索穹頂結(jié)構(gòu)附加環(huán)索施工成形方法的研究

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1、第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)索穹頂結(jié)構(gòu)附加環(huán)索施工成形方法的研究高波濤張建華張毅剛戴雪’北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京100022)摘要：索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由索、桿、膜組成的新型預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的旃工張拉過(guò)程即結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的生成過(guò)程，所以采用何種施工方法使索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)高精度地達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)就成為施工的關(guān)鍵。針對(duì)與此，本文在已有的施工方法一張拉斜索法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，提出了一種新的施工方法“跗加環(huán)索法”，并通過(guò)一個(gè)算例對(duì)兩種方法進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了此方法的準(zhǔn)確性和可行性。關(guān)鍵詞；索穹頂結(jié)構(gòu)，施工成形，施工方法一、引言由

2、索、桿、膜組成的索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)近幾年來(lái)一直是國(guó)際、國(guó)內(nèi)空間結(jié)構(gòu)的研究焦點(diǎn)。它集額材料、新技術(shù)、新工藝和高效率于一身，備受建筑師和結(jié)構(gòu)師的青睬·目前已建成的索穹頂結(jié)構(gòu)根據(jù)拓?cái)U(kuò)關(guān)系的不同，主要分為Gcigcr型索穹頂和kvy型索穹頂，其平面圖和三維圖如下所示。派※迷義(a)圖1G·ic"型索穹頂結(jié)構(gòu)(b)簿“

3、一(c)工業(yè)建筑2007增刊圖2Levy型索穹頂結(jié)構(gòu)(d)1033第七屆全同現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，索穹頂結(jié)構(gòu)有兩大特點(diǎn)：首先，索穹頂結(jié)構(gòu)是由預(yù)應(yīng)力來(lái)提供剛度的。在未施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力之前，結(jié)構(gòu)幾乎不存在自然剛度，其剛

4、度由受拉和受壓?jiǎn)卧g的平衡預(yù)應(yīng)力來(lái)提供所以初始預(yù)應(yīng)力的大小對(duì)結(jié)構(gòu)的外形和剛度起著決定性作用。其次，索穹頂結(jié)陶的施工張拉過(guò)程印預(yù)應(yīng)力的生成過(guò)程，結(jié)構(gòu)在安裝過(guò)程中同時(shí)完成預(yù)應(yīng)力張拉及結(jié)構(gòu)成形．所以索穹頂?shù)墓ぷ鳈C(jī)理和能力與施工方法和過(guò)程息息相關(guān)。由于技術(shù)保密的原因，國(guó)外對(duì)索穹頂?shù)氖┕み^(guò)程只作了簡(jiǎn)單扼要的報(bào)道”_2J，國(guó)內(nèi)有較多文獻(xiàn)介紹了索穹頂?shù)氖┕こ尚畏椒?，文獻(xiàn)中大部分采用了張拉斜索的方法使結(jié)構(gòu)成形，但在整個(gè)施工張拉過(guò)程中，各構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)存在較大的剛體位移，給具體的施工和模擬分析帶來(lái)了很大的難度。針對(duì)與此，本文提出了索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)附加環(huán)索

5、成形方法，并通過(guò)一個(gè)算例對(duì)兩種方法進(jìn)行了分析對(duì)比，證明了此方法的正確性和可行性。二、索穹頂施工成形方法／(一)張拉斜索法目前國(guó)內(nèi)外采用的方法主要是張拉斜索法，施丁過(guò)程主要分為以下兩種：第一種方法是首先在地面上安裝內(nèi)拉環(huán)及各索桿系，然后從受壓環(huán)粱起吊索網(wǎng)，接著在外壓環(huán)粱處通過(guò)張拉設(shè)備張拉直接錨于環(huán)梁上的外圈斜索，實(shí)現(xiàn)第一環(huán)張拉，繼續(xù)按順序張拉第二環(huán)、第三環(huán)直到雖內(nèi)圈斜索張拉到位。。第二種方法是在結(jié)構(gòu)中央安裝一個(gè)臨時(shí)的施工塔架，將中央張力環(huán)吊裝在塔架上，然后如第一種施工方法，依次實(shí)現(xiàn)從外圈斜索到內(nèi)圈斜索的張拉過(guò)程。上述兩種旋工方法的

