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1、索穹顶“”形整体提升安装张拉成形施工工法1. 前言随着我国经济水平的提高，居民对体育文化设施的需求逐步增大，同时我国举办的大型国际性的体育活动、文化活动、商业活动也日益增多，这就使得各类体育场馆工程及大型公共建筑的兴建数量也逐渐增多。空间结构无疑是解决大跨度建筑最具有竞争性的结构，因为相对平面结构，它具有受力合理、刚度大、重量轻、造价低等特点，且结构形式新颖丰富、生动活泼，可以突出结构美并富有艺术表现力。1948年xx著名雕塑家Snelson展示了索杆组成的张拉体系艺术品。在该作品的启发下，1962年Fuller提出了张拉整体体系(Tensegrity Systems)全新的结构思想。Full
2、er希望在这种结构中尽可能地减少受压状态，结构处于连续的张力状态，使压力成为张力海洋中的孤岛。由于这种状态认为是符合自然界固有的规律，能最大限度利用结构的材料特性，从而实现了以尽量少的材料建造更大跨度的空间。索穹顶结构是索结构（包括悬索结构、斜拉结构、张弦结构等）中一种全张力体系，一经问世便成功地应用于一些大跨度、超大跨度的结构。由于其外形类似于一个穹顶，而主要的构件又是钢索，因此工程师将其命名为索穹顶(Cable Dome，图1)。索穹顶结构以其新颖的造型、经济的造价、巧妙地构思引起了人们广泛的兴趣和注意。国外的一些著名学者、结构工程师纷纷对其展开了研究和试验，一时索穹顶体系的分析、设计和施
3、工成为先进建筑技术的标志。索穹顶是一种结构效率极高的全张力体系。由于整个索穹顶结构除少数几根压杆外都处于张力状态，所以充分发挥了钢索的强度。如能避免柔性结构有可能发生的结构松弛，则索穹顶结构绝无弹性失稳之虞。xx已故著名结构工程师D.Geiger对实现这种结构思想作出了极大的贡献。Geiger事务所设计和建造了令世人瞩目的太阳海岸穹顶（直径210m）、汉城奥林匹克运会的体操馆和击剑馆。 图1 Geiger索穹顶结构国外索穹顶工程的成功应用为我国应用该类结构提供了宝贵经验，但涉及到技术保密等原因，公开报道的资料较少，仅有几篇也只是对几个实际工程施工过程的简单描述。我国对索穹顶结构的研究相对滞后，
4、最初的报道始于二十世纪90 年代,随后xx大学 、xx大学和xx大学等对索穹顶结构开展了研究，取得了一些初步研究成果。在索穹顶预应力张拉施工成形方面一些高校也作了许多有意义的理论探索研究，进行了索穹顶成形模型试验研究，提出了一些施工方法。但索穹顶新结构因安装施工的一些关键技术得不到解决，在2009年以前国内大陆一直得不到实际工程应用，xxxx预应力工程有限责任公司在东南大学土木工程施工研究所的技术支撑下，产、学、研结合，利用十年多在悬索结构、斜拉结构和张弦结构等预应力钢结构工程中积累的拉索预应力施工经验，对索穹顶施工的关键技术进行了攻关研究，实现了对索穹顶安装技术的突破，创新提出了索穹顶无支架
5、“”形整体提升索杆累积安装技术，成功施工了xx国际高科技园区科技交流中心钢结构屋盖的我国首个刚性屋面索穹顶结构和山西太原煤炭交易中心钢屋盖中庭玻璃采光顶索穹顶结构工程。基于研究提出的“”形整体提升的索穹顶创新安装方法，于2008年11月12日申请了核心发明专利“索穹顶塔架提升索杆累计安装方法”，2010年7月7日授权发明专利ZL200810234362.1。此外，还申请了系列辅助索穹顶施工分析和索头张拉工装的发明专利，“拉索张拉斜拼传力横梁”，授权发明专利ZL200810195083.9，“一种确定索穹顶初始平衡态的逐环递推方法”, 授权发明专利ZL200910181887.8，“确定索杆系静
