar structure.
  • Fig. 5 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the cable-rod node on the layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome structure.
  • Figure 6 is an elevational view of the upper and lower cable bar nodes and the strut assembly.
  • Figure 7 is an elevational view of the upper and lower cable bar nodes and the strut assembly connected to the upper and lower slings (rods) of the layer.
  • Figure 8 is an elevational view of the upper and lower cable stays with the upper and lower loops installed.
  • Figure 9 is an elevational view of the upper cable bar node with the upper and lower slings (rods) of the upper layer installed.
  • Figure 10 is an elevational view of the top strut structure.
  • Figure 11 is a cross-sectional view of the upper and lower loops locked and fixed with the upper and lower cable members.
  • Figure 12 is a top plan view of the upper cable bar node and its associated components.
  • Figure 13 is a bottom plan view of the lower cable bar node and its associated components.
  • the present invention includes a struts 3 on the façade as a layer, and each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number. Composition, the units of each layer are equally spaced.
  • the upper and lower ends of the strut 3 of each unit are respectively mounted with a cable rod node and a lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected to the upper inclined cable (rod) of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable rod node is respectively Connect the upper upper sloping cable (rod) 2 of the upper layer and the two lower sloping cables (rods) 2' of the upper layer, and the upper ring cable 1 passing through the middle of the upper cable bar node; a sling (rod) 2', and a lower ring sling through the middle of the lower sling node;
  • the upper cable bar node is an elliptical steel ring 4
  • the elliptical steel ring A narrow side of 4 is welded to the first and second ear plates 8 respectively connected to the upper inclined cable (rod) 2, and the first and second ear plates 8 are respectively connected with the upper inclined cable (rod) 2 of the layer.
  • the third and fourth ear plates 9 respectively connecting the upper two inclined cables (rods) 2 and the two lower inclined cables (rods) respectively connected to the upper layer on the other narrow side of the elliptical steel ring 4,
  • the fifth and sixth ear plates 9', the third and fourth ear plates 9 are respectively connected with the upper upper inclined cables (rods) 2, and the fifth and sixth ear plates 9' are respectively separated from the respective upper layers.
  • the inclined cable (rod) 2' is connected; the two wide sides of the elliptical steel ring 4 are provided with a hollow concave ring 10, and one side of the hollow concave ring 10 is slidably connected to the upper ring cable 1.
  • the lower cable bar node is another elliptical steel ring 4, and one narrow side of the elliptical steel ring 4 is welded with two seventh and eighth ear plates 8 respectively connected to the lower layer cable (rod) 2' of the layer.
  • the seventh and eighth ear plates 8 are respectively connected with the lower sloping cable (rod) 2' of the layer; the two wide sides of the elliptical steel ring 4 are provided with a hollow concave ring 10, and the hollow concave ring One side of the 10 is slidably coupled to the lower ring.
  • Figure 6 is an elevational view of the upper and lower cable bar nodes and the strut assembly.
  • Figure 7 is an elevational view of the upper and lower cable bar joints and the strut assembly connected to the upper and lower inclined cables (rods) of the floor.
  • Figure 8 is an elevational view of the upper and lower cable stays with the upper and lower loops installed.
  • Figure 9 is an elevational view of the upper cable bar node with the upper and lower slings (rods) of the upper layer installed.
  • the top layer is composed of an upper cable bar node, a lower cable bar node and a telescopic strut, and the upper cable bar node is equally divided with the upper slanting rope (rod) 2 of the top layer.
  • the ear plates, the corresponding number of ear plates are respectively connected to all the upper inclined cables (rods) 2; the lower cable rod nodes are equally arranged with the ear plates corresponding to the total lower slanting ropes (rods) 2' of the top layer, corresponding ones
  • the number of ear plates are respectively connected to all the lower sloping cables (rods) T of the top layer, and the telescopic struts are composed of two inner belts, left and right threaded struts 14, 14' and a sleeve 15.
  • the components associated with the cable-rod nodes include upper and lower loop cables 1, V, upper and lower inclined cables (rods) 2, 2, and poles. 3.
  • FIG. 5a The manufacturing process of the upper cable bar node is shown in Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5f, Fig. 5g, Fig. 12 and Fig. 13.
  • the lower cable bar node lacks the two ear plates 9 and the symmetrically distributed two ear plates 9' of the symmetrically distributed upper slanting cable (rod) compared with the upper cable bar node, and other components.
