基于塔架提升索杆累积安装的索穹顶施工关键力学分析和技术研究

索穹顶是由拉索和压杆构成的一种新型全张力结构，充分利用高强材料，结构效率高，自重轻，施工装配程度高和施工速度快，可实现超大跨度建筑。由于国外专利技术，国内索穹顶施工研究主要集中在张拉成形分析，缺乏自主创新和完整的施工方法。塔架提升索杆累积安装的索穹顶施工方法（已受理发明专利），通过竖向提升和斜向牵引将在地面组装的脊索网和中心环安装就位，提升初期在低空累积安装压杆和斜索，最后同步张拉最外环斜索而成形。该方法施工安全、牵引力小、高空作业量少、张拉效率高，已应用于国内大陆首个索穹顶工程。基于该方法，本项目将深入研究全过程施工分析、施工过程几何稳定性、成形质量控制、索夹节点等关键问题，拟建立包含超大机构位移和大垂度松弛索的找形分析新方法，揭示松弛悬垂状态索杆系稳定机理并建立稳定分析方法和控制准则，建立施工控制标准和准则，建立存在较大不均衡力的抗滑索夹设计方法。研究成果可推广应用于其它张力结构中。

索穹顶是由索和杆构成的一种新型全张力结构，充分利用高强材料，结构效率高，自重轻，施工装配程度高和施工速度快，空间跨越能力强。由于国外专利技术，国内索穹顶施工研究主要集中于张拉成型分析。基于自主创新的“塔架提升索杆累积安装的索穹顶施工方法”核心思想，本项目深入研究了索穹顶的施工方法、全过程施工分析、施工过程几何稳定性、索夹节点等关键技术问题，并拓展研究了伞状结构和索桁架结构的提升牵引施工技术，如下：.1）对于仅由索和杆构成的张力结构（如索穹顶、索网、索桁架），在牵引提升和张拉过程中存在超大机构位移和拉索松弛，提出基于非线性动力有限元的索杆系静力平衡态找形分析方法（简称“NDFEM”），并基于ANSYS软件平台二次开发应用程序。.2）提出“索穹顶无支架提升牵引施工方法”：低空组装所有索杆系，以外压环为支座利用工装索交替提升内拉环和牵引外脊索。.3）依托实际工程，研究了索穹顶关键节点，开展了索夹抗滑试验。.4）针对伞状全张力索结构，在技术、经济和工期三个方面对比研究了高空散拼法、垂直提升法和整体斜向牵引提升法，得出整体斜向牵引提升法为最优。.5）针对索桁架结构，提出“固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法”，利用固定在上弦锚固节点处的提升千斤顶，通过斜向牵引上弦索来整体提升在地面低空组装的索杆系，最后通过张拉下弦索使结构成型。.6）综合常规索穹顶和弦支穹顶的优点，提出了脊梁式索穹顶结构，开展了初步的施工成型模型试验。该结构将常规索穹顶结构中仅受拉的柔性脊索替换成受拉弯的刚性脊梁，既便于铺设刚性屋面，又可采用整体牵引提升方法进行施工。.成果包括：发表期刊论文5篇（EI收录2篇）和国际会议论文2篇、研究生学位论文8篇、参编《索结构典型工程集》、申请发明专利7项和实用新型专利1项（已授权共7项）。另外《索穹顶“ω”形整体提升安装张拉成型施工工法》获国家一级工法，索穹顶研究成果编入广东省《钢结构设计技术规程》（送审稿）。.成果主要集中应用于三个典型张力结构——中国（太原）煤炭交易中心展览中心庭院索穹顶、无锡太湖新区科技交流中心索穹顶、乐清体育场索桁架挑蓬。这些工程顺利实施，且经第三方检测单位监测，工程质量优良。其中“中国（太原）煤炭交易中心展览中心”项目获第四届欧维姆预应力技术一等奖，“月牙轮辐式非封闭索桁架屋盖结构整体提升及张拉技术研究”经鉴定达到国内领先水平。