半刚性索穹顶结构及其施工方法技术

本发明专利技术涉及一种半刚性索穹顶结构及其施工方法，所属土木工程结构技术领域，包括竖向内撑杆、若干竖向中撑杆、若干竖向外撑杆和若干外环梁，外环梁两端与竖向外撑杆间均设有刚性外脊杆和外斜索，两相邻竖向外撑杆上端间隔设有上部刚性中环杆和上部中环索，两相邻竖向外撑杆下端间设有下部中环索，竖向中撑杆与相邻两竖向外撑杆上端间均设有中脊索和中斜索，两相邻竖向中撑杆上端间均设有上部内环索，两相邻竖向中撑杆下端间均设有下部内环索，竖向内撑杆与竖向中撑杆上端间均设有内脊索和内斜索。具有结构初始刚度高、杆件定位容易、结构冗余度大、施工造价较小且难度小的特点。解决了施工周期长和质量可靠性差的问题。

Semi rigid cable dome structure and its construction method

【技术实现步骤摘要】
半刚性索穹顶结构及其施工方法
本专利技术涉及土木工程结构
，具体涉及一种半刚性索穹顶结构及其施工方法。
技术介绍
索穹顶结构是一种受力合理、结构效率极高的预应力空间结构体系，是由拉索、杆、膜组合而成的柔性结构。由于其轻盈美观，受到了很多建筑师的青睐。在国内外实际工程中，索穹顶结构是最接近富勒提出的“张拉整体”概念的结构。索穹顶结构是由双层拉索通过竖向撑杆连接而成的柔性结构，上部拉索容易出现松弛而退出工作。因此，在施工过程中必须对拉索施加高预应力才能满足结构体系的稳定性要求。由于需要对拉索施加高预应力才能使结构成型，这使得结构体系对非索结构构件的要求极高，需要设置性能强大的外环梁和支座来平衡高预应力。索穹顶结构这样的特点，导致了许多技术难题，如结构初始刚度低、杆件定位困难、结构冗余度小、施工造价高且难度大等。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术中存在结构初始刚度低、杆件定位困难、结构冗余度小、施工造价高且难度大的不足，提供了一种半刚性索穹顶结构及其施工方法，其具有结构初始刚度高、杆件定位容易、结构冗余度大、施工造价较小且难度小的特点。解决了施工周期长和质量可靠性差的问题。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种半刚性索穹顶结构，包括竖向内撑杆，所述的竖向内撑杆外围设有若干竖向中撑杆，所述的竖向中撑杆外围设有若干竖向外撑杆，所述的竖向外撑杆外围设有若干外环梁，所述的外环梁两端与竖向外撑杆上端间均设有刚性外脊杆，所述的外环梁两端与竖向外撑杆下端间均设有外斜索，两相邻竖向外撑杆上端间隔设有上部刚性中环杆和上部中环索，两相邻竖向外撑杆下端间设有下部中环索，所述的竖向中撑杆上端与相邻两竖向外撑杆上端间均设有中脊索，所述的竖向中撑杆下端与相邻两竖向外撑杆上端间均设有中斜索，两相邻竖向中撑杆上端间均设有上部内环索，两相邻竖向中撑杆下端间均设有下部内环索，所述的竖向内撑杆上端与竖向中撑杆上端间均设有内脊索，所述的竖向内撑杆下端与竖向中撑杆上端间均设有内斜索。作为优选，所述的外环梁、刚性外脊杆、竖向外撑杆间采用焊接球节点式结构固定，所述的外斜索与外环梁间、外斜索与竖向外撑杆间、上部中环索与竖向外撑杆间、下部中环索与竖向外撑杆间、中脊索与竖向外撑杆间、中脊索与竖向中撑杆间、中斜索与竖向外撑杆间、中斜索与竖向中撑杆间、上部内环索与竖向中撑杆间、下部内环索与竖向中撑杆间、内脊索与竖向中撑杆间、内脊索与竖向内撑杆间、内斜索与竖向中撑杆间、内斜索与竖向内撑杆间均设有耳板座和耳板，所述的耳板座与耳板间设有销轴。作为优选，所述的耳板与外斜索、上部中环索、下部中环索、中脊索、中斜索、上部内环索、下部内环索、内脊索、内斜索间均设有与耳板相螺纹式套接固定的钢索预紧力监控组件。作为优选，所述的钢索预紧力监控组件包括监控管体，所述的监控管体内设有钢索穿孔，所述的钢索穿孔与监控管体间设有与监控管体相嵌套的索轴套，所述的监控管体上设有与索轴套相螺栓紧固式套接的锁紧抱箍。作为优选，所述的锁紧抱箍上端设有磁感应器，所述的锁紧抱箍下端延伸出监控管体且设有与磁感应器相电路连通的警示灯，所述的监控管体与索轴套间设有滑槽，所述的滑槽内设有与索轴套相间隔式套接的弹簧，所述的弹簧端面设有与索轴套相插嵌且与磁感应器相活动式触接感应的磁铁环。作为优选，所述的监控管体内设有与耳板相螺纹式套接的螺纹孔，所述的螺纹孔与钢索穿孔相贯通。作为优选，所述的半刚性索穹顶结构的施工方法包括如下操作步骤：第一步：安装焊接有支座节点的外环梁，将刚性外脊杆下端与外环梁上的支座节点焊接，将相邻刚性外脊杆上端与刚性节点焊接，形成刚性网格。