一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]索穹頂結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)跨度大、結(jié)構(gòu)自重輕、充分利用高強(qiáng)材料、節(jié)約材料、現(xiàn)場裝配化程度高、施工速度快和施工環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，十分廣泛地應(yīng)用于大跨空間結(jié)構(gòu)中。常規(guī)剛性屋面材料較膜材等柔性屋面材料具有結(jié)構(gòu)受力合理，便于屋面保溫、耐污染強(qiáng)，施工簡便且造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，在柔性結(jié)構(gòu)中應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是將剛性屋面板應(yīng)用于常規(guī)索結(jié)構(gòu)時(shí)，索體與剛性屋面之間的連接需要專門的構(gòu)造連接措施，由于索體的特點(diǎn)，連接措施往往構(gòu)造復(fù)雜，施工繁瑣，增加了結(jié)構(gòu)建造總成本。此外，剛性屋面往往跨越能力小，而常規(guī)索結(jié)構(gòu)往往網(wǎng)格尺寸較大，需要增設(shè)次結(jié)構(gòu)支承屋面，將屋面荷載傳遞至主結(jié)構(gòu)，這對次結(jié)構(gòu)跨越能力提出了較高要求。對于常規(guī)索結(jié)構(gòu)，由于受拉的脊索僅有軸向剛度，無抗彎剛度，需要較大的索力才能為次結(jié)構(gòu)提供足夠的彈性支撐，所以剛性屋面材料與索體之間的次結(jié)構(gòu)往往擱置在撐桿頂端，這又增加了撐桿處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的復(fù)雜程度，對索夾抗滑提出了更高的要求。因此，如何將剛性屋面更好地應(yīng)用于索穹頂?shù)热嵝越Y(jié)構(gòu)中是一個(gè)亟需解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決常規(guī)索穹頂與剛性屋面結(jié)合構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)較高的問題，提出了一種新型的張力結(jié)構(gòu)一一條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既具有傳統(tǒng)索穹頂?shù)热嵝越Y(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了在柔性結(jié)構(gòu)中難以應(yīng)用剛性屋面的困難。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，包括條形鋼拉板、斜索、撐桿、環(huán)索、中心內(nèi)環(huán)梁和周邊外環(huán)梁，所述條形鋼拉板的一端與中心內(nèi)環(huán)梁連接，另一端通過端部節(jié)點(diǎn)與周邊外環(huán)梁連接，所述斜索和撐桿的上端通過連接節(jié)點(diǎn)與條形鋼拉板連接，所述斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，所述環(huán)索連接同環(huán)撐桿的下端，并沿環(huán)向閉合，通過預(yù)應(yīng)力張拉在條形鋼拉板、斜索、環(huán)索中建立預(yù)應(yīng)力，形成具有一定剛度的全張力結(jié)構(gòu)；
[0005]所述條形鋼拉板采用多層條狀熱乳鋼板帶上下疊加而成，條狀熱乳鋼板帶每隔一定的距離預(yù)留條形螺栓孔，通過螺栓壓緊，各層條狀熱乳鋼板帶之間設(shè)有墊片。
[0006]作為優(yōu)選，所述的端部節(jié)點(diǎn)包括銷軸耳板、端板、加勁肋、連接板和高強(qiáng)螺栓，所述端板的一面與銷軸耳板焊接，所述加勁肋加強(qiáng)銷軸耳板和端板，端板的另一面焊接有兩塊連接板，所述條形鋼拉板插于兩塊連接板之間，并通過高強(qiáng)螺栓連接，條形鋼拉板中的中間層條狀熱乳鋼板帶與端板焊接。在條形鋼拉板索穹頂提升階段，高強(qiáng)螺栓不安裝，僅通過中間層條狀熱乳鋼板帶承受自重荷載，單層熱乳鋼板帶抗彎剛度小，柔性好，利于提升；在張拉之前，安裝高強(qiáng)螺栓，使得多層鋼拉板在端部節(jié)點(diǎn)處形成整體，增強(qiáng)連接強(qiáng)度，有效承受預(yù)應(yīng)力。
[0007]作為優(yōu)選，所述節(jié)點(diǎn)板通過螺栓與條狀鋼拉板相連，節(jié)點(diǎn)板上對應(yīng)于條形螺栓孔的位置預(yù)留螺栓孔，該處各層條狀熱乳鋼板帶之間設(shè)有墊板，墊板的平面尺寸同節(jié)點(diǎn)板，厚度同墊片，節(jié)點(diǎn)板的下表面焊接有耳板，耳板分別與斜索和撐桿相連。
[0008]本發(fā)明的條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，即將常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中僅受拉的柔性脊索替換為僅受拉的柔性條形鋼拉板。撐桿和斜索的上端都與鋼拉板鉸接，剛性屋面通過螺栓或焊接與鋼拉板連接，斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，環(huán)索連接同環(huán)撐桿的下端并沿環(huán)向閉合布置；且通過預(yù)應(yīng)力張拉在條形鋼拉板、斜索和環(huán)索中都建立預(yù)張力。