6、共同特點(diǎn)是施工時(shí)張拉的對(duì)象都為斜索，由于結(jié)構(gòu)中斜索數(shù)目較多，需進(jìn)行多次張拉，而且在張拉過(guò)程中各節(jié)點(diǎn)存在較大的剛體位移，這就使得施工過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，如果能找到一種施工方法，能夠克服節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生較大位移而且張拉次數(shù)又少，這就將大大簡(jiǎn)化施工過(guò)程，針對(duì)于此，本文提出了索穹頂結(jié)構(gòu)附加環(huán)索成形方法，下面將仔細(xì)介紹此方法的施工步驟．并模擬其成形過(guò)程。(二)附加環(huán)索法一、此方法相對(duì)于傳統(tǒng)的張拉方法有兩丈改進(jìn)：第一所有豎桿長(zhǎng)度均可調(diào)，第二，增加了環(huán)索，其詳細(xì)施工步驟如下：‘步驟l：首先按照下料長(zhǎng)度在現(xiàn)場(chǎng)組裝脊索，斜索，環(huán)索及豎桿并與周邊支座節(jié)點(diǎn)連接，此

7、時(shí)豎桿長(zhǎng)度要小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。步驟2：用千斤頂對(duì)稱頂升最外層豎桿，將豎桿下節(jié)點(diǎn)頂?shù)絶歧計(jì)位置并固定，并調(diào)節(jié)豎桿長(zhǎng)度到設(shè)計(jì)高度，此時(shí)豎桿上節(jié)點(diǎn)由于沒(méi)有約束會(huì)向外傾斜。步驟3：在晟外層豎桿上節(jié)點(diǎn)附加一根環(huán)索．并調(diào)節(jié)環(huán)索使上節(jié)點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)位置。步驟4：按照步驟2的方法，用千斤頂對(duì)稱頂升第二層呸桿。步驟5：按照步驟3的方法，在第二層豎桿上節(jié)點(diǎn)附加第二根環(huán)索使其達(dá)到設(shè)計(jì)位置。步驟6：頂升中間豎桿并調(diào)節(jié)其上節(jié)點(diǎn)到設(shè)計(jì)位置：由里及外逐次拆除附加環(huán)索，最后調(diào)整豎桿長(zhǎng)度使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文提出的附加環(huán)索法有以F優(yōu)點(diǎn)：l、所有桿件的安裝連接盡可能的靠

8、近地面，減少高空吊裝作業(yè)，工作效率和安全性得到很大的提高。2、索穹頂結(jié)構(gòu)中豎桿的數(shù)量最少，此方法正是通過(guò)項(xiàng)爿豎桿來(lái)使結(jié)構(gòu)成形，減少了張拉次數(shù)，而且豎桿本身具有剛度，操作起來(lái)容易控制。3、在成形過(guò)程中增加了附加環(huán)索。有效的克服了剛體大位移，而且通過(guò)附加索使結(jié)構(gòu)被逐層剛化，從而保證了已張拉的桿件在后續(xù)張拉過(guò)程中處于穩(wěn)定狀態(tài)。034工業(yè)建筑2007增刊第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)步驟1步驟3幽。<匪蘭蘭參三、算例分析步驟5步驟2步驟4。圖3施工步驟示意圖步驟6本文采用一個(gè)直徑為3．6Ⅱl的Geigcr型索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)模型來(lái)進(jìn)行有限元分

9、析．模型中所有索單元的彈性模量、截面面積和密度分別為：E=1．8x10“N，m2、A=0．19625x104吖、q=7850虹，m3所有桿單元的彈性模量、截面面積和密度分別為：E=2．oxl0“N，m2、A=1．6890x10r4nr、q=7850kg，m3。、