  • the production method is the same. Both ends of the strut 3 are welded to the upper and lower cable rod nodes to form a rigid connection.
  • the copper sleeve is installed into the hollow concave ring hole by the shrinking method or the pressing method, and the principle is as follows: (1) Shrinking method.
  • the contained member is frozen and contracted before assembly, and the packaged member is inserted into the containing member when assembled, and is expanded by the containing member to be tightly wrapped with the containing member when restored to the same temperature.
  • the grip strength of the two at the same temperature remains constant regardless of the change in the external temperature.
  • the shrinkage method a higher grip strength and a better assembly quality can be obtained, and the phenomenon of scratching the mating surface like the press-in method does not occur.
  • a construction forming method for a layer-by-layer double-ring sunflower-shaped cable dome structure :
  • each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number, and the units of each layer are equally spaced, and are characterized by:
  • the upper and lower ends of the strut 3 are respectively respectively mounted with a cable rod node and a lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected to the upper inclined cable (rod) of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable rod node is respectively connected to the upper layer
  • the lower slings connecting the two fundamental layers on the lower sling joint ( Rod 2', and the lower ring cable passing through the middle of the lower cable bar node
  • the top layer is composed of the upper cable bar node, the lower cable bar node and a telescopic strut, and the
  • the ring cable and the cable rod node are locked and fixed to form a non-slidable and rotatable hinge relationship.
  • Fig. 4, Fig. 11, Fig. 12 and Fig. 13 when the cable dome structure is completely formed and the prestressing and deformation of the overall cable dome structure is corrected, the bolt 16 is removed from the elliptical steel ring 4.
  • the bolt hole 5 is screwed in and abuts against the loop cable, so that the loop cable and the cable rod node are locked and fixed, and cannot slide.
  • the locking and fixing work of all the loop cables and all the cable rod nodes is completed, so that the overall structure can obtain greater bearing capacity.
  • the roofing layer is constructed structurally.
  • each layer except the top layer is composed of a plurality of units having the same geometric features and the same number, and the units of each layer are equally spaced, and are characterized by:
  • the upper and lower ends of the strut 3 are respectively respectively mounted with a cable rod node and a lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected to the upper inclined cable (rod) of the two fundamental layers, and the other side of the upper cable rod node is respectively connected to the upper layer
  • the lower slings connecting the two fundamental layers on the lower sling joint ( Rod 2', and the lower ring cable passing through the middle of the lower cable bar node
  • the top layer is composed of the upper cable bar node, the lower cable bar node and a telescopic strut, and the
  • the top layer of the loopless cable can be introduced into the prestress by the method of elongating the middle telescopic struts of the layer until the construction of the overall cable dome structure is completed.

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Description

逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法
技术领域
本发明涉及葵花型索穹顶结构体系与施工成形方法， 具体涉及一种逐层双 环葵花型索穹顶结构与施工成形方法。
背景技术
现有的葵花型索穹顶结构是一说种由环索、 脊索 （上弦斜索）、 斜索 （下弦斜 索）、 撑杆以及索杆节点组成， 依靠施加预应力提供刚度的柔性体系， 其预应力 的生成及结构的成形是伴随着施工过程完成的。 各圈的环索只有一道， 与撑杆 的下索杆节点相连。 索杆节点与脊索 （杆） 、 斜索 （杆） 、 环索之间的连接关 系为可转动的铰接关系。 已建成的葵花型索穹书顶结构工程一般采用同步张拉各 斜索或顶升各撑杆的预应力施工方法， 为了保证各索的预应力导入精度， 需要 各斜索或各撑杆同步、 均匀地产生预应力。 这种施工方法需要数量众多的千斤 顶， 并在计算机的实时控制下进行同步集群张拉或顶升。 现有索穹顶结构对于 构件制作的加工精度、 张拉设备的控制精度的要求很高。
尽管索穹顶是目前大跨度结构中自重最轻、 结构效率最高的一种先进的结 构形式， 但现在只有极少数几个发达国家的个别企业有能力设计与建造大跨度 索穹顶结构， 其中的主要瓶颈问题是， 现有索穹顶结构的构造方式和施工方法， 决定了其成功建造对于构件制作精度与预应力施工精度有着极大的依赖。 否则， 无法建好， 甚至无法建成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逐层双环葵花型索穹顶结构与施工成形方法， 通过对现有葵花型索穹顶结构体系及其施工成形方法的改造， 能够使建造摆脱 对构件制作精度与预应力施工精度的过度依赖， 并使施工成形方法更加简单、 施工质量更好、 施工成本更低。
提出的新型葵花型索穹顶结构称为逐层双环葵花型索穹顶结构， 其关键技 术在于： （1 ) 通过把现有的每层只有下环索的葵花型索穹顶结构体系改变成为 每层有上、 下两道连续贯通的环索的葵花型索穹顶结构体系， 并把现有难度很 大的整体安装、 整体张拉或顶升索杆结构的施工成形方法， 简化为逐层安装、 逐层张拉、 分层叠加索杆结构的施工成形方法。 （2) 通过改变索杆节点的构造 使环索与索杆节点之间在施工时形成可滑动的铰接关系， 使环索通过每个索杆 节点后的预应力损失接近于零， 使相邻两段环索的内力相等， 最终使整个结构 的环索、 斜索 （杆） 、 撑杆等构件的内力与设计相符。 （3 ) 在整体结构施工完 成后， 能够方便地把环索与各索杆节点锁住， 使环索与各索杆节点之间形成不 可滑动、 可转动的铰接关系， 以提高整体结构的承载力。 （4) 把集群控制、 一 次多点张拉众多斜索 （杆） 或顶升众多撑杆的预应力施工方法， 简化为一次仅 张拉上、 下两道环索的预应力施工方法。
本发明采用的技术方案是：
一、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构：
包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的 上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以 及穿过下索杆节点中间的下环索。
顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成。
所述上索杆节点为一个椭圆形钢环， 所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两个 分别连接本层上斜索的第一、 第二耳板， 第一、 第二耳板分别与本层的上斜索 连接； 在椭圆形钢环的另一个窄边焊接分别连接上层的两根上斜索的第三、 第 四耳板和焊接分别连接上层的两根下斜索的第五、 第六耳板， 第三、 第四耳板 分别与各自的上层的上斜索连接， 第五、 第六耳板分别与各自的上层的下斜索 连接； 所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环， 中空凹形圆环的一侧 与上环索滑动连接。