6、力平衡状态的非线性动力有限元法”，授权发明专利ZL200910032743.6。本工法以多项发明专利和索穹顶新结构的成功工程应用为背景进行编写。本工法在2011年1月30日被xx预应力工程有限责任公司批准为企业工法，2011年2月15日由xx省住房和城乡建设厅主持，通过了xx省级专家鉴定，该工法鉴定为达到国际领先水平。2. 工法特点2.1索穹顶结构在本质上是一个预应力索杆结构体系，如暂不考虑屋面材料的铺设，其施工过程就是将受拉单元的索和受压单元的撑杆等构件进行就位和预应力施加的过程。这一过程通俗上讲就是将它“绷”起来。2.2对于索穹顶结构工程施工真正的困难在于结构设计与施工的一体化要求特别高，
7、施工过程的跟踪和分析难。因为它的成形过程伴有刚体位移和严重的几何非线性，而较一般结构复杂的多，通常的有限元软件无法分析。尽管国内一些学者做了一些这方面的分析研究，但尚不成熟，且无实际的工程供参考。如何达到工程设计要求的“形”和“力”是索穹顶施工成败的关键。本工法用授权发明专利ZL200910181887.8“确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法”攻克了这一难题，实施了索穹顶拉索超大位移和机构位移的有效施工分析。2.3对于放射状的由多根定长的轴线径向索、多根斜索和多道环索组成的大直径索穹顶结构，如何在离地面一定高度的安装空间内采用无满堂安装钢管支架条件下的创新安装方法也是关键，并保证施工作
8、业过程的安全性。本工法用授权核心发明专利ZL200810234362.1“索穹顶塔架提升索杆累计安装方法”攻克了这一难题，保证了空间索穹顶结构依靠自主创新技术实施了高效、经济和安全施工。3 .适用范围在大跨空间结构中，实现索穹顶结构的工程推广应用是我国空间结构专家们的一个梦，也代表我国在空间结构发展和应用水平的一个里程碑。索穹顶结构可以适用于公共建筑中的共享空间屋顶、体育中心的体育馆以及其他一些场馆和会所等屋盖结构，屋面材料可以是金属屋面、膜材屋面和玻璃材屋面等。由于我国预应力拉索材料和生产技术的进步，建筑用铸钢节点的设计和制造技术的进步，众多预应力钢结构工程的实践，为大跨度索穹顶结构的工程应
9、用带来底气和成功机遇。本施工工法适用于索结构中索穹顶的安装和张拉成形施工作业。4. 工艺原理 索穹顶的“”整体提升安装施工工法的工艺原理由按设计形状对各根拉索在无应力状态下下料和索头组装以及索夹在张拉台座上设计张力下精准定位、索穹顶中心部位拉力钢环利用塔架或脊索和斜索固定的顶部环梁提起以及脊索和斜索索头利用顶部环梁同步呈“”提升到位、同步张拉每个轴线的外环斜索成形操作工艺三部分组成。4.1 为保证索穹顶安装和张拉达到结构设计要求达到索力和形状，必须达到在地面无应力条件下安装时各索索段长度和索夹夹持位置均与设计要求一致。具体工艺原理有两点：4.1.1充分考虑索穹顶的脊索和斜索与外周边固定的环梁施
10、工误差，即在地面进行索和撑杆组拼安装时，将施工现场已测量所得的安装误差消化在外环脊索索长调节上，外环以内的其他索段长度按设计要求值进行安装（图4.1.1）；4.1.2在工厂制索时，利用各根索在出厂前必须按设计要求进行预张拉的条件，按结构分析所得的成形状态下各索段预应力值进行张拉精准标定索夹位置 图4.1.1 地面上无应力状态下各索段组拼安装成索网 4.2 索穹顶在地面做基本组拼后，安装到位于地面一定高度的固定承力环梁上，为达到安装空间内不搭设满堂钢管支架，必须解决索穹顶未张拉成形前各定长索段连接成的柔索网连带撑杆由锅底状变成锅盖状的初步安装就位问题。具体工艺原理有两点：4.2.1 当年xxx公
