WO2011038652A1 - 双环肋环型索穹顶结构与施工方法 - Google Patents

双环肋环型索穹顶结构与施工方法 Download PDF

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WO2011038652A1
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cable
layer
node
cables
rod
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PCT/CN2010/077181
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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
    • E04B7/14—Suspended roofs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
    • E04B7/08—Vaulted 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 rib ring type cable dome structure system and a construction forming method, and particularly relates to a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome structure and a construction forming method.
  • the existing rib ring type 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 bar node, and relies on applying a prestress to provide rigidity.
  • the generation of prestress and the formation of the structure are completed along with the construction process.
  • the connection relationship between the cable stalk node and the notochord (rod), the sling (rod), and the sling is a rotatable hinge relationship.
  • the completed rib ring type cable dome structure project generally adopts the prestressed construction method of synchronously pulling each slanting rope or jacking each struts.
  • each slanting rope or each struts is required to be synchronized. Prestressing is generated uniformly.
  • 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. Summary of the invention
  • the object of the present invention is to provide a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome structure and a construction forming method, and the modification of the existing rib ring type cable dome structure system and the construction forming method thereof can make the construction get rid of the precision of component fabrication and Excessive reliance on prestressed construction accuracy, and simpler construction forming methods, better construction quality, and lower construction costs.
  • the proposed new type of rib ring type cable dome structure is called a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome structure.
  • the key technologies are: (1) by changing the existing rib ring type cable dome structure system with only the lower ring line of each layer. Each layer has a rib-ring type dome structure system of two consecutive continuous loop cables, and simplifies the construction method of the existing extremely difficult overall installation, integral tension or jacking cable structure. Construction method for layer installation, layer-by-layer tensioning, layered superimposed cable bar structure.
  • a layer-by-layer double-ring rib ring type 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 the characteristics are:
  • the upper and lower ends of the strut are respectively respectively mounted with the upper cable rod node and the lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected with a fundamental layer of the upper inclined cable, and the other side of the upper cable rod node is respectively connected with an upper inclined cable and the upper layer of the upper layer a lower slanting cable, and an upper sling extending through the middle of the upper sling node; a lower sloping line connecting the base layer to the lower sling node and a lower sling extending through the middle of the lower sling node.
  • the top layer is composed of an upper cable rod node, a lower cable rod node and a telescopic strut.
  • the upper cable rod node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable rod node connects all the lower slanting cables of the top layer
  • the telescopic struts are provided by one
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the upper cable bar node is an elliptical steel ring, and a narrow side of the elliptical steel ring is welded with a first ear plate connecting the upper inclined cable of the layer, and the first ear plate is connected with the upper oblique cable of the layer;
  • a second ear plate of an upper slanting cable connected to the upper layer and a third ear plate of a lower slanting cable connected to the upper layer are welded to the other narrow side of the elliptical steel ring, and the second ear plate and the upper slant of the upper layer are respectively
  • the cable is connected, the third ear plate is connected with the lower slanting cable of the upper layer;
  • the two wide sides of the oval steel ring are provided with a hollow concave ring, and one side of the hollow concave ring is slidably connected with the upper ring cable .
  • the lower cable bar node is another elliptical steel ring, and a narrow side of the elliptical steel ring is welded with a fourth ear plate connecting the lower layer of the lower layer, and the fourth ear plate and the lower inclined cable of the layer
  • 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.
  • 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 the upper cable rod node and the lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected with a fundamental layer of the upper inclined cable, and the other side of the upper cable rod node is respectively connected with an upper inclined cable and the upper layer of the upper layer a lower slanting cable, and an upper sling extending through the middle of the upper sling node; a lower sloping line connecting the base layer to the lower sling node and a lower sling extending through the middle of the lower sling node.
  • the top layer is composed of an upper cable rod node, a lower cable rod node and a telescopic strut.
