专利名称：弦支穹顶多次预应力施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑领域应用的一种弦支穹顶结构的施工方法，具体为弦支 穹顶多次预应力施工方法。
技术背景近年来随着预应力钢结构的发展，涌现出了一大批新型结构体系，如弦支 穹顶结构。弦支穹顶是将索穹顶和单层网壳结合在一起而形成的新结构，即 将索穹顶的上部柔性索采用单层网壳代替而来，其增大了屋面刚度，降低施 工难度。目前传统的施工方法是先安装上层网壳，在上层网壳全部安装完成 后，再按照一定的顺序张拉环向索，但采用传统方法形成的弦支穹顶存在以下不足(1) 弦支穹顶结构上层单层网壳中绝大部分杆件受压，不利于受压构件的 平面外稳定和上层单层网壳的平面外局部稳定性，及整个结构的整体稳定。(2) 弦支穹顶上层单层网壳内力由下层钢索和外荷载作用被动产生，不能 自我调整内力，使得上层单层网壳环向杆件大部分被动受压，不能自我调整 以减小压力；使得上层单层网壳径向杆件大部分被动受压，而且压力大小不 等，分布不均匀，给构件选型造成不便，造成了材料的浪费。发明内容为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种弦支穹顶结构的多次预 应力施工方法，这种施工方法将弦支穹顶的施工成型和索力的施加穿插进行， 结果弦支穹顶上层网壳中环向杆件的压力大大减小，有些压力甚至转变为拉 力，弦支穹顶上层网壳中径向杆件的内力峰值得到了降低，内力大小分布更 加均匀。而且在张拉成型过程中施加的初始索力也得到了相应减少。这种多 次预应力弦支穹顶施工方法在保留了原有弦支穹顶结构的受力优点外，又具 有自身独特的优点，稳定性和承载力得到提高，大大节约了材料。
为了达到上述目的，本发明采取了如下技术方案。本方法将弦支穹顶的 预应力施加与上层网壳的安装间隔进行，具体施工步骤如下；第一步安装上层的中心压力环l、上径向杆2、边缘构件7;第二步安装下层的下径向索5、下环向索6和撑杆4;第三步通过张拉下环向索6或者下径向索5或者调整撑杆4的长度， 在结构中施加预应力；第四步安装上环向杆3;第五步对结构施加外荷载。所述的第一步中的具体安装步骤为首先安装边缘构件(7)和中心压力环l，在边缘构件7和中心压力环1之间安装上径向杆2，上径向杆2之间首 尾依次连接，最外圈的上径向杆2的一端与其相邻的上径向杆2连接，另一 端与边缘构件7连接；最内圈的上径向杆2 —端与其相邻的上径向杆2连接， 另一端与中心压力环连接。所述的第二步中的具体安装步骤为首先将撑杆4的上端与上层网壳的 相应节点连接，然后将下径向索5的上端与上层网壳的相应节点连接，将下 径向索5的下端与撑杆4的下端连接，最后安装环向索6，环向索6与撑杆4 的下端和下径向索5的下端交汇在一起。在安装上径向杆2时，可以按照由边缘构件7向压力环1的顺序安装或 者按照由中心压力环1向边缘构件7的顺序安装或者按照同时从边缘构件7 和中心压力环1向中间的顺序进行安装。所述的由上层中心压力环1、上径向杆2、上环向杆3、边缘构件7组成 的网壳外轮廓为椭圆形或为圆形或为多边形。由于这种多次预应力弦支穹顶的上环向杆件是在预应力施加之后，屋面材 料等外荷载安装之前安装的，使得初始预应力不会在环向杆件中产生压力， 减小了环向杆件的压力峰值；在施加预应力前不安装上环向杆件，使得弦支 穹顶传力更加简洁，使上径向杆件的内力大小分布更均匀，有利于构件统一， 方便设计和施工；另外，所需施加的预应力大小可以适当降低，降低了施工 难度和成本。这种施工方法得到的多次预应力弦支穹顶结构，在承受外荷载 时，上部单层网壳中部分环向杆件由受压转变成受拉，使得受压杆件的平面 外稳定和上层单层网壳的平面外局部稳定性及整个结构的整体稳定都得到相 应提高。由于原承受压力较大的上环向杆件中内力峰值得到了降低，使得整 个结构的极限承载能力得到了提高，降低了材料消耗。总之与传统方法形成 的弦支穹顶相比，本施工方法形成的多次预应力弦支穹顶总成本得到降低。
图1上层为联方形网格的预应力弦支穹顶立体轴侧2为图1所示的圆形预应力弦支穹顶上层构件布置图 图3为图1所示的椭圆形预应力弦支穹顶上层构件布置图 图4为图1所示的圆形预应力弦支穹顶下层支撑体系轴侧图 图5为图1所示的椭圆形预应力弦支穹顶下层支撑体系轴侧图 图6为图1所示的预应力弦支穹顶结构剖面7为图1所示的圆形预应力弦支穹顶施加预应力前上层构件布置图 图8为图l所示的椭圆形预应力弦支穹顶施加预应力前上层构件布置图 图中1、压力环，2、上径向杆，3、上环向杆，4、撑杆，5、下径向索， 6、下环向索，7、边缘构件。
具体实施方式
下面结合图1 9详细说明本实施例。 实施例1如图l、图2、图4、图6、图7所示，本实施例的施工成型过程为第一 步安装上层的中心压力环1、上径向杆2、边缘构件7，形成的上层网壳结构 如图7所示。具体安装方法为可以首先安装边缘构件7，然后按照由内外向 内的顺序，安装向上径向杆2，最外圈的上径向杆2—端与边缘构件7连接， 另一端与其它上径向杆2首尾相连，最内圈的上径向杆2 —端与其它上径向
