一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构及其施工方法

技术领域

本发明属于地下建筑施工领域，特别涉及一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构及其施工方法。

背景技术

网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。

网壳结构是典型的空间结构，合理的曲面可以使结构力流均匀，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高，节省材料，网壳结构具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形状都能给设计师以充分的创作自由。薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网壳结构几乎都可以实现。既能表现静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美。

对于体育场来说，中间常为露天的场地，因此屋面中部为大开洞的曲面，造型上多体系异形空间结构需要具有足够的视觉效果，并且还要保证网壳结构具有较好的连续性，因此，需要进行针对性的设计。

发明内容

本发明提供了一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构及其施工方法，用以解决背景技术提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构，包括外钢环梁、内钢环梁、内环梁撑杆、环形铝结构、钢拱梁和月牙形铝结构，外钢环梁和内钢环梁同心设置，外钢环梁固定安装在钢结构上，内环梁撑杆通过销轴和关节轴承节点固定在钢结构上，内钢环梁固定连接在内环梁撑杆上，环形铝结构安装在外钢环梁和内钢环梁之间，钢拱梁呈开口向下的弧形，钢拱梁平行设置有两根且在内钢环梁的圆心位置中心对称设置，钢拱梁的两端分别与外钢环梁的内侧面焊接连接且钢拱梁与内钢环梁的顶端焊接连接，月牙形铝结构设置在钢拱梁和内钢环梁之间，所述外钢环梁、内钢环梁和钢拱梁均为圆型的钢梁，在钢拱梁长度方向竖面上，内钢环梁和外钢环梁均呈开口向下的弧形，内钢环梁高于外钢环梁，在钢拱梁的长度方向竖面的垂直面上，内钢环梁和外钢环梁均呈开口向上的弧形，内钢环梁高于外钢环梁。

通过采用上述技术方案，本结构设计出双圈连拱梁的结构形式的创造，外钢环梁和内钢环梁之间布设环形铝结构，外钢环梁和内钢环梁上对称搭设两根钢拱梁，内钢环梁和钢拱梁之间布设月牙形铝结构，整体形成外侧环形内侧双弧形的结构形式，既提高了视觉效果又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，并且本结构在双圈连拱梁的结构形式的基础上，双圈均采用曲线的形式，从而同为曲线的钢拱梁焊接后实现环形铝结构和月牙形铝结构的连续，不仅在多体系异形空间结构上具有足够的视觉效果，且整体的拐点角度小，连续性好，并且结构的稳定性又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁均采用圆形的钢梁，和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，开拓了双圈连拱梁网壳结构的先河，在建筑施工领域具有重要的意义。

优选的，所述环形铝结构为X型相交的棱形孔的网壳结构，所述月牙形铝结构为米型相交的三角形孔的网壳结构。

通过采用上述技术方案，铝结构的结构形式稳定性好，受力合理，视觉效果好。

优选的，所述环形铝结构和月牙形铝结构的节点包括铝杆件和节点盘，铝杆件为H型结构，节点盘具有两个且分别设置在铝杆件的顶端和底端，铝杆件通过不锈钢铆钉固定在节点盘上。

通过采用上述技术方案，铝结构拼接连接，施工方便，运输周转方便。

优选的，所述外钢环梁、内钢环梁和钢拱梁上分别焊接有H型的钢牛腿，环形铝结构和月牙形铝结构分别与钢牛腿连接。

通过采用上述技术方案，铝结构与钢牛腿同样通过节点盘连接，钢牛腿的一端采用高强螺栓，铝结构的一端采用不锈钢铆钉，铝结构和钢梁的连接强度高并且施工方便。

一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构的施工方法，包括以下步骤，

步骤一、利用有限元分析软件建立施工仿真分析模型，对整体结构的受力进行分析并确定满足结构强度的零件的规格；

步骤二、在钢结构上安装外钢环梁，外钢环梁分段吊装，高空拼装并通过钢牛腿与内钢环梁或外钢环梁连接；

步骤三、在钢结构上布置内钢环梁的临时支撑措施，采用门式支撑，将工作面分成四个扇形区域，按逆时针依次施工每个区域的外钢环梁和内钢环梁的临时支撑措施；

步骤四、安装内钢环梁，内钢环梁分段吊装，高空拼装，按逆时针依次施工每个区域的内钢环梁和钢拱梁的临时支撑措施，钢拱梁的临时支撑措施，采用单点支撑，并且最后一个区域的内钢环梁分两段安装；

步骤五、安装环形铝结构，划分单元，将单元地面拼装后吊装，然后高空拼装并通过钢牛腿与内钢环梁或钢拱梁连接；

步骤七、吊装钢拱梁，分段吊装，高空拼装；

步骤八、安装月牙形铝结构，划分单元，将单元地面拼装后吊装，然后高空拼装；

步骤九、安装内环梁撑杆，内环梁撑杆的顶端和底端通过销轴和关节轴承分别连接在内钢环梁和钢结构上；

步骤十、拆除内钢环梁和钢拱梁的临时支撑措施。

本发明的有益效果体现在：本结构设计出双圈连拱梁的结构形式的创造，外钢环梁和内钢环梁之间布设环形铝结构，外钢环梁和内钢环梁上对称搭设两根钢拱梁，内钢环梁和钢拱梁之间布设月牙形铝结构，整体形成外侧环形内侧双弧形的结构形式，既提高了视觉效果又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，并且本结构在双圈连拱梁的结构形式的基础上，双圈均采用曲线的形式，并且巧妙的布置了两个钢拱梁的位置，从而同为曲线的钢拱梁焊接后实现环形铝结构和月牙形铝结构的连续，不仅在多体系异形空间结构上具有足够的视觉效果，且整体的拐点角度小，连续性好，并且结构的稳定性又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁均采用圆形的钢梁，和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，开拓了双圈连拱梁网壳结构的先河，在建筑施工领域具有重要的意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的钢结构的示意图；

图3是本发明实施例的钢拱梁长度方向竖面的视角图；

图4是本发明实施例的钢拱梁的长度方向竖面的垂直面的视角图；

图5是本发明实施例的铝结构的节点图；

图6是本发明实施例的钢结构和铝结构的连接节点图。

附图标记：1、外钢环梁；2、内钢环梁；3、内环梁撑杆；4、环形铝结构；5、钢拱梁；6、月牙形铝结构；7、铝杆件；8、节点盘；9、钢牛腿。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

结合图1-6，一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构，包括外钢环梁1、内钢环梁2、内环梁撑杆3、环形铝结构4、钢拱梁5和月牙形铝结构6，外钢环梁1和内钢环梁2同心设置，外钢环梁1固定安装在钢结构上，内环梁撑杆3通过销轴和关节轴承节点固定在钢结构上，内钢环梁2固定连接在内环梁撑杆3上，环形铝结构4安装在外钢环梁1和内钢环梁2之间，钢拱梁5呈开口向下的拱形，钢拱梁5平行设置有两根且在内钢环梁2的圆心位置中心对称设置，钢拱梁5的两端分别与外钢环梁1的内侧面焊接连接且钢拱梁5与内钢环梁2的顶端焊接连接，月牙形铝结构6设置在钢拱梁5和内钢环梁2之间。

本结构设计出双圈连拱梁的结构形式的创造，外钢环梁和内钢环梁之间布设环形铝结构，外钢环梁和内钢环梁上对称搭设两根钢拱梁，内钢环梁和钢拱梁之间布设月牙形铝结构，整体形成外侧环形内侧双弧形的结构形式，既提高了视觉效果又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，并且本结构在双圈连拱梁的结构形式的基础上，双圈均采用曲线的形式，巧妙