  • the upper cable rod node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable rod node connects all the lower slanting cables of the top layer
  • the telescopic struts are provided by one
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the installation and overall construction forming steps are as follows: (1) Mounting and connecting one end of the upper and lower inclined cables of the first layer with the support of the building, the other end of the upper and lower inclined cables of the first layer and the upper and lower ends of the corresponding strut of the first layer The rod nodes are connected; the upper and lower loop cables of the first layer are installed in the upper and lower cable rod nodes; the upper and lower loop cables of the first layer are synchronously tensioned, and a layer is formed after the tension is completed. a stable, self-balancing open cable shank structure;
  • 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 the upper cable rod node and the lower cable rod node; one side of the upper cable rod node is connected with a fundamental layer of the upper inclined cable, and the other side of the upper cable rod node is respectively connected with an upper inclined cable and the upper layer of the upper layer a lower slanting cable, and an upper sling extending through the middle of the upper sling node; a lower sloping line connecting the base layer to the lower sling node and a lower sling extending through the middle of the lower sling node.
  • the top layer is composed of an upper cable rod node, a lower cable rod node and a telescopic strut.
  • the upper cable rod node connects all the upper slanting cables
  • the lower cable rod node connects all the lower slanting cables of the top layer
  • the telescopic struts are provided by one
  • the inner part has a left and right threaded strut and a sleeve.
  • the upper and lower loop cables are tensioned layer by layer, and the top layer of the loopless cable can be prestressed by elongating the middle telescopic strut of the layer until the whole cable dome structure is formed.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • Prestressed construction has high precision. During the forming process, the new cable rod node and the cable are in a slidable hinge relationship. The friction between each other is almost zero, so that each cable segment of each loop cable, between each layer of the diagonal cable (rod), between each layer of the lower diagonal cable (rod), each stratum The internal forces between them are always equal or nearly equal under prestress.
  • the new type of rib ring type cable dome structure system is characterized by the fact that the deformation coordination ability of the structure under prestressing is enhanced, the sensitivity of the component manufacturing is less sensitive to the control prestressing precision, and the structural prestressing construction is controlled with high precision. Work becomes easy. High quality pre-stressed 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.
  • the structure is safe to use. After the construction is completed, the new cable rod joint and the loop cable are transformed into a rotatable and non-slidable hinge relationship by a slidable hinge relationship, which improves the bearing capacity of the overall structure.
  • Figure 1 is a three-dimensional perspective view of the first layer of cable-stayed structure of a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome.
  • Figure 2 is a three-dimensional perspective view of the formation of a second layer of cable-stayed structure of a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome.
  • Figure 3 is a three-dimensional perspective view of the third layer of cable-stayed structure of a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome.
  • Figure 4 is a three-dimensional perspective view of the formation of a layer-by-layer double-ring rib ring type cable dome top cable bar structure.
  • Fig. 5 is a schematic view showing the manufacturing process of the cable-rod joint on the layer-by-layer double-ring rib ring type 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 inclined cables (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 a fundamental layer of the upper inclined cable (rod) 2, and the other side of the upper cable rod node is respectively Connect an upper sloping cable (rod) 2 on the upper layer and a lower sloping cable (rod) 2' on the upper layer, and an upper sling 1 through the middle of the upper sling node; connect the lower sling node to a lower layer 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 a first ear plate 8 connecting the upper sloping cable (rod) 2 of the layer, the first ear plate 8 is connected to the upper sloping cable (rod) 2 of the layer; the other is in the oval steel ring 4 a narrow side welded to the second ear plate 9 of an upper sling (rod) 2 of the upper layer and a third ear plate 9 welded to the lower slanting rope (rod) 2 of the upper layer, the second ear plate 9 and The upper upper sloping ropes (rods) 2 of the respective upper layers are connected, and the third ear plates 9 are connected to the lower sloping cables (rods) 2' of the respective upper layers; the two wide sides of the elliptical steel rings 4 are provided with hollow recesses
  • the lower cable bar node is another elliptical steel ring 4, and a narrow side of the elliptical steel ring 4 is welded with a fourth ear plate 8 connecting the lower layer cable (rod) 2' of the lower layer, the fourth ear
  • the plate 8 is connected to 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, one side of the hollow concave ring 10 and the lower ring cable ⁇ Slide the connection.