11、司采用多根无粘结钢绞线组成的索穹顶的斜索，采用从外环到内环的斜索依次连续牵引张拉，将索网上表面从悬链形的锅底状转变成锅盖状（图4.2.11），其中钢绞线斜索长度可变是成形工艺的关键。当今在制索技术进步以及对索体耐久性要求提高的条件下，索穹顶用索已全部采用定长的工厂制作的成品索，因此，安装成形工艺必须作改变。提出采用“”形整体提升安装技术，改变原呈锅底状的索网安装过程，将索穹顶中心点和外周脊索各索头点同步提升，使整个索网呈“”形状同步上升（图4.2.12），解决了索穹顶提升安装过程中外环以内斜索定长使撑杆易倾倒和中心拉力环摇晃不稳定的问题，并可逐步实施撑杆与环索等累积安装。图4.2.11 xx公
12、司的由外斜索到内斜索的牵引张拉安装过程图4.2.12 创新的索穹顶呈“”形整体提升安装4.2.2 索穹顶中心点的提升可在安装场地中心设置专用提升塔架或直接利用安装空间顶部脊索和外环斜索固定的周边环梁作为提升设备的固定点，将中心点的拉力环与外周脊索索头同步整体提升，直至脊索索头牵引到固定环梁的的耳板就位（图4.2.2）。 图4.2.2 利用脊索固定的钢环梁对索穹顶中心点牵引提升4.3 同步张拉每个轴线的外环斜索将索穹顶的索网呈“”形提升安装就位后，实现了脊索索头与环梁耳板的销接。如何通过张拉相关的索使索穹顶成为设计要求的全张力结构也是一个工艺关键点。在充分吸收xx公司在台湾桃源体育馆膜面索穹顶的
13、安装过程中实施仅张拉外斜索使结构成形的成功经验，将索穹顶的外环斜索设计为张拉索，并利用液压千斤顶实施各轴线上的外环斜索同步张拉（图4.3）。 图4.3 索穹顶各轴线外环斜索同步张拉5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程索穹顶结构工程施工图阅读 索穹顶结构分析和相关技术参数确认 完成预应力拉索和索夹深化设计图并订货 完成索穹顶施工的专项施工方案 完成索穹顶施工方案审批 牵引整体提升和张拉设备准备、千斤顶标定 作业队地面组装成索穹顶的索网 安装索穹顶中心点和周边点提升装置 呈“”形整体提升索网并就位同步张拉外环斜索使结构成形5.2 操作要点5.2.1做好深化设计和准确确定拉索关键技术参数索
14、穹顶正式施工前，应根据结构设计图做结合以往工程施工经验的预应力拉索和铸钢索夹节点的深化设计详图，应根据设计要求的张拉力、索夹位置以及张拉设备所需的最小空间等因素确定预应力拉索索头形式、索夹节点形式和以及中心拉力环和外周固定环梁的耳板详细尺寸等。委托加工成品拉索时，应提供详细的拉索规格和长度、索夹在设计索力下的位置等关键技术参数（图5.2.1）。 图5.2.1 脊索段的长度及索夹位置标记5.2.2 依据设计技术参数，实施“找形”和“找力”的施工计算分析准备索穹顶专项施工方案时，应根据索穹顶的结构形式和受力特点，建立相应的整体计算分析模型，对设计院提供的索穹顶的索力和变形值等关键控制技术参数进行必
15、要的计算复核，并根据施工现场的场地条件、安装方案和进度要求等进行施工全过程的虚拟计算分析（图5.2.2），以达到设计要求索穹顶的“形”和各拉索的“力”的目标值，确定分阶段的具体施工方法和技术措施。图5.2.2中心拉力环提升至预定标高，待安装脊索阶段的结构计算分析5.2.3 编制详细的专项施工方案，明晰“”形提升全过程穹顶整体提升安装方案的制定应结合施工现场的安装条件详细编制。准确模拟索穹顶结构提升安装的施工全过程分析十分重要，中心点拉力环的提升点和周边各轴线上的脊索索头提升点的提升可采用钢丝绳或钢绞线束作为工装索，采用手扳葫芦或液压千斤顶作为连续提升设备。提升工装索的安全系数控制在不小于2。“
