索穹顶结构附加环索施工成形方法的研究

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会索穹顶结构附加环索施工成形方法的研究高波涛张建华张毅刚戴雪’北京工业大学建筑工程学院，北京100022)摘要：索穹顶结构是一种由索、杆、膜组成的新型预应力空间结构，结构的旃工张拉过程即结构预应力的生成过程，所以采用何种施工方法使索穹项结构高精度地达到设计所要求的预应力状态就成为施工的关键。针对与此，本文在已有的施工方法一张拉斜索法的基础上加以改进，提出了一种新的施工方法“跗加环索法”，并通过一个算例对两种方法进行了比较，验证了此方法的准确性和可行性。关键词；索穹顶结构，施工成形，施工方法一、引言由

2、索、杆、膜组成的索穹项结构近几年来一直是国际、国内空间结构的研究焦点。它集额材料、新技术、新工艺和高效率于一身，备受建筑师和结构师的青睬·目前已建成的索穹顶结构根据拓扩关系的不同，主要分为Gcigcr型索穹顶和kvy型索穹顶，其平面图和三维图如下所示。派※迷义(a)图1G·ic"型索穹顶结构(b)簿“

3、一(c)工业建筑2007增刊图2Levy型索穹顶结构(d)1033第七届全同现代结构工程学术研讨会与传统结构相比，索穹顶结构有两大特点：首先，索穹顶结构是由预应力来提供刚度的。在未施加适当的预应力之前，结构几乎不存在自然刚度，其刚

4、度由受拉和受压单元之间的平衡预应力来提供所以初始预应力的大小对结构的外形和刚度起着决定性作用。其次，索穹顶结陶的施工张拉过程印预应力的生成过程，结构在安装过程中同时完成预应力张拉及结构成形．所以索穹顶的工作机理和能力与施工方法和过程息息相关。由于技术保密的原因，国外对索穹顶的施工过程只作了简单扼要的报道”_2J，国内有较多文献介绍了索穹顶的施工成形方法，文献中大部分采用了张拉斜索的方法使结构成形，但在整个施工张拉过程中，各构件的节点存在较大的刚体位移，给具体的施工和模拟分析带来了很大的难度。针对与此，本文提出了索穹项结构附加环索

5、成形方法，并通过一个算例对两种方法进行了分析对比，证明了此方法的正确性和可行性。二、索穹顶施工成形方法／(一)张拉斜索法目前国内外采用的方法主要是张拉斜索法，施丁过程主要分为以下两种：第一种方法是首先在地面上安装内拉环及各索杆系，然后从受压环粱起吊索网，接着在外压环粱处通过张拉设备张拉直接锚于环梁上的外圈斜索，实现第一环张拉，继续按顺序张拉第二环、第三环直到虽内圈斜索张拉到位。。第二种方法是在结构中央安装一个临时的施工塔架，将中央张力环吊装在塔架上，然后如第一种施工方法，依次实现从外圈斜索到内圈斜索的张拉过程。上述两种旋工方法的

6、共同特点是施工时张拉的对象都为斜索，由于结构中斜索数目较多，需进行多次张拉，而且在张拉过程中各节点存在较大的刚体位移，这就使得施工过程过于复杂，如果能找到一种施工方法，能够克服节点产生较大位移而且张拉次数又少，这就将大大简化施工过程，针对于此，本文提出了索穹顶结构附加环索成形方法，下面将仔细介绍此方法的施工步骤．并模拟其成形过程。(二)附加环索法一、此方法相对于传统的张拉方法有两丈改进：第一所有竖杆长度均可调，第二，增加了环索，其详细施工步骤如下：‘步骤l：首先按照下料长度在现场组装脊索，斜索，环索及竖杆并与周边支座节点连接，此

7、时竖杆长度要小于设计长度。步骤2：用千斤顶对称顶升最外层竖杆，将竖杆下节点顶到~歧计位置并固定，并调节竖杆长度到设计高度，此时竖杆上节点由于没有约束会向外倾斜。步骤3：在晟外层竖杆上节点附加一根环索．并调节环索使上节点达到设计位置。步骤4：按照步骤2的方法，用千斤顶对称顶升第二层呸杆。步骤5：按照步骤3的方法，在第二层竖杆上节点附加第二根环索使其达到设计位置。步骤6：顶升中间竖杆并调节其上节点到设计位置：由里及外逐次拆除附加环索，最后调整竖杆长度使结构达到设计要求。本文提出的附加环索法有以F优点：l、所有杆件的安装连接尽可能的靠

8、近地面，减少高空吊装作业，工作效率和安全性得到很大的提高。2、索穹顶结构中竖杆的数量最少，此方法正是通过项爿竖杆来使结构成形，减少了张拉次数，而且竖杆本身具有刚度，操作起来容易控制。3、在成形过程中增加了附加环索。有效的克服了刚体大位移，而且通过附加索使结构被逐层刚化，从而保证了已张拉的杆件在后续张拉过程中处于稳定状态。034工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会步骤1步骤3幽。<匪兰兰参三、算例分析步骤5步骤2步骤4。图3施工步骤示意图步骤6本文采用一个直径为3．6Ⅱl的Geigcr型索穹项结构模型来进行有限元分

9、析．模型中所有索单元的弹性模量、截面面积和密度分别为：E=1．8x10“N，m2、A=0．19625x104吖、q=7850虹，m3所有杆单元的弹性模量、截面面积和密度分别为：E=2．oxl0“N，m2、A=1．6890x10r4nr、q=7850kg，m3。、