杆2首尾相连，另一端与中心压力环1连接。也可以按照相反的顺序安装这 些构件，或者按照同时由内外开始向中间进行的施工顺序。第二步安装下层的下径向索5、下环向索6和撑杆4，即图4、图6所示的 支撑体系。首先撑杆4的上端与上层网壳的相应节点连接，下端与下径向索5 和下环向索6的交点连接。然后安装下径向索5，其上端与网壳的相应节点连 接，下端与下环向索6和撑杆4交汇在一起。最后安装就位下环向索6，其可 以与下环向索6和撑杆4的交点铰连接也可以穿过环向索6和撑杆4的交点 与其滑动连接。第三步张拉图4、图6所示的支撑体系中的下环向索6或者下径向索5或 者调整撑杆4的长度，在结构中施加预应力。第四步，安装上环向杆3，上环向杆3与其所在圆周位置的上径向杆2之 间的相应节点连接，使上层网壳形成如图2所示的完整网壳，最终整个结构 形成如图1所示的完整的多次预应力弦支穹顶结构。第五步，对结构施加外荷载，最终完成整个结构的施工。本实施例中的上环向杆3与上径向杆2可以铰接也可以固定连接，下环 向索6与撑杆4之间可以为铰接或滑动连接，其他的连接均可以为固定连接 或者铰接。实施例2如图3、图5、图6、图8所示，本实施例与实施例1的施工方法相同，不 同之处仅在于其上层中心压力环l、上径向杆2、上环向杆3和边缘构件7组 成的如图3所示的网格外形轮廓形状为椭圆形；撑杆4、下径向索5、下环向 索6形成的支撑体系如图5所示为选为椭圆形。实施例3本实施例与实施例1的结构相同，不同之处仅在于其上层中心压力环1、 上径向杆2、上环向杆3和边缘构件7组成的网格外形轮廓形状为多边形。 这种施工方法形成的多次预应力弦支穹顶结构即保留了传统弦支穹顶结
构的优点，又具有自身独特的优点减小了上层环向杆件的压力甚至使其转 变成拉力，降低了其材料消耗提高了构件稳定性和网壳局部稳定性及整个结 构的整体稳定性；使上层径向杆件的内力分布更加均有，有利于构件形式的 统一，方便了设计和施工。由于施加预应力时上层环向杆件没有安装，使得 施加的预应力值可以适当降低，降低了施工张拉成本和难度。
权利要求
1、弦支穹顶多次预应力施工方法，其特征在于将弦支穹顶的预应力施加与上层网壳的安装间隔进行，具体施工步骤如下；第一步安装上层的中心压力环(1)、上径向杆(2)、边缘构件(7)；第二步安装下层的下径向索(5)、下环向索(6)和撑杆(4)；第三步通过张拉下环向索(6)或者下径向索(5)或者调整撑杆(4)的长度，在结构中施加预应力；第四步安装上环向杆(3)；第五步对结构施加外荷载。
2、 根据权利要求l所述的弦支穹顶多次预应力施工方法，其特征在于所述 的第一步中的具体安装步骤为首先安装边缘构件(7)和中心压力环(1)，在边缘构件(7)和中心压力环(1)之间安装上径向杆(2)，上径向杆(2) 之间首尾依次连接，最外圈的上径向杆(2)的一端与其相邻的上径向杆(2) 连接，另一端与边缘构件(7)连接；最内圈的上径向杆(2) —端与其相邻 的上径向杆(2)连接，另一端与中心压力环连接。
3、 根据权利要求1所述的弦支穹顶多次预应力施工方法，其特征在于所述的第二步中的具体安装步骤为首先将撑杆(4)的上端与上层网壳的相应节点连接，然后将下径向索(5)的上端与上层网壳的相应节点连接，将下径向 索(5)的下端与撑杆(4)的下端连接，最后安装环向索(6),环向索(6) 与撑杆(4)的下端和下径向索(5)的下端交汇在一起。
4、 根据权利要求2所述的弦支穹顶多次预应力施工方法，其特征在于在安 装上径向杆(2)时，可以按照由边缘构件(7)向压力环(1)的顺序安装或 者按照由中心压力环(1)向边缘构件(7)的顺序安装或者按照同时从边缘 构件(7)和中心压力环(1)向中间的顺序进行安装。
5、 根据权利要求1所述的弦支穹顶多次预应力施工方法，其特征在于所述 的由上层中心压力环(1)、上径向杆(2)、上环向杆(3)、边缘构件(7)组 成的网壳外轮廓为椭圆形或为圆形或为多边形。
全文摘要
本发明公开了一种建筑领域应用的弦支穹顶结构多次预应力施工方法。其施工方法为第一步安装上层的中心压力环、上径向杆、边缘构件；第二步安装下层的下径向索、下环向索和撑杆；第三步，通过张拉下环向索或者下径向索或者调整撑杆的长度，在结构中施加预应力；第四步，安装上环向杆；第五步，对结构施加外荷载。本发明形成的弦支穹顶结构比传统的方法形成的结构受力简洁，降低了构件的压力峰值，甚至使部分构件由压力杆转变成拉力杆，避免了构件的失稳，同时提高了整个结构的整体稳定性，增大了极限承载力。另外，使上层网壳杆件的内力大小分布更均匀，有利于构件统一，方便设计和施工，同时可以减小施加的预应力值，降低施工难度。
文档编号E04B7/08GK101158195SQ200710177469
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者刘学春, 张传成, 张爱林 申请人:北京工业大学