接着将上部刚性中环杆与刚性外脊杆上端通过刚性节点焊接，将刚性节点与上部中环索通过耳板和销轴连接。然后将竖向外撑杆上端与刚性外脊杆上端通过耳板和销轴连接，将外斜索上端与外环梁上的支座节点通过耳板和销轴连接，将外斜索下端与竖向外撑杆下端通过耳板和销轴连接，将下部中环索与竖向外撑杆下端通过耳板和销轴连接，张拉下部中环索，形成外圈结构。连接装配过程按照顺时针或逆时针对称进行。第二步：安装竖向内撑杆，将内脊索上端与竖向内撑杆上端通过耳板和销轴连接。接着安装竖向中撑杆，将内脊索下端与竖向中撑杆上端通过耳板和销轴连接。而后将中脊索上端与竖向中撑杆上端通过耳板和销轴连接，将中脊索下端连接工装索。再将内斜索下端与竖向内撑杆下端通过耳板和销轴连接。连接装配过程按照顺时针或逆时针对称进行；第三步：安装上部内环索和下部内环索，按照先上后下、先内后外的顺序对称安装，分别与竖向中撑杆上下端通过耳板和销轴连接。接着将内斜索上端与竖向中撑杆上端通过耳板和销轴连接，将中斜索下端与竖向中撑杆下端节点通过耳板和销轴连接，将中斜索上端的耳板连接工装索。第四步：整体提升张拉中脊索和中斜索的工装索，将中脊索下端和中斜索上端与刚性外脊杆通过耳板和销轴连接。连接装配过程按照顺时针或逆时针对称进行；最后张拉中脊索，形成中圈和内圈结构。作为优选，耳板在装配时，先安装钢索预紧力监控组件与钢索贯穿抱箍式紧固，通过钢索的拉紧力拉伸弹簧前端的磁铁环，锁紧锁紧抱箍。作为优选，当某段钢索应力疲劳时，磁铁环受弹簧回收力在滑槽内滑移，并且与磁感应器触接式感应，使得警示灯亮起报警。本专利技术能够达到如下效果：本专利技术提供了一种半刚性索穹顶结构及其施工方法，与现有技术相比较，具有结构初始刚度高、杆件定位容易、结构冗余度大、施工造价较小且难度小的特点。解决了施工周期长和质量可靠性差的问题。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的俯视结构示意图。图3是本专利技术的上部结构轴测图。图4是本专利技术的下部结构轴测图。图5是本专利技术的钢索与杆件的连接结构示意图。图6是本专利技术的钢索预紧力监控组件的结构剖视图。图中：外环梁1，刚性外脊杆2，竖向外撑杆3，外斜索4，上部刚性中环杆5，上部中环索6，下部中环索7，中脊索8，竖向中撑杆9，中斜索10，上部内环索11，下部内环索12，内脊索13，竖向内撑杆14，内斜索15，钢索预紧力监控组件16，耳板座17，销轴18，耳板19，螺纹孔20，索轴套21，监控管体22，滑槽23，磁感应器24，弹簧25，磁铁环26，钢索穿孔27，锁紧抱箍28，警示灯29。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：如图1-6所示，一种半刚性索穹顶结构，包括竖向内撑杆14，竖向内撑杆14外围设有6根呈正六边形分布的竖向中撑杆9，竖向中撑杆9外围设有6根呈正六边形分布的竖向外撑杆3，竖向外撑杆3外围设有6根呈正六边形分布外环梁1，外环梁1两端与竖向外撑杆3上端间均设有刚性外脊杆2，外环梁1两端与竖向外撑杆3下端间均设有外斜索4，两相邻竖向外撑杆3上端间隔设有上部刚性中环杆5和上部中环索6，两相邻竖向外撑杆3下端间设有下部中环索7，竖向中撑杆9上端与相邻两竖向外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半刚性索穹顶结构，其特征在于：包括竖向内撑杆（14），所述的竖向内撑杆（14）外围设有若干竖向中撑杆（9），所述的竖向中撑杆（9）外围设有若干竖向外撑杆（3），所述的竖向外撑杆（3）外围设有若干外环梁（1），所述的外环梁（1）两端与竖向外撑杆（3）上端间均设有刚性外脊杆（2），所述的外环梁（1）两端与竖向外撑杆（3）下端间均设有外斜索（4），两相邻竖向外撑杆（3）上端间隔设有上部刚性中环杆（5）和上部中环索（6），两相邻竖向外撑杆（3）下端间设有下部中环索（7），所述的竖向中撑杆（9）上端与相邻两竖向外撑杆（3）上端间均设有中脊索（8），所述的竖向中撑杆（9）下端与相邻两竖向外撑杆（3）上端间均设有中斜索（10），两相邻竖向中撑杆（9）上端间均设有上部内环索（11），两相邻竖向中撑杆（9）下端间均设有下部内环索（12），所述的竖向内撑杆（14）上端与竖向中撑杆（9）上端间均设有内脊索（13），所述的竖向内撑杆（14）下端与竖向中撑杆（9）上端间均设有内斜索（15）。/n

