一种条形钢拉板索穹顶结构.pdf

本发明公开了一种条形钢拉板索穹顶结构，包括条形钢拉板、斜索、撑杆、环索、中心内环梁和周边外环梁，所述条形钢拉板的一端与中心内环梁连接，另一端通过端部节点与周边外环梁连接，所述斜索和撑杆的上端通过连接节点与条形钢拉板连接，所述斜索连接相邻环撑杆的上端和下端，所述环索连接同环撑杆的下端，并沿环向闭合，通过预应力张拉在条形钢拉板、斜索、环索中建立预应力，形成具有一定刚度的全张力结构。本发明采用热轧钢板带替换拉索，减少索夹用量，有效降低了结构建造成本；结构节点可通过螺栓连接，易于安装上部刚性屋面材料，施工简便迅捷。

1.  一种条形钢拉板索穹顶结构，其特征在于：包括条形钢拉板、斜索、撑杆、环索、中心内环梁和周边外环梁，所述条形钢拉板的一端与中心内环梁连接，另一端通过端部节点与周边外环梁连接，所述斜索和撑杆的上端通过连接节点与条形钢拉板连接，所述斜索连接相邻环撑杆的上端和下端，所述环索连接同环撑杆的下端，并沿环向闭合，通过预应力张拉在条形钢拉板、斜索、环索中建立预应力，形成具有一定刚度的全张力结构；
所述条形钢拉板采用多层条状热轧钢板带上下叠加而成，条状热轧钢板带每隔一定的距离预留条形螺栓孔，通过螺栓压紧，各层条状热轧钢板带之间设有垫片。

2.  根据权利要求1所述的一种条形钢拉板索穹顶结构，其特征在于：所述的端部节点包括销轴耳板、端板、加劲肋、连接板和高强螺栓，所述端板的一面与销轴耳板焊接，所述加劲肋加强销轴耳板和端板，端板的另一面焊接有两块连接板，所述条形钢拉板插于两块连接板之间，并通过高强螺栓连接，条形钢拉板中的中间层条状热轧钢板带与端板焊接。

3.  根据权利要求1所述的一种条形钢拉板索穹顶结构，其特征在于：所述节点板通过螺栓与条状钢拉板相连，节点板上对应于条形螺栓孔的位置预留螺栓孔，该处各层条状热轧钢板带之间设有垫板，垫板的平面尺寸同节点板，厚度同垫片，节点板的下表面焊接有耳板，耳板分别与斜索和撑杆相连。