16、”形的整体提升安装过程示意见图5.2.3。 （1）在索穹顶外环梁支座附近安装中心拉力环牵引工装索的提升钢绞线，安装连接于外环脊索的牵引索。 （2）脊索安装完毕之后，安装脊索索夹，将脊索外端和中心拉力环提升至指定标高。依次安装撑杆、环索和斜索，完成索杆结构的初步成形组装。 （3）四点牵引固定于中心拉力环上部的提升钢绞线工装索，并同步10点牵引外环脊索，伴随中心拉力环提升，整个脊索网得到缓慢提升。 （4）提升中心拉力环至指定标高处，牵引外环脊索。牵引外环脊索到达支座位置，对称进行外环脊索索头的连接安装。 （5）外脊索安装就位后，撤除外脊索牵引钢丝绳和中心拉力环的提升钢绞线，牵引外斜索的牵引钢丝绳，
17、使外斜索就位。同步分级张拉外环所有斜索，结构张拉成形。 图5.2.3“”形的整体提升安装过程示意5.2.4 准备工人作业平台，保证施工安全在实施索穹顶整体提升安装时，结合施工现场周边拉索固定的环梁的形式和标高，设置工装索连续牵引和外斜索张拉的作业平台是安全施工的关键所在。可充分利用混凝土环梁施工的模板支架平台或专门加工型钢挑架平台（图5.2.4），保证每个轴线均有同步作业的操作平台。 图5.2.4 索穹顶提升安装和张拉作业平台5.2.5 确定先脊索销接就位，后外斜索销接就位在实施索穹顶的索网整体提升安装过程中应随时监控各提升工装索的索力，保证各提升工装索的索力在控制的安全系数范围内。在将脊索的
18、索头连续牵引至周边环梁固定的耳板附近时，可优先实施成90对称的4根脊索销接就位，保证整个悬垂索网的安装作业安全。在全部脊索索头与环梁固定耳板销接（图5.2.5）后，通过牵引设备将外环斜索牵引就位和销接。图5.2.5 索穹顶的牵引脊索与环梁销接就位 5.2.6 斜索同步张拉成形1、张拉总体原则采用分级同步张拉外环斜索法，即仅主动张拉外环径向斜索，而脊索、环索和撑杆为被动张拉。拉索张拉控制采用双控原则：控制结构内力和变形，其中以控制张拉点的索力为主。2、基本张拉程序可按设计要求的索力分级同步张拉。每一阶段可分为四级： 初级安装索力25con50con 75con105con(锚固)张拉时注意对称进
19、行，避免对结构产生过大的次生应力。张拉过程中应严格控制每级张拉的油压表读数。5.2.7 按主控目标实施有效施工监控张拉时应根据设计要求的主控目标进行施工监控。对于索穹顶结构，设计对准确成形的“形”和达到预定索力的“力”要求高，可根据具体设计要求，确定控制外斜索的张拉力为主，兼顾索穹顶的成形。张拉力和变形的监控方法见表5.2.7为保证控制与监测数据的准确性，在钢拉杆张拉过程中应安排专人跟踪进行张拉力（即压力指示器数据）的控制及结构内力与变形的监测，包括钢拉杆自身内力变化、各钢拉杆张拉力之间的相互影响、结构变形（跨度、控制节点位移等）。表5.2.7 索穹顶的张拉力、结构变形监控方法序号监控项目监测
20、方法监测仪器具1索穹顶结构节点位置量测三维坐标全站仪2外环斜张拉力精密压力表控制测试索频率或磁通量索力值测试油压表频率计测试磁通量仪测试3杆件内力（压杆或环梁）电测法电阻应变片测试振弦或光栅传感器测试 5.2.8索穹顶施工的基本劳动力组织见表5.2.8。 表5.2.8 基本劳动力组织表 序号索穹顶按单个轴线施工所需人数备注1项目管理人员2与其他轴线共用2技术人员1与其他轴线共用3索和节点安装2与后续牵引张拉共用4油泵与千斤顶牵引和张拉操作2合计轴线数236. 材料与设备6.1 预应力拉索索体采用5mm高强度钢丝，其质量和性能应满足国家标准桥梁缆索用热镀锌钢丝(GB/T 17101)中的有关规定
21、。采用锌铝合金镀层钢丝符合锌-5%铝-混合稀土合金镀层钢丝、钢绞线（GB/20492-2006）的规定。拉索抗拉强度不小于1670MPa，弹性模量不小于1.90105MPa。拉索的质量和性能指标应满足(DG/TJ08-019-2005)的规定。6.2索用锚具包括锚环、螺杆、螺母、销轴等锚具组件均采用锻件。应符合行业技术标准锻件通用技术条件(YB/T 0367)的有关规定，并应进行超声波探伤或磁粉探伤，探伤应符合国家标准锻轧钢棒超声波检验方法(GB/T 4162)中的A级或B级和行业标准压力容器无损检测(JB4730) III级要求。各锚具组件应作表面镀锌或表面涂装处理，电镀锌件（主要零件）在镀