所述下索杆节点为另一个椭圆形钢环， 所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两 根分别连接本层下斜索的第七、 第八耳板， 第七、 第八耳板分别与本层的下斜 索连接； 所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环， 中空凹形圆环的一 侧与下环索滑动连接。
所述顶层上索杆节点等分布置有与顶层全部上斜索相应个数的耳板， 相应 个数的耳板分别连接顶层全部上斜索； 所述顶层下索杆节点等分布置有与顶层 全部下斜索相应个数的耳板， 相应个数的耳板分别连接顶层全部下斜索。
二、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法： 包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的 上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以 及穿过下索杆节点中间的下环索。
顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成。
安装与整体施工成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索的一端与建筑物的支座进行安装连接， 第一层 的上、 下斜索的另一端与第一层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索； 同步张拉第一层的上、 下两道环索， 张拉完成后就形成了一个一层的、 稳定的、 自平衡的开口索杆结构；
(2 ) 把第二层的上、 下斜索的一端与第一层的上索杆节点进行安装连接， 第二层的上、 下斜索的另一端与第二层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索； 同步张拉第二层的上、 下两道 环索， 张拉完成后就形成了一个两层的、 稳定的、 自平衡的开口索杆结构；
( 3 ) 同理， 完成其它各层的安装与预应力施工， 无环索顶层则可用伸长该 层中间可伸缩撑杆的方法导入预应力， 直至索穹顶整体结构施工成形完成；
(4 )在结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不可滑动、 可转动的铰接关系， 然后， 在结构上进行屋面层的施工。
三、 另一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法：
包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的 上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以 及穿过下索杆节点中间的下环索。
顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成。 安装与整体施工成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索的一端与建筑物的支座进行安装连接， 第一层 的上、 下斜索的另一端与第一层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索； 第二层的上、 下斜索的一端与第一层 的上索杆节点安装连接， 第二层的上、 下斜索的另一端与第二层相应撑杆两端 的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索； 以此 类推， 完成整体索穹顶结构构件的连接工作；
(2) 逐层同步张拉上、 下两道环索， 无环索顶层则可用伸长该层中间可伸 缩撑杆的方法导入预应力， 直至整体索穹顶结构施工成形完成。
(3 ) 在索穹顶结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不 可滑动、 可转动的铰接关系。 然后， 在结构上进行屋面层的施工。
本发明与背景技术相比， 具有的有益效果是：
1、 预应力施工精度高。 在施工成形期间新型索杆节点与环索之间为可滑动 铰接关系， 相互之间摩擦力几乎为零， 使每道环索的各索段之间、 每层各上斜 索 （杆） 之间、 每层各下斜索 （杆） 之间、 每层各撑杆之间的内力， 在预应力 作用下都能始终相等或接近相等。 新型葵花型索穹顶结构体系在施工成形期间 表现为， 预应力作用下结构的变形协调能力增强， 使构件制造等误差对控制预 应力精度的敏感度降低， 并使结构预应力施工高精度控制工作变得容易。 高质 量的预应力施工精度保证了整体结构的受力性能。
2、 施工方法简便， 工效高。 采用从下往上逐层安装、 逐层同步张拉每层仅 上、 下两道环索的预应力导入方法， 而非现有的结构集群张拉众多斜索或顶升 众多撑杆的预应力施工方法， 不仅降低了施工难度， 而且工效高、 易于掌控。
3、 施工成本低。 采用每层仅同步张拉上、 下两道环索的预应力导入方法， 所用的张拉设备及控制方法简单。 同时， 索杆节点与环索之间的摩擦力几乎为 零， 方便了预应力施工精度的控制， 避免了反复调整索力的时间、 人力、 物力 等资源， 使施工成本大幅度降低。
4、 结构使用安全。 在施工成形完成后， 新型索杆节点与环索之间由可滑动 铰结关系转变为可转动、 不可滑动的铰接关系， 提高了整体结构的承载力。 附图说明
图 1是逐层双环葵花型索穹顶第一层索杆结构成形三维透视图。
图 2是逐层双环葵花型索穹顶第二层索杆结构成形三维透视图。
图 3是逐层双环葵花型索穹顶第三层索杆结构成形三维透视图。 图 4是逐层双环葵花型索穹顶顶层索杆结构成形三维透视图。
图 5是逐层双环葵花型索穹顶结构上索杆节点制作流程示意图。
图 6是上、 下索杆节点与撑杆组合件的立面图。
图 7是上、下索杆节点与撑杆组合件连接本层上、下斜索（杆）后的立面图。 图 8是上、 下索杆节点中安装了上、 下环索后的立面图。
