大跨度双层球面网壳穹顶结构.pdf

本实用新型涉及一种大跨度双层球面网壳穹顶，分别由为焊接球网壳部分、环形管桁架系统、为人字柱、铸钢支座结构组这四个部分组成。双层焊接球网壳部分为正放四角锥焊接球节点，主要构件为焊接空心球和无缝钢管(直缝焊管)。环形管桁架系统由一圈较粗钢管和三圈(外环、中环、内环)相对细的钢管通过腹杆连接的管桁架结构也称环梁构成，以抵抗网壳的水平向推力，并传递网壳的竖向荷载，与双层焊接球网壳部分共同组成屋盖系统。人字柱由两根钢管相贯焊接而成。铸钢支座结构组由铸钢部件以及球铰可转动体系组成，安装在沿径向向外倾斜15°的预埋件上。

1.  一种大跨度双层球面网壳穹顶结构，其特征在于：穹顶由四个部分组成：焊接球网壳(1)、环形管桁架(2)、人字柱(3)和铸钢支座(4)；该网壳结构(1)位于环形管桁架(2)的上面并与环形管桁架(2)焊接、共同组成屋盖系统；人字柱(3)与环形管桁架(2)相贯焊接，共同组成钢结构穹顶。

2.  根据权利要求1所述的大跨度双层球面网壳穹顶结构，其特征在于：所述的焊接球网壳(1)，为正放四角锥焊接球节点焊接而成，包括焊接空心球和无缝钢管。

3.  根据权利要求1所述的大跨度双层球面网壳穹顶结构，其特征在于：所述的环形管桁架(2)，是由一圈较粗钢管和由外环、中环、内环排布的三圈相对较细钢管通过腹杆连接的管桁架结构即环梁形成。

4.  根据权利要求1所述的大跨度双层球面网壳穹顶结构，其特征在于：所述的人字柱(3)由两根钢管相贯连接而成，其下端与铸钢支座(4)插接后进行焊接连接，其上端与环形管桁架(2)相贯焊接。

5.  根据权利要求1所述的大跨度双层球面网壳穹顶结构，其特征在于：所述的铸钢支座(4)，是由铸钢部件以及球铰可转动体系组成的，安装于沿径向向外倾斜15°的预埋件上。