一种条形钢拉板索穹顶结构
技术领域
本发明涉及土木工程的空间结构技术领域，具体涉及一种条形钢拉板索穹顶结构。
背景技术
索穹顶结构具有适应跨度大、结构自重轻、充分利用高强材料、节约材料、现场装配化程度高、施工速度快和施工环保等优点，十分广泛地应用于大跨空间结构中。常规刚性屋面材料较膜材等柔性屋面材料具有结构受力合理，便于屋面保温、耐污染强，施工简便且造价较低等优点，在柔性结构中应用具有巨大的经济效益。但是将刚性屋面板应用于常规索结构时，索体与刚性屋面之间的连接需要专门的构造连接措施，由于索体的特点，连接措施往往构造复杂，施工繁琐，增加了结构建造总成本。此外，刚性屋面往往跨越能力小，而常规索结构往往网格尺寸较大，需要增设次结构支承屋面，将屋面荷载传递至主结构，这对次结构跨越能力提出了较高要求。对于常规索结构，由于受拉的脊索仅有轴向刚度，无抗弯刚度，需要较大的索力才能为次结构提供足够的弹性支撑，所以刚性屋面材料与索体之间的次结构往往搁置在撑杆顶端，这又增加了撑杆处节点构造的复杂程度，对索夹抗滑提出了更高的要求。因此，如何将刚性屋面更好地应用于索穹顶等柔性结构中是一个亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决常规索穹顶与刚性屋面结合构造复杂、造价较高的问题，提出了一种新型的张力结构——条形钢拉板索穹顶结构，该结构既具有传统索穹顶等柔性结构的所有优点，同时克服了在柔性结构中难以应用刚性屋面的困难。
本发明采用的技术方案为：一种条形钢拉板索穹顶结构，包括条形钢拉板、斜索、撑杆、环索、中心内环梁和周边外环梁，所述条形钢拉板的一端与中心内环梁连接，另一端通过端部节点与周边外环梁连接，所述斜索和撑杆的上端通过连接节点与条形钢拉板连接，所述斜索连接相邻环撑杆的上端和下端，所述环索连接同环撑杆的下端，并沿环向闭合，通过预应力张拉在条形钢拉板、斜索、环索中建立预应力，形成具有一定刚度的全张力结构；
所述条形钢拉板采用多层条状热轧钢板带上下叠加而成，条状热轧钢板带每隔一定的距离预留条形螺栓孔，通过螺栓压紧，各层条状热轧钢板带之间设有垫片。
作为优选，所述的端部节点包括销轴耳板、端板、加劲肋、连接板和高强螺栓，所述端板的一面与销轴耳板焊接，所述加劲肋加强销轴耳板和端板，端板的另一面焊接有两块连接板，所述条形钢拉板插于两块连接板之间，并通过高强螺栓连接，条形钢拉板中的中间层条状热轧钢板带与端板焊接。在条形钢拉板索穹顶提升阶段，高强螺栓不安装，仅通过中间层条状热轧钢板带承受自重荷载，单层热轧钢板带抗弯刚度小，柔性好，利于提升；在张拉之前，安装高强螺栓，使得多层钢拉板在端部节点处形成整体，增强连接强度，有效承受预应力。
作为优选，所述节点板通过螺栓与条状钢拉板相连，节点板上对应于条形螺栓孔的位置预留螺栓孔，该处各层条状热轧钢板带之间设有垫板，垫板的平面尺寸同节点板，厚度同垫片，节点板的下表面焊接有耳板，耳板分别与斜索和撑杆相连。
本发明的条形钢拉板索穹顶结构，即将常规索穹顶结构中仅受拉的柔性脊索替换为仅受拉的柔性条形钢拉板。撑杆和斜索的上端都与钢拉板铰接，刚性屋面通过螺栓或焊接与钢拉板连接，斜索连接相邻环撑杆的上端和下端，环索连接同环撑杆的下端并沿环向闭合布置；且通过预应力张拉在条形钢拉板、斜索和环索中都建立预张力。
本发明条形钢拉板采用高强度的能受拉的金属构件。条形钢拉板可根据预张力的大小由几片条形钢拉板通过螺栓连接。条形钢拉板尺寸由于长度方向远大于厚度方向，因此可平面外刚度可忽略，近似为柔性构件。
本发明的有益效果：1)条形钢拉板与上部刚性屋面连接节点构造简单，易于应用成熟的栓接或焊接技术，施工方便，有利于充分利用柔性结构与刚性屋面的受力特性；2)钢拉板厚度相对于整体结构跨度而言相对较薄，在未施加预应力前，刚度较弱，成柔性状态，能够利用现有预应力技术及机构运动学安装方式实现无支架安装，符合绿色施工的潮流；3)相对于常规索结构，钢拉板不需要锚具、索夹等部件，且钢材价格相对于索体材料较低，进一步降低了造价，具有较大的推广应用潜力。