图 9是上索杆节点安装了上一层的上、 下斜索 （杆） 后的立面图。
图 10是顶层撑杆构造立面图。
图 11是上、 下环索与上、 下索杆节点锁住固定后的剖面图。
图 12是上索杆节点及其相关构件俯视图。
图 13是下索杆节点及其相关构件仰视图。
图中： 1、 上环索， Γ、 下环索， 2、 上斜索 （杆） ， 2，、 下斜索 （杆） ， 3、 撑杆， 4、 椭圆形钢环， 5、 螺栓孔， 6、 圆孔， 7、 螺孔， 8、 耳板， 9、 耳板， 9'、 耳板， 10、 中空凹形圆环， 11、 铜套环， 12、 圆柱轴， 13、 短螺杆， 14、 左向 螺紋撑杆， 14'、 右向螺紋撑杆， 15、 内部带螺紋套筒， 16、 螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图 1、 图 2、 图 3、 图 4所示， 本发明包括以立面上一圈撑杆 3为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元 等间距布置。 每个单元的撑杆 3 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上 索杆节点的一侧连接两根本层的上斜索 （杆） 2、 上索杆节点的另一侧分别连接 上层的两根上斜索 （杆） 2和上层的两根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点 中间的上环索 1 ; 下索杆节点上连接两根本层的下斜索 （杆） 2'， 以及穿过下索 杆节点中间的下环索 Γ ;
如图 5a、 图 5b、 图 5c、 图 5d、 图 5e、 图 5f、 图 5g、 图 12、 图 13所示， 所述上索杆节点为一个椭圆形钢环 4，所述椭圆形钢环 4的一个窄边焊接两个分 别连接本层上斜索 （杆） 2的第一、 第二耳板 8， 第一、 第二耳板 8分别与本层 的上斜索（杆） 2连接； 在椭圆形钢环 4的另一个窄边焊接分别连接上层的两根 上斜索 （杆） 2的第三、 第四耳板 9和焊接分别连接上层的两根下斜索 （杆） 2， 的第五、 第六耳板 9'， 第三、 第四耳板 9 分别与各自的上层的上斜索 （杆） 2 连接， 第五、 第六耳板 9'分别与各自的上层的下斜索（杆） 2'连接； 所述椭圆形 钢环 4的二个宽边内装有中空凹形圆环 10， 中空凹形圆环 10的一侧与上环索 1 滑动连接。 所述下索杆节点为另一个椭圆形钢环 4，所述椭圆形钢环 4的一个窄边焊接 两根分别连接本层下斜索 （杆） 2'的第七、 第八耳板 8， 第七、 第八耳板 8分别 与本层的下斜索（杆） 2'连接； 所述椭圆形钢环 4的二个宽边内装有中空凹形圆 环 10， 中空凹形圆环 10的一侧与下环索 Γ滑动连接。
图 6是上、 下索杆节点与撑杆组合件的立面图。 图 7是上、 下索杆节点与 撑杆组合件连接本层上、 下斜索 （杆） 后的立面图。 图 8 是上、 下索杆节点中 安装了上、 下环索后的立面图。 图 9是上索杆节点安装了上一层的上、 下斜索 (杆） 后的立面图。
如图 10所示， 所述顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构 成， 上索杆节点等分布置有与顶层全部上斜索 （杆） 2相应个数的耳板， 相应个 数的耳板分别连接顶层全部上斜索 （杆） 2; 下索杆节点等分布置有与顶层全部 下斜索（杆） 2'相应个数的耳板，相应个数的耳板分别连接顶层全部下斜索（杆） T , 可伸缩撑杆由两根内部带左、 右向螺紋撑杆 14、 14'和一个套筒 15构成。
实施例：
一、 索杆节点的构造与制作
以图 4所示的逐层双环葵花型索穹顶结构为例， 与索杆节点相关联的构件 包括上、 下环索 1、 V , 上、 下斜索 （杆） 2、 2，， 撑杆 3。
上索杆节点的制作过程如图 5a、 图 5b、 图 5c、 图 5d、 图 5e、 图 5f、 图 5g、 图 12、 图 13所示。 用铸造或切削工艺加工成一个椭圆形钢环 4; 在椭圆形钢环 4一个窄边侧面钻螺栓孔 5; 在椭圆形钢环 4一个宽边中间钻圆孔 6直至另一个 宽边内； 在椭圆形钢环 4一个宽边的圆孔 6上部加工成螺孔 7; 在椭圆形钢环 4 的一个窄边一端焊接连接本层上斜索 （杆） 2的耳板 8; 在椭圆形钢环 4的另一 个窄边一端焊接分别连接上层上、 下斜索 （杆） 2、 2'的对称分布的两个耳板 9 和对称分布的两个耳板 9'； 中空凹形圆环 10内径比铜套环 11外径略小， 二者 为过盈配合； 用缩涨法或压入法把铜套环 11安装在中空凹形圆环 10孔内； 把 铜套环 11和中空凹形圆环 10组合件安装在椭圆形钢环 4两个宽边之间； 制造 圆柱轴 12， 其外径比铜套环 11内径相同， 二者为间隙配合； 把圆柱轴 12插入 铜套环 11孔内； 短螺杆 13旋入螺孔 7将圆柱轴 12轴向定位。
如图 6所示，与上索杆节点相比，下索杆节点缺少了焊接连接上层斜索（杆) 的对称分布的两个耳板 9和对称分布的两个耳板 9'， 其它构成相同， 制作方法 也相同。 撑杆 3两端分别与上索杆节点和下索杆节点焊接形成刚性连接。
采用缩涨法或压入法把铜套安装到中空凹形圆环孔内， 其原理为： ( 1 ) 缩涨法。 利用金属热胀冷缩特性， 装配前把被包容件进行冷冻处理使 之收缩， 装配时将被包容件插入包容件内， 当恢复到相同温度后被包容件膨胀 而与包容件紧密握裹结合成一个整体。 因为二者为热膨胀系数相同或相近的金 属材料， 所以无论外界温度如何变化， 二者在相同温度下的握裹力保持恒定不 变。 用缩涨法能获得较高的握裹力和较好的装配质量， 且不会发生像压入法那 样擦伤配合表面的现象。
(2 ) 压入法。 在常温状态下， 利用敲击或压力作用下将被包容件压入到包 容件中， 使之形成过盈连接。 在压入过程中可能会损伤结合面并引起连接的紧 固性降低， 故在结合面间适当加润滑剂以获得更好的装配质量。 当过盈量较小 时， 常用此方法进行过盈配合的装配。
二、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法：