22、后应脱氢处理。锚具的强度应符合钢索破断后而锚具和连接件均不能破断的准则。6.3 索穹顶索杆体系的各构件的制作和加工应满足建筑结构用索应用技术规程(DG/TJ08-019-2005)的要求。预应力拉索索头可根据钢拉杆的两端结构连接形式（图6.3）以及制作长度应根据工程结构连接端点结构形式和距离共同确定，索头一般采用热铸锚。拉索出厂前必须进行预张拉，钢索张拉值分别达到其破断强度的50%-55%，并维持1.5h，以消除拉索的非弹性变形。图6.3 索穹顶的平行钢丝扭绞拉索6.4 索夹节点采用铸钢，材质为：GS-20Mn5N，热处理状态为正火。铸钢节点应用技术规程CECS 235：20086.5 机具设
23、备本工法采用的机具设备见表6.5。 表6.5 索穹顶施工机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1起重机械利用工地塔吊台1配合安装高空环梁作业平台、成品索展开和中心拉力环拼装2张拉油泵ZB460台1每个脊索和外斜索牵引及张拉轴线处、每个中心拉力环提升牵引处3液压千斤顶YC200、或YC600台2每根外斜索张拉点处4链条管钳把1每根外斜索张拉点处5手拉葫芦HSZ3台10配合安装拉索、压杆和装卸千斤顶6高压油管和三通根4配合每台油泵7精密压力表只1每台油泵的千斤顶进油用控制张拉力8普通压力表只1每台油泵的千斤顶回油用9板手把4安装油管及压力表用7 施工质量保证措施7.1加强职工的质量意识和拉索保
24、护成品的教育，养成良好的质量习惯，树立精益求精的工作精神。7.2组织人员严格按规范、图纸设计及通过专家论证的施工方案要求编写工艺卡，对参与施工的全体人员进行详细技术交底，特别是成品索进场后的全部尺寸复核，索夹安装位置的复核等，以便统一操作规程、统一操作方法、统一质量要求、统一验收标准。7.3 预应力拉索施工质量参照建筑工程预应力施工规程（CECS180：2005）以及预应力钢结构技术规程（CECS212：2006）的相关要求进行控制。7.4质量控制点设置序号控制点责任者控制内容工地检查者检查方法1成品拉索采购与验收材料员计划员合格供应商选定、签订合同、质量验收（质保书、规格、长度、调节余量等）
25、，索夹标注位置2mm材料员质检员技术人员监理工程师查合同、合格证、材料质保书、生产厂索预张拉报告、现场索无应力长度实测2安装前环梁安装轴线、标高、轴线上固定耳板销轴间间距测量、耳板安装角度、中心拉力环耳板位置及角度测量等测量员安装前检查轴线长度，误差10mm；环梁安装标高，误差10mm；耳板销轴间距离，误差10mm；耳板旋转方向等质检员测量员监理工程师查设计图要求值与测量记录3成形时及成形后索力、索节点位置等张拉作业管理及施工人员张拉顺序；张拉力达到设计索力，误差为5；索节点成形位置和撑杆垂直度等质检员监理工程师设计院工程师查张拉记录、现场查看表压、实测实量等7.5所有材料供应商均需经过合格供
26、应商的评审，所有材料必须由合格供应商供给，同时材料设备进场必须有合格证或材料质量证明书（各类证书应列表登记，并与实物核对无误），合格后方可正式使用。7.6安排专门施工作业队提前进场进行安装前的环梁和拉索固定耳板以及中心拉力环的耳板等安装施工精度的测量复核。索穹顶索网地面组装时，严格安装设计的各节点索夹固定位置进行索网安装。整体提升安装时，加强检查牵引工装索的油压表值和严格控制索力。外环斜索张拉过程中实施质量动态控制及跟踪检查，使该工序的施工质量始终处于受控状态。7.7 外环斜索张拉过程中应注意控制好张拉的同步性与对称性，保证索穹顶的准确成形。张拉过程中千斤顶应安排专人操作，严格控制进油速度。同