【技术特征摘要】
1.一种半刚性索穹顶结构，其特征在于：包括竖向内撑杆（14），所述的竖向内撑杆（14）外围设有若干竖向中撑杆（9），所述的竖向中撑杆（9）外围设有若干竖向外撑杆（3），所述的竖向外撑杆（3）外围设有若干外环梁（1），所述的外环梁（1）两端与竖向外撑杆（3）上端间均设有刚性外脊杆（2），所述的外环梁（1）两端与竖向外撑杆（3）下端间均设有外斜索（4），两相邻竖向外撑杆（3）上端间隔设有上部刚性中环杆（5）和上部中环索（6），两相邻竖向外撑杆（3）下端间设有下部中环索（7），所述的竖向中撑杆（9）上端与相邻两竖向外撑杆（3）上端间均设有中脊索（8），所述的竖向中撑杆（9）下端与相邻两竖向外撑杆（3）上端间均设有中斜索（10），两相邻竖向中撑杆（9）上端间均设有上部内环索（11），两相邻竖向中撑杆（9）下端间均设有下部内环索（12），所述的竖向内撑杆（14）上端与竖向中撑杆（9）上端间均设有内脊索（13），所述的竖向内撑杆（14）下端与竖向中撑杆（9）上端间均设有内斜索（15）。


2.根据权利要求1所述的半刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的外环梁（1）、刚性外脊杆（2）、竖向外撑杆（3）间采用焊接球节点式结构固定，所述的外斜索（4）与外环梁（1）间、外斜索（4）与竖向外撑杆（3）间、上部中环索（6）与竖向外撑杆（3）间、下部中环索（7）与竖向外撑杆（3）间、中脊索（8）与竖向外撑杆（3）间、中脊索（8）与竖向中撑杆（9）间、中斜索（10）与竖向外撑杆（3）间、中斜索（10）与竖向中撑杆（9）间、上部内环索（11）与竖向中撑杆（9）间、下部内环索（12）与竖向中撑杆（9）间、内脊索（13）与竖向中撑杆（9）间、内脊索（13）与竖向内撑杆（14）间、内斜索（15）与竖向中撑杆（9）间、内斜索（15）与竖向内撑杆（14）间均设有耳板座（17）和耳板（19），所述的耳板座（17）与耳板（19）间设有销轴（18）。


3.根据权利要求2所述的半刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的耳板（19）与外斜索（4）、上部中环索（6）、下部中环索（7）、中脊索（8）、中斜索（10）、上部内环索（11）、下部内环索（12）、内脊索（13）、内斜索（15）间均设有与耳板（19）相螺纹式套接固定的钢索预紧力监控组件（16）。


4.根据权利要求3所述的半刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的钢索预紧力监控组件（16）包括监控管体（22），所述的监控管体（22）内设有钢索穿孔（27），所述的钢索穿孔（27）与监控管体（22）间设有与监控管体（22）相嵌套的索轴套（21），所述的监控管体（22）上设有与索轴套（21）相螺栓紧固式套接的锁紧抱箍（28）。


5.根据权利要求4所述的半刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的锁紧抱箍（28）上端设有磁感应器（24），所述的锁紧抱箍（28）下端延伸出监控管体（22）且设有与磁感应器（24）相电路连通的警示灯（29），所述的监控管体（22）与索轴套（21）间设有滑槽（23），所述的滑槽（23）内设有与索轴套（...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨渊，周观根，陈伟刚，练继建，陈志华，
申请(专利权)人：浙江东南网架股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33