  • 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 bar nodes are equally divided with the ear plates corresponding to all the lower slanting cables (rods) 2' of the top layer, corresponding ones
  • the number of ear plates are respectively connected to all of the lower sloping cables (rods) 2', and the telescopic struts are composed of an inner belt with left and right threaded struts 14, 14' and a sleeve 15.
  • the members associated with the cable rod node include upper and lower loop cables 1, V, upper and lower slanting cables (rods) 2, 2, and Rod 3.
  • the manufacturing process of the upper cable bar node is as 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 ear plate 9 and the ear plate 9' which are welded to the upper layer cable (rod) as compared with the upper cable bar node, and the other structures are the same, and the manufacturing method is also 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:
  • 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 can achieve higher grip strength and better assembly quality, and the phenomenon of scratching the mating surface like the press-in method does not occur.
  • a layer of struts 3 on the façade is used as a layer, and each layer except the top layer is composed of a plurality of geometric features.
  • the same number of units are formed, and the units of each layer are equally spaced, and the characteristics are: the upper and lower ends of each unit of the strut 3 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 a fundamental layer
  • the upper slanting rope (rod) 2 the other side of the upper sling rod node is connected to an upper slanting rope (rod) 2 of the upper layer and a lower slanting rope (rod) 2' of the upper layer, and the upper sling rod node
  • 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 (rods) 2, and the lower cable bar nodes are connected to the top layer.
  • the sling (rod) 2', the telescopic struts consist of an inner belt with left and right threaded struts 14, 14' and a sleeve 15.
  • 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.
  • a layer of struts 3 on the façade is used as a layer, and each layer except the top layer is composed of a plurality of geometric features.
  • the same number of units are formed, and the units of each layer are equally spaced, and the characteristics are: the upper and lower ends of each unit of the strut 3 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 a fundamental layer
  • the upper slanting rope (rod) 2 the other side of the upper sling rod node is connected to an upper slanting rope (rod) 2 of the upper layer and a lower slanting rope (rod) 2' of the upper layer, and the upper sling rod node
  • 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 (rods) 2, and the lower cable bar nodes are connected to the top layer.
  • the sling (rod) 2', the telescopic struts consist of an inner belt with left and right threaded struts 14, 14' and a sleeve 15.

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Description

说 明 书 双环肋环型索穹顶结构与施工方法
技术领域
本发明涉及肋环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肋环型 索穹顶结构与施工成形方法。
背景技术
现有的肋环型索穹顶结构是一种由环索、 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 肋环型索穹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肋环型索穹顶结构与施工成形方法， 通过对现 有肋环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。
提出的新型肋环型索穹顶结构称为逐层双环肋环型索穹顶结构， 其关键技术在于： ( 1 )通过把现有的每层只有下环索的肋环型索穹顶结构体系改变成为每层有上、下两道 连续贯通的环索的肋环型索穹顶结构体系， 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 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、 一种逐层双环肋环型索穹顶结构：
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一根本层的上斜索、 上索杆节点的另 一侧分别连接上层的一根上斜索和上层的一根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环 索； 下索杆节点上连接一根本层的下斜索， 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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一个连接本层 上斜索的第一耳板， 第一耳板与本层的上斜索连接； 在椭圆形钢环的另一个窄边焊接连 接上层的一根上斜索的第二耳板和焊接连接上层的一根下斜索的第三耳板， 第二耳板与 各自的上层的上斜索连接， 第三耳板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一根连接本 层下斜索的第四耳板， 第四耳板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、 一种逐层双环肋环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一根本层的上斜索、 上索杆节点的另 一侧分别连接上层的一根上斜索和上层的一根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环 索； 下索杆节点上连接一根本层的下斜索， 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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 伸縮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、 另一种逐层双环肋环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一根本层的上斜索、 上索杆节点的另 一侧分别连接上层的一根上斜索和上层的一根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环 索； 下索杆节点上连接一根本层的下斜索， 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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縮撑杆的 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。 新型肋环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是逐层双环肋环型索穹顶第一层索杆结构成形三维透视图。