包括以立面上一圈撑杆 3 为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相 同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的 撑杆 3 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根 本层的上斜索 （杆） 2、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索 （杆） 2和上层的两根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点中间的上环索 1 ; 下索杆 节点上连接两根本层的下斜索 （杆） 2'， 以及穿过下索杆节点中间的下环索 Γ ; 顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索 （杆） 2， 下索杆节点连接顶层全部下斜索 （杆） 2'， 可伸缩 撑杆由两根内部带左、 右向螺紋撑杆 14、 14'和一个套筒 15构成。
施工安装与整体成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的一端与建筑物的支座进行安装连 接， 第一层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的另一端与第一层相应撑杆 3两端的上、 下 索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索 1、 1'； 同步张拉 第一层的上、 下两道环索 1、 V , 张拉完成后就形成了一个一层的、 稳定的、 自 平衡的开口索杆结构；
(2)把第二层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的一端与第一层的上索杆节点进行 安装连接， 第二层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的另一端与第二层相应撑杆 3两端的 上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索 1、 1'； 同 步张拉第二层的上、 下两道环索 1、 Γ , 张拉完成后就形成了一个两层的、 稳定 的、 自平衡的开口索杆结构；
( 3 ) 同理， 完成其它各层的安装与预应力施工， 无环索顶层则可用伸长该 层中间可伸缩撑杆的方法导入预应力， 直至索穹顶整体结构施工成形完成；
(4)在结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不可滑动、 可转动的铰接关系。 如图 4、 图 11、 图 12、 图 13所示， 当索穹顶结构全部施工成 形完成， 并在校正了整体索穹顶结构的预应力和变形后， 将螺栓 16从椭圆形钢 环 4上的螺栓孔 5拧入并抵住环索， 从而使环索与索杆节点锁住固定， 无法滑动。 以此类推， 完成所有环索与所有索杆节点的锁住固定工作， 使整体结构获得更 大的承载力。 然后， 在结构上进行屋面层施工。
三、 另一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法：
包括以立面上一圈撑杆 3 为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相 同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的 撑杆 3 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根 本层的上斜索 （杆） 2、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索 （杆） 2和上层的两根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点中间的上环索 1 ; 下索杆 节点上连接两根本层的下斜索 （杆） 2'， 以及穿过下索杆节点中间的下环索 Γ ; 顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索 （杆） 2， 下索杆节点连接顶层全部下斜索 （杆） 2'， 可伸缩 撑杆由两根内部带左、 右向螺紋撑杆 14、 14'和一个套筒 15构成。
施工安装与整体成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的一端与建筑物的支座进行安装连 接， 第一层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的另一端与第一层相应撑杆 3两端的上、 下 索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索 1、 1'； 第二层的 上、 下斜索 （杆） 2、 2'的一端与第一层的上索杆节点安装连接， 第二层的上、 下斜索 （杆） 2、 2'的另一端与第二层相应撑杆 3两端的上、 下索杆节点连接； 在 上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索 1、 1'； 以此类推， 完成整体索穹顶 结构构件的连接工作；
(2) 逐层同步张拉上、 下两道环索 1、 Γ , 无环索顶层则可用伸长该层中间 可伸缩撑杆的方法导入预应力， 直至整体索穹顶结构施工成形完成。