27、样，结构应力与变形的控制与监测应安排专人跟踪测量并记录，保证张拉的质量控制。7.8安排专人及时做好相关技术资料的收集整理工作，确保内业资料的完整性、准确性。8 .安全措施8.1索穹顶施工前应组织全体施工人员进行详细的安全技术交底，确保严格按交底要求进行施工。8.2 所有登高操作人员应戴好安全帽、系上安全带。登高作业人员其体质应符合规定要求，高空作业中应佩带工具袋，所有手动工具（如手锤、扳手、链条管钳等）应放在工具袋或作业层上内，不得放在钢环梁、脚手板等易失落的地方。操作中扳手等工用具应系上绳子扣在身上或安全带上，防止坠落伤人。8.3起重工、架子工等特殊工种作业人员应持证上岗作业，严格按规程操作
28、，保证作业安全，严禁无证不懂电气、机械的人员擅自上岗操作。8.4牵引和张拉作业平台脚手架的搭设和型钢架的制作应严格按方案有关参数及方案设计图纸要求进行，确保作业平台架的承载力、刚度与稳定性。操作层脚手架应满铺脚手板，外侧应加设安全栏杆并满张密目网保证施工安全。8.5牵引提升及张拉作业平台架搭设和安装完毕应组织相关人员进行验收，确认合格后方可交付使用，同时应注意使用中荷载的控制和维护，不得任意拆除一切防护设施和受力杆件以确保安全。8.6高空作业平台架吊装以及拉索展开组装吊装前，应对作业环境及所使用的吊装索具、卸扣、葫芦等工用具器具设施设备的完好性进行全面检查，并做好书面检查记录，发现问题和隐患立
29、即整改，保证吊装的顺利进行及安全。8.7外环斜索张拉过程中，作业区外周一定内范围应设警戒线，非作业人员严禁进入，特别是张拉作业平台下严禁站人。8.8必须严格执行防火、防爆制度，使用明火必须按规定办理动火审批手续，设专人监护。8.9 严格遵守安全用电的各项规章制度，由于钢索、钢构件及脚手架具有良好的导电性，故施工现场供用电系统必须有良好的接地、接零或漏电保护。施工现场的临时供电采用“三相五线制”，“一机一闸一漏一箱一锁进行保护”， 施工电线均采用胶皮电缆线，各电器设备在使用前必须进行全面检查，合格后方可使用。9. 环保措施 定货的索穹顶拉索成品运至施工现场时，为保证出厂表面处理不受运输过程的损伤
30、，一般外表面缠绕保护拉索表面的塑料编织带。在拉索安装过程中应尽可能保持缠绕编织带的完好，以免污染拉索表面处理层。在牵引和张拉完成后，跟随屋面工程的最后清理作业，在剥去缠绕编织带时，应注意随时收集编织带，统一堆放至建筑垃圾放置点，以免污染建筑工地环境。10 效益分析大跨度索穹顶结构采用无钢管满堂支架的“”形整体提升安装，可大量节约搭设安装支架的材料和搭设人工。从实施的太原煤炭交易中心屋盖中心区直径36m索穹顶结构，结构平面为圆形，中心点标高25.848m。采用整体提升安装施工方法后，可节省满堂架搭设和使用钢管架子量25447m3，节省搭设人工和架子租赁费用约50万元。xx国际高科技园区科技交流中
31、心钢结构屋盖刚性屋面索穹顶结构工程也采用了本施工工法，取得了良好的直接经济效益和良好的社会效益。11. 应用实例11.1 应用实例一：山西太原煤炭交易中心屋盖中心区索穹顶结构工程山西太原煤炭交易中心屋盖中心区采用索穹顶结构（11.1-1）。该索穹顶结构平面为圆形，直径36m，矢高1.636m，结构中心点标高25.848m。该结构体系在索穹顶主结构（11.1-2）的基础上，增加了上层幕墙次结构索网，屋面覆盖材料采用点支式玻璃屋面。图11.1-1 太原煤炭交易中心中庭索穹顶 图11.1-2太原煤炭交易中心中庭索穹顶的主结构及玻璃索网该工程索穹顶主结构的索杆系采用Geiger型布置方式，分16个径向