大跨度双层球面网壳穹顶结构
技术领域
本实用新型涉及轻体建筑结构，为一种大型空间刚结构建筑中的新型空间结构体系，具体涉及一种大跨度双层球面网壳穹顶结构，属于国际专利分类E04B技术领域。
背景技术
随着社会的进一步发展，公共活动空间如文化体育场馆等的需求也与日俱增，这些需求带动了结构体系，特别是空间结构体系的发展。建筑的结构体系不仅呈现出多样化的特征，而且已经发展到概念设计的阶段。所谓概念设计指的是，结构设计不仅把结构的安全、效率及经济作为结构设计的目标，而且更重要地把结构美表现出来，即在结构上体现出文化的内涵，这就是结构哲学的主要研究范畴。大空间建筑中最需要建筑与结构的紧密配合，因为力学上合理的建筑造型是能体现结构美，进而可以充分表现出文化内涵。在结构哲学研究的背景下，大跨度双层球面网壳穹顶结构是近来发展起来的新型空间结构体系。
发明内容
本实用新型的目的，在于提供一种力学结构合理，建筑造型完美的大跨度双层球面网壳穹顶结构。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种大跨度双层球面网壳穹顶结构，其穹顶由四个部分组成：焊接球网壳、为环形管桁架、人字柱和铸钢支座；该网壳结构位于环形管桁架的上面并与环形管桁架焊接、共同组成屋盖系统；人字柱与环形管桁架相贯焊接，共同组成钢结构穹顶。
所述的焊接球网壳为正放四角锥焊接球节点焊接而成，包括焊接空心球和无缝钢管。
所述的环形管桁架是由一圈较粗钢管和由外环、中环、内环排布的三圈相对较细钢管通过腹杆连接的管桁架结构即环梁形成。
所述的人字柱由两根钢管相贯连接而成，其下端与铸钢支座插接后进行焊接连接，其上端与环形管桁架相贯焊接。
所述的铸钢支座是由铸钢部件以及球铰可转动体系组成的，安装于沿径向向外倾斜15°的预埋件上。
本实用新型属于土木工程大跨度钢结构技术领域，其合理的设计使建筑物承受外荷载能力强，整体加固稳定，在用钢量不增大的情况下，大幅度提高拱形屋盖的使用安全度及使用跨度，有效解决了大跨度建筑物存在的不足，可产生较大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为大跨度双层球面网壳穹顶结构示意图；
图2为环梁结构的剖面图；
图3为铸钢支座的结构示意图。
图中：1、焊接球网壳，2、环形管桁架系统，3、人字柱，4、铸钢支座，5、较粗钢管，6、外环相对细的钢管，7、中环相对细的钢管，8、内环相对细的钢管，9、竖向腹杆，10、腹杆，11、腹杆，12、腹杆，13、腹杆，14、铸钢件，15、铸钢件，16、铸钢件，17、铸钢件，18、球铰可转动体系，19、预埋板。
具体实施方式
参见图1，大跨度双层球面网壳穹顶结构，由四个部分组成：焊接球网壳1、环形管桁架2、人字柱3和铸钢支座4；网壳结构1位于环形管桁架2上面并与环形管桁架2焊接、共同组成屋盖系统；人字柱3与环形管桁架2相贯焊接，共同组成钢结构穹顶。焊接球网壳1为正放四角锥焊接球节点焊接而成，包括焊接空心球和无缝钢管(直缝焊管)；环形管桁架2由一圈较粗钢管和由外环、中环、内环排布的三圈相对较细钢管通过腹杆连接的管桁架结构即环梁形成；人字柱3由两根钢管相贯连接而成，其下端与铸钢支座4插接后进行焊接连接，其上端与环形管桁架2相贯焊接；铸钢支座4由铸钢部件以及球铰可转动体系组成的，安装于沿径向向外倾斜15°的预埋件上。
实施时包括以下步骤：
1)搭设承重脚手架，网壳及环粱进行高空原位散拼，屋盖成型后安装铸钢支座和人字柱。
2)网壳中心部分采用计算机控制液压系统整体提升，外围部分与环粱沿环向分片在地面胎具上拼装，用大吨位履带吊吊装就位。吊装前铸钢支座和人字柱提前安装就位。
3)网壳采用运圈外扩、逐步提升的方法就位，环粱在地面拼装，整体提升就位，铸钢支座和人字柱安装后，网壳与环粱实现空中对接。
4)网壳采用运圈外扩、逐步提升的方法就位，安装铸钢支座和人字柱后，环粱沿环向分段在地面组拼后用大吨位汽车吊吊装。
5)网壳采用运圈外扩、逐步提升的方法就位，环粱在空中拼装后整体提升，安装铸钢支座和人字柱后，网壳与环粱在空中合拢。
铸钢支座安装：铸钢支座，由铸钢部件以及球铰可转动体系组成(如图三：铸钢支座结构图)，安装在沿径向向外倾斜15°的预埋件上。安装程序如下：
①用全站仪在预埋件上放出铸钢支座中心控制点和控制轴线，根据控制轴线放出控制边线并焊接定位板。
②将铸钢支座各部件在地面组成整体，用汽车吊吊装就位，通过定位板精确调整铸钢底座位置后与预埋件点焊定位。
⑧用千斤顶通过吊线的方法调整铸件1的位置后用木方支垫。
人字柱的安装：人字柱由两根钢管相贯连接而成。下端与铸钢支座插接后焊接连接，上端与环粱相贯焊接。安装时需要在倾斜状态下实现空中定位，安装程序如下：
①在地面定型胎具上组对人字柱，用套模检查相贯口，焊接相贯焊缝。
②精确测定定位控制点并做好控制标记。
⑧用汽车吊吊装人字柱，下部与铸钢支座插接连接，上部用钢丝绳加倒链临时固定。
④用经纬仪校正地面投影点与人字柱控制标记后锁紧临时拉索，焊接人字柱与铸钢支座对接焊缝。
环粱的安装：环粱系统，采用高空原位散拼、运圈运段控制的方法，安装程序如下：
①将每一圈环形钢管通过加工和现场组拼分解为几个单元(根据工程需要)，对接口位置避开节点区。
②利用安装好的人字柱为支撑点，以每两组人字柱之间设置的H型钢为临时支撑点，用两台汽车吊运段吊装较粗钢管钢管，用水准仪、全站仪运段控制每段的安装精度，直至较粗钢管钢管闭合。此时，人字柱与较粗钢管钢管已形成稳定的结构体系。
③在地面胎具上组焊中环相对细的钢管与竖向腹杆，运段吊装，与较粗钢管钢管连接，用全站仪配合吊线法精确控制竖向腹杆与较粗钢管钢管的同心度并用缆风绳固定，焊接竖腹杆与较粗钢管相贯口。
④安装腹杆6、7，并通过腹杆6、7的运段定位安装内环相对细的钢管，，用全站仪复核。
⑤在地面胎具上组拼腹杆12、13，组成四角锥后整体吊装，通过腹杆12、13运段定位安装外环相对细钢管直至闭合。
网壳的安装：焊接球网壳部分，为正放四角锥焊接球节点，主要构件为焊接空心球和无缝钢管(直缝焊管)。施工中采用运圈外扩、逐步提升的方法。提升系统采用由绞磨牵引的独脚拔杆系统。首先，在高度5.0米混凝土平台上放出中心控制点和控制轴线，砌设支撑砖墩，由中心开始拼装网壳，运圈向外扩散，当周围无法向外继续拼装时开始提升，每次提升高度满足向外扩2～3圈的要求，依次循环。提升拔杆系统由内环、中环、外环三圈拔杆组成。随着网壳的外扩拼装，三圈拔杆以接力的方式完成网壳的提升任务。内环、中环拔杆分别在中环、外环拔杆完全受力后退出工作并拆除。
网壳与环粱的空中合拢：网壳部分与环粱系统作为两个独立的区域各自独立施工，环粱系统施工完毕后自身已形成稳定的结构体系，网壳提升到位后，在高空悬吊状态下实现与环粱系统的空中对接合拢，完成整个屋盖结构安装。以两根相互垂直的轴线与环粱的四个交点为起始合拢点，通过散拼方法开始网壳与环粱的合拢，顺序推进，焊接工作顺序跟进，完成网壳的最终合拢。