(3 ) 在索穹顶结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不 可滑动、 可转动的铰接关系。 如图 4、 图 11、 图 12、 图 13所示， 当索穹顶结构全 部施工成形完成， 并在校正了整体索穹顶结构的预应力和变形后， 将螺栓 16从 椭圆形钢环 4上的螺栓孔 5拧入并抵住环索， 从而使环索与索杆节点锁住固定， 无法滑动。 以此类推， 完成所有环索与所有索杆节点的锁住固定工作， 使整体 结构获得更大的承载力。 然后， 在结构上进行屋面层施工。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构， 包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶 层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间 距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆上下端分别安装上索杆节点和下索杆节 点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接 上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以及穿过下索杆节点中间的下环索； 顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成。
2、 根据权利要求 1所述的一种逐层双环葵花型索穹顶结构， 其特征在于： 所述上索杆节点为一个椭圆形钢环， 所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两个分别 连接本层上斜索的第一、 第二耳板， 第一、 第二耳板分别与本层的上斜索连接; 在椭圆形钢环的另一个窄边焊接分别连接上层的两根上斜索的第三、 第四耳板 和焊接分别连接上层的两根下斜索的第五、 第六耳板， 第三、 第四耳板分别与 各自的上层的上斜索连接， 第五、 第六耳板分别与各自的上层的下斜索连接； 所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环， 中空凹形圆环的一侧与上环 索滑动连接。
3、 根据权利要求 1所述的一种逐层双环葵花型索穹顶结构， 其特征在于： 所述下索杆节点为另一个椭圆形钢环， 所述椭圆形钢环的一个窄边焊接两根分 别连接本层下斜索的第七、 第八耳板， 第七、 第八耳板分别与本层的下斜索连 接； 所述椭圆形钢环的二个宽边内装有中空凹形圆环， 中空凹形圆环的一侧与 下环索滑动连接。
4、 根据权利要求 1所述的一种逐层双环葵花型索穹顶结构， 其特征在于： 所述顶层上索杆节点等分布置有与顶层全部上斜索相应个数的耳板， 相应个数 的耳板分别连接顶层全部上斜索； 所述顶层下索杆节点等分布置有与顶层全部 下斜索相应个数的耳板， 相应个数的耳板分别连接顶层全部下斜索。
5、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法， 其特征在于： 包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的
1 上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以 及穿过下索杆节点中间的下环索；
顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成；
施工安装与整体成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索的一端与建筑物的支座进行安装连接， 第一层 的上、 下斜索的另一端与第一层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索； 同步张拉第一层的上、 下两道环索， 张拉完成后就形成了一个一层的、 稳定的、 自平衡的开口索杆结构；
(2 ) 把第二层的上、 下斜索的一端与第一层的上索杆节点进行安装连接， 第二层的上、 下斜索的另一端与第二层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索； 同步张拉第二层的上、 下两道 环索， 张拉完成后就形成了一个两层的、 稳定的、 自平衡的开口索杆结构；
( 3 ) 同理， 完成其它各层的安装与预应力施工， 无环索顶层则可用伸长该 层中间可伸缩撑杆的方法导入预应力， 直至索穹顶整体结构施工成形完成；
(4 )在结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不可滑动、 可转动的铰接关系， 然后， 在结构上进行屋面层的施工。
6、 一种逐层双环葵花型索穹顶结构的施工成形方法， 其特征在于： 包括以立面上一圈撑杆为一层， 除顶层外的每层均由若干个几何特征相同、 个数相同的单元构成， 每层的单元等间距布置， 其特征在于： 每个单元的撑杆 上下端分别安装上索杆节点和下索杆节点； 上索杆节点的一侧连接两根本层的 上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的两根上斜索和上层的两根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接两根本层的下斜索， 以 及穿过下索杆节点中间的下环索；
顶层为由上索杆节点、 下索杆节点和一根可伸缩撑杆构成， 上索杆节点连 接顶层全部上斜索， 下索杆节点连接顶层全部下斜索， 可伸缩撑杆由两根内部 带左、 右向螺紋的撑杆和一个套筒构成；
施工安装与整体成形步骤如下：
( 1 ) 把第一层的上、 下斜索的一端与建筑物的支座进行安装连接， 第一层 的上、 下斜索的另一端与第一层相应撑杆两端的上、 下索杆节点连接； 在上、
2 下索杆节点内安装第一层的上、 下环索； 第二层的上、 下斜索的一端与第一层 的上索杆节点安装连接， 第二层的上、 下斜索的另一端与第二层相应撑杆两端 的上、 下索杆节点连接； 在上、 下索杆节点内安装第二层的上、 下环索； 以此 类推， 完成整体索穹顶结构构件的连接工作；
(2 ) 逐层同步张拉上、 下两道环索， 无环索顶层则可用伸长该层中间可伸 缩撑杆的方法导入预应力， 直至整体索穹顶结构施工成形完成；
( 3 ) 在索穹顶结构施工成形完成后， 把环索与索杆节点锁住固定， 形成不 可滑动、 可转动的铰接关系。 然后， 在结构上进行屋面层的施工。
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