32、轴和3环，其中内拉环由钢构组焊而成，外压环为钢桁架并与外围网壳连接。所有拉索均采用柔性索，为Galfan镀层的钢丝束索。除环索的索体连通撑杆下索夹外，脊索和斜索均通过两端索头与相应节点销轴连接。屋面玻璃支承索网次结构为单层索网，布置在主结构的脊索网上。玻璃支承索网采用柔性索，为Galfan镀层的钢丝束索和不锈钢丝绳索。该工程主结构拉索和中、外撑杆上幕墙环索采用Galfan拉索，公称抗拉强度为1670MPa，直径规格为28mm、32mm、40mm、48mm和60mm，一端可调，采用压制锚具，连接件为叉耳式。幕墙径向索和除上述两环外的幕墙环索选用不锈钢拉索，不锈钢拉索的钢丝采用SUS316，公称抗
33、拉强度为1400MPa，直径为22mm。该索穹顶结构脊索分为三段，分别在撑杆处断开。内、外环索均分为两段，断点均处于压杆之间，对称断开。所有幕墙环索平均分为四段， 断点位于与脊索连接处；幕墙径向索则在“Y”形节点处形成分断点。该工程压杆上、下端拉索节点空间性强、受力复杂、空间定位要求准确。因此，在进行索节点构造设计时，除需考虑准确定位和受力安全外，还应满足拉索实际施工的要求。索穹顶安装和张拉施工注意了以下几个关键环节：1、现场吊装外环钢桁架，并与周围钢网壳焊接。“严格控制”：与索相连节点的空间位置和角度。2、索穹顶主结构和屋面玻璃支承索网次结构的地面组装。“控制”：索杆的无应力组装长度。3、索
34、穹顶高空牵引提升，应协调提升和牵引作业。“控制”：索穹顶在空中的整体姿态，防止压杆倾覆。4、索穹顶张拉。“控制”：施工张拉力。5、屋面玻璃的安装。“控制”：玻璃安装顺序，避免结构过大的局部变形和不对称变形，玻璃安装容许偏差应适应索穹顶张拉位形偏差和玻璃安装过程中的局部变形。6、其它附属设施的安装，应在索穹顶地面组装之前将附属设施与结构焊接的节点安装就位。该工程于2010年12月28日进场安装，2011年1月25日完成张拉成形。11.2 应用实例二：xx国际高科技园区科技交流中心刚性屋面索穹顶结构工程xx国际高科技园区科技交流中心钢结构屋盖G区部分采用刚性屋面索穹顶结构（图1），该结构体系由上弦
35、脊索、下弦斜索、环索、压杆、外环受压环及内环刚性拉力环构成（图11.2-1），是典型的肋环型（即Geiger型）索穹顶结构体系。索系特点为上弦脊索连续，环索连续。 图11.2-1xx国际高科技园区科技交流中心索穹顶该索穹顶结构平面为圆形，直径24m，矢高2.109m，屋面覆盖材料采用铝镁锰板的金属刚性屋面，安装高度21m。刚性屋面通过型钢檩条与下部索穹顶结构体系结合。该工程的关键施工过程如下：1、在索穹顶外环梁支座附近安装钢绞线提升装置，安装外环脊索的牵引钢丝绳和连接中心拉力环的提升钢绞线，牵引钢丝绳和提升钢绞线的具体长度由计算确定。2、在地下室底板上铺放脊索系和安装铸钢脊索索夹，连接中心拉力
36、环。脊索安装完毕之后，将脊索外端和中心拉力环提升至离地下室底板约2m3m的指定高度。3、依次安装撑杆、环索和斜索，完成索杆结构的组装。根据中心拉力环的提升高度，调节脊索索网的悬链线垂度，当脊索索网的节点与地面之间距离满足内环斜索、中环斜索或中环桅杆安装空间需求时，即对各索杆进行安装；各索杆安装顺序以满足安装空间为序。4、牵引外脊索和中心拉力环的提升钢绞线。四点牵引固定于中心拉力环上部的提升钢绞线，并同步10点牵引外环脊索，伴随中心拉力环提升，整个脊索网得到缓慢提升，实施无支架安装。5、提升中心拉力环至指定标高处，停止提升，牵引外环脊索到达支座位置，对称进行外环脊索索头的连接安装。6、外脊索安装就位后，撤除外脊索牵引钢丝绳和中心拉力环的提升钢绞线，安装外斜索的牵引钢丝绳。7、牵引外环斜索到达支座位置处，对称进行外环斜索索头的连接安装。8、同步分级张拉外环所有斜索。9、拉索张拉完毕后，安装刚性檩条系统，铺设屋面。该工程于2009年12月9日进场安装，29日完成张拉成形。