附图说明
图1为本发明条形钢拉板索穹顶三维轴测示意图；
图2为本发明条形钢拉板索穹顶剖面示意图；
图3为本发明条形钢拉板构造平面示意图；
图4为本发明条形钢拉板构造立面示意图；
图5为本发明条形钢拉板端部节点构造示意图。
图6为本发明条形钢拉板索穹顶连接节点构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示，一种条形钢拉板索穹顶结构，包括条形钢拉板1、斜索2、撑杆3、环索4、中心内环梁5和周边外环梁6，所述条形钢拉板1的一端与中心内环梁5连接，另一端通过端部节点7与周边外环梁6连接，所述斜索2和撑杆3的上端通过连接节点8与条形钢拉板1连接，所述斜索2连接相邻环撑杆3的上端和下端，所述环索4连接同环撑杆3的下端，并沿环向闭合，通过预应力张拉在条形钢拉板1、斜索2、环索4中建立预应力，形成具有一定刚度的全张力结构；
所述条形钢拉板1采用多层条状热轧钢板带9上下叠加而成，条状热轧钢板带9每隔一定的距离预留条形螺栓孔10，通过螺栓11压紧，各层条状热轧钢板带9之间设有垫片12。
所述的端部节点7包括销轴耳板13、端板14、加劲肋15、连接板16和高强螺栓17，所述端板14的一面与销轴耳板13焊接，所述加劲肋15加强销轴耳板13和端板14，端板14的另一面焊接有两块连接板16，所述条形钢拉板1插于两块连接板16之间，并通过高强螺栓17连接，条形钢拉板1中的中间层条状热轧钢板带18与端板14焊接。在条形钢拉板索穹顶提升阶段，高强螺栓17不安装，仅通过中间层条状热轧钢板带18承受自重荷载，单层热轧钢板带抗弯刚度小，柔性好，利于提升；在张拉之前，安装高强螺栓17，使得多层钢拉板在端部节点处形成整体，增强连接强度，有效承受预应力。
所述节点板19通过螺栓11与条状钢拉板1相连，节点板19上对应于条形螺栓孔10的位置预留螺栓孔，该处各层条状热轧钢板带9之间设有垫板20，垫板20的平面尺寸同节点板19，厚度同垫片12，节点板19的下表面焊接有耳板21，耳板21分别与斜索2和撑杆3相连。
实施本发明条形钢拉板索穹顶结构设计和施工的基本步骤
1)条形钢拉板索穹顶结构设计
(1)首先确定条形钢拉板索穹顶结构的几何拓扑关系，以及支座约束条件；
(2)基于条形钢拉板索穹顶，进行结构找形和找力分析，初步确定结构位形、预
应力以及构件的材质和规格；
(3)进行结构极限承载力分析、正常使用极限状态分析及其它必要分析；
(4)调整和优化结构参数，包括钢拉板的条带数、高强螺栓的位置及数目等。
2)条形钢拉板索穹顶结构施工
条形钢拉板索穹顶结构在无应力状态下依然为柔性结构，所以可以采用索穹顶的无支架施工方法，具体为：
(1)近地面组装：在近地面，无应力组装内拉环、条形钢拉板、部分压杆、斜索和环索；以在设计位置安装好的外压环为支座，在外压环和内拉环之间安装提升工装，包括千斤顶和提升索；在外压环和最外环钢拉板之间安装牵引工装索；提升索和牵引索交替作业，在低空由内向外积累安装外围部分的压杆、环索和斜索。
(2)空中牵引提升：以外压环为支座，对内拉环和最外环钢拉板进行分级交替提升和牵引；每次循环作业中，应首先提升再牵引，使钢拉板始终保持与无应力状相同的形状，从而使压杆、环索和斜索均悬挂在钢拉板下，保证松垂索杆系的稳定；随着索杆系的上升，提升索的倾角逐渐减小接近水平，此时利用牵引索将最外环钢拉板与外压环连接就位；撤去牵引索和提升索，此时主要受力的是钢拉板，而其它索杆悬挂在钢拉板下。
(3)高空张拉成型：牵引最外环斜索的张拉索，直至放长的索头与外压环连接；撤去张拉索，安装张拉工装和千斤顶；同步对最外环斜索进行主动张拉，直至结构成型。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。