图 2是逐层双环肋环型索穹顶第二层索杆结构成形三维透视图。
图 3是逐层双环肋环型索穹顶第三层索杆结构成形三维透视图。
图 4是逐层双环肋环型索穹顶顶层索杆结构成形三维透视图。
图 5是逐层双环肋环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、 左向螺纹撑杆， 14'、 右向 螺纹撑杆， 15、 内部带螺纹套筒， 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一根本 层的上斜索 （杆） 2、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上斜索 （杆） 2和上层的 一根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点中间的上环索 1 ; 下索杆节点上连接一根本 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的一个窄边焊接一个连接本层上斜索 (杆） 2的第一耳板 8， 第一耳板 8与本层的上斜索 （杆） 2连接； 在椭圆形钢环 4的另一个窄 边焊接连接上层的一根上斜索 （杆） 2的第二耳板 9和焊接连接上层的一根下斜索 （杆) 2，的第三耳板 9，， 第二耳板 9与各自的上层的上斜索 （杆） 2连接， 第三耳板 9，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的一个窄边焊接一根连 接本层下斜索 （杆） 2'的第四耳板 8， 第四耳板 8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。
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縮撑杆构成， 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） 2'， 可伸縮撑杆由一根内部带 左、 右向螺纹撑杆 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所示的逐层双环肋环型索穹顶结构为例， 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'的一个耳板 9和另一个耳板 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； 用縮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） 的耳 板 9和耳板 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。
采用縮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 ) 縮涨法。 利用金属热胀冷縮特性， 装配前把被包容件进行冷冻处理使之收縮， 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。 用縮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、 一种逐层双环肋环型索穹顶结构的施工成形方法：
如图 4、 图 7、 图 8、 图 9， 图 12， 图 13所示， 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 节点的一侧连接一根本层的上斜索（杆） 2、上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上 斜索 （杆） 2和上层的一根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点中间的上环索 1 ; 下索 杆节点上连接一根本层的下斜索 （杆） 2'， 以及穿过下索杆节点中间的下环索 Γ ;
如图 10所示， 顶层为由上索杆节点、下索杆节点和一根可伸縮撑杆构成， 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'， 可伸縮撑杆 由一根内部带左、 右向螺纹撑杆 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、 V , 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 层中间可伸縮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、 另一种逐层双环肋环型索穹顶结构的施工成形方法：
如图 4、 图 7、 图 8、 图 9， 图 12， 图 13所示， 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 节点的一侧连接一根本层的上斜索（杆） 2、上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上 斜索 （杆） 2和上层的一根下斜索 （杆） 2'， 以及穿过上索杆节点中间的上环索 1 ; 下索 杆节点上连接一根本层的下斜索 （杆） 2'， 以及穿过下索杆节点中间的下环索 Γ ;
如图 10所示， 顶层为由上索杆节点、下索杆节点和一根可伸縮撑杆构成， 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'， 可伸縮撑杆 由一根内部带左、 右向螺纹撑杆 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、 V , 无环索顶层则可用伸长该层中间可伸縮 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、一种逐层双环肋环型索穹顶结构， 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 一根本层的上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上斜索和上层的一根下斜 索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接一根本层的下斜索， 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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肋环型索穹顶结构， 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一个连接本层上斜索的第一 耳板， 第一耳板与本层的上斜索连接； 在椭圆形钢环的另一个窄边焊接连接上层的一根 上斜索的第二耳板和焊接连接上层的一根下斜索的第三耳板， 第二耳板与各自的上层的 上斜索连接， 第三耳板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肋环型索穹顶结构， 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一根连接本层下斜索的第 四耳板， 第四耳板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肋环型索穹顶结构， 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、一种逐层双环肋环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 点的一侧连接一根本层的上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上斜索和上 层的一根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接一根本层的下 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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 伸縮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、一种逐层双环肋环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 点的一侧连接一根本层的上斜索、 上索杆节点的另一侧分别连接上层的一根上斜索和上 层的一根下斜索， 以及穿过上索杆节点中间的上环索； 下索杆节点上连接一根本层的下 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縮撑杆构成， 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， 可伸縮撑杆由一根内部带左、 右向螺纹的 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； 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縮撑杆的 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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