[0009]本發(fā)明條形鋼拉板采用高強(qiáng)度的能受拉的金屬構(gòu)件。條形鋼拉板可根據(jù)預(yù)張力的大小由幾片條形鋼拉板通過螺栓連接。條形鋼拉板尺寸由于長度方向遠(yuǎn)大于厚度方向，因此可平面外剛度可忽略，近似為柔性構(gòu)件。
[0010]本發(fā)明的有益效果:1)條形鋼拉板與上部剛性屋面連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，易于應(yīng)用成熟的栓接或焊接技術(shù)，施工方便，有利于充分利用柔性結(jié)構(gòu)與剛性屋面的受力特性；2)鋼拉板厚度相對于整體結(jié)構(gòu)跨度而言相對較薄，在未施加預(yù)應(yīng)力前，剛度較弱，成柔性狀態(tài)，能夠利用現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力技術(shù)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)安裝方式實(shí)現(xiàn)無支架安裝，符合綠色施工的潮流；3)相對于常規(guī)索結(jié)構(gòu)，鋼拉板不需要錨具、索夾等部件，且鋼材價(jià)格相對于索體材料較低，進(jìn)一步降低了造價(jià)，具有較大的推廣應(yīng)用潛力。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明條形鋼拉板索穹頂三維軸測示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明條形鋼拉板索穹頂剖面示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明條形鋼拉板構(gòu)造平面示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明條形鋼拉板構(gòu)造立面示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明條形鋼拉板端部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖。
[0016]圖6為本發(fā)明條形鋼拉板索穹頂連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]如圖1-6所示，一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，包括條形鋼拉板1、斜索2、撐桿3、環(huán)索4、中心內(nèi)環(huán)梁5和周邊外環(huán)梁6，所述條形鋼拉板I的一端與中心內(nèi)環(huán)梁5連接，另一端通過端部節(jié)點(diǎn)7與周邊外環(huán)梁6連接，所述斜索2和撐桿3的上端通過連接節(jié)點(diǎn)8與條形鋼拉板I連接，所述斜索2連接相鄰環(huán)撐桿3的上端和下端，所述環(huán)索4連接同環(huán)撐桿3的下端，并沿環(huán)向閉合，通過預(yù)應(yīng)力張拉在條形鋼拉板1、斜索2、環(huán)索4中建立預(yù)應(yīng)力，形成具有一定剛度的全張力結(jié)構(gòu)；
[0019]所述條形鋼拉板I采用多層條狀熱乳鋼板帶9上下疊加而成，條狀熱乳鋼板帶9每隔一定的距離預(yù)留條形螺栓孔10，通過螺栓11壓緊，各層條狀熱乳鋼板帶9之間設(shè)有墊片12。
[0020]所述的端部節(jié)點(diǎn)7包括銷軸耳板13、端板14、加勁肋15、連接板16和高強(qiáng)螺栓17，所述端板14的一面與銷軸耳板13焊接，所述加勁肋15加強(qiáng)銷軸耳板13和端板14，端板14的另一面焊接有兩塊連接板16，所述條形鋼拉板I插于兩塊連接板16之間，并通過高強(qiáng)螺栓17連接，條形鋼拉板I中的中間層條狀熱乳鋼板帶18與端板14焊接。在條形鋼拉板索穹頂提升階段，高強(qiáng)螺栓17不安裝，僅通過中間層條狀熱乳鋼板帶18承受自重荷載，單層熱乳鋼板帶抗彎剛度小，柔性好，利于提升；在張拉之前，安裝高強(qiáng)螺栓17，使得多層鋼拉板在端部節(jié)點(diǎn)處形成整體，增強(qiáng)連接強(qiáng)度，有效承受預(yù)應(yīng)力。
[0021]所述節(jié)點(diǎn)板19通過螺栓11與條狀鋼拉板I相連，節(jié)點(diǎn)板19上對應(yīng)于條形螺栓孔10的位置預(yù)留螺栓孔，該處各層條狀熱乳鋼板帶9之間設(shè)有墊板20，墊板20的平面尺寸同節(jié)點(diǎn)板19，厚度同墊片12，節(jié)點(diǎn)板19的下表面焊接有耳板21，耳板21分別與斜索2和撐桿3相連。
[0022]實(shí)施本發(fā)明條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的基本步驟
[0023]I)條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0024](I)首先確定條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)潢P(guān)系，以及支座約束條件；
[0025](2)基于條形鋼拉板索穹頂，進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形和找力分析，初步確定結(jié)構(gòu)位形、預(yù)
[0026]應(yīng)力以及構(gòu)件的材質(zhì)和規(guī)格；
[0027](3)進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限承載力分析、正常使用極限狀態(tài)分析及其它必要分析；
[0028](4)調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括鋼拉板的條帶數(shù)、高強(qiáng)螺栓的位置及數(shù)目等。
[0029]2)條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)施工
[0030]條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)在無應(yīng)力狀態(tài)下依然為柔性結(jié)構(gòu)，所以可以采用索穹頂?shù)臒o支架施工方法，具體為:
[0031](I)近地面組裝:在近地面，無應(yīng)力組裝內(nèi)拉環(huán)、條形鋼拉板、部分壓桿、斜索和環(huán)索；以在設(shè)計(jì)位置安裝好的外壓環(huán)為支座，在外壓環(huán)和內(nèi)拉環(huán)之間安裝提升工裝，包括千斤頂和提升索；在外壓環(huán)和最外環(huán)鋼拉板之間安裝牽引工裝索；提升索和牽引索交替作業(yè)，在低空由內(nèi)向外積累安裝外圍部分的壓桿、環(huán)索和斜索。
[0032](2)空中牽引提升:以外壓環(huán)為支座，對內(nèi)拉環(huán)和最外環(huán)鋼拉板進(jìn)行分級(jí)交替提升和牽引；每次循環(huán)作業(yè)中，應(yīng)首先提升再牽引，使鋼拉板始終保持與無應(yīng)力狀相同的形狀，從而使壓桿、環(huán)索和斜索均懸掛在鋼拉板下，保證松垂索桿系的穩(wěn)定；隨著索桿系的上升，提升索的傾角逐漸減小接近水平，此時(shí)利用牽引索將最外環(huán)鋼拉板與外壓環(huán)連接就位；撤去牽引索和提升索，此時(shí)主要受力的是鋼拉板，而其它索桿懸掛在鋼拉板下。
[0033](3)高空張拉成型:牽引最外環(huán)斜索的張拉索，直至放長的索頭與外壓環(huán)連接；撤去張拉索，安裝張拉工裝和千斤頂；同步對最外環(huán)斜索進(jìn)行主動(dòng)張拉，直至結(jié)構(gòu)成型。
[0034]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括條形鋼拉板、斜索、撐桿、環(huán)索、中心內(nèi)環(huán)梁和周邊外環(huán)梁，所述條形鋼拉板的一端與中心內(nèi)環(huán)梁連接，另一端通過端部節(jié)點(diǎn)與周邊外環(huán)梁連接，所述斜索和撐桿的上端通過連接節(jié)點(diǎn)與條形鋼拉板連接，所述斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，所述環(huán)索連接同環(huán)撐桿的下端，并沿環(huán)向閉合，通過預(yù)應(yīng)力張拉在條形鋼拉板、斜索、環(huán)索中建立預(yù)應(yīng)力，形成具有一定剛度的全張力結(jié)構(gòu)； 所述條形鋼拉板采用多層條狀熱乳鋼板帶上下疊加而成，條狀熱乳鋼板帶每隔一定的距離預(yù)留條形螺栓孔，通過螺栓壓緊，各層條狀熱乳鋼板帶之間設(shè)有墊片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的端部節(jié)點(diǎn)包括銷軸耳板、端板、加勁肋、連接板和高強(qiáng)螺栓，所述端板的一面與銷軸耳板焊接，所述加勁肋加強(qiáng)銷軸耳板和端板，端板的另一面焊接有兩塊連接板，所述條形鋼拉板插于兩塊連接板之間，并通過高強(qiáng)螺栓連接，條形鋼拉板中的中間層條狀熱乳鋼板帶與端板焊接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述節(jié)點(diǎn)板通過螺栓與條狀鋼拉板相連，節(jié)點(diǎn)板上對應(yīng)于條形螺栓孔的位置預(yù)留螺栓孔，該處各層條狀熱乳鋼板帶之間設(shè)有墊板，墊板的平面尺寸同節(jié)點(diǎn)板，厚度同墊片，節(jié)點(diǎn)板的下表面焊接有耳板，耳板分別與斜索和撐桿相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種條形鋼拉板索穹頂結(jié)構(gòu)，包括條形鋼拉板、斜索、撐桿、環(huán)索、中心內(nèi)環(huán)梁和周邊外環(huán)梁，所述條形鋼拉板的一端與中心內(nèi)環(huán)梁連接，另一端通過端部節(jié)點(diǎn)與周邊外環(huán)梁連接，所述斜索和撐桿的上端通過連接節(jié)點(diǎn)與條形鋼拉板連接，所述斜索連接相鄰環(huán)撐桿的上端和下端，所述環(huán)索連接同環(huán)撐桿的下端，并沿環(huán)向閉合，通過預(yù)應(yīng)力張拉在條形鋼拉板、斜索、環(huán)索中建立預(yù)應(yīng)力，形成具有一定剛度的全張力結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用熱軋鋼板帶替換拉索，減少索夾用量，有效降低了結(jié)構(gòu)建造成本；結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)可通過螺栓連接，易于安裝上部剛性屋面材料，施工簡便迅捷。
【IPC分類】E04B7/08
【公開號(hào)】CN105113692
【申請?zhí)枴緾N201510594128
【發(fā)明人】郭正興, 管東芝, 朱明亮, 孫巖, 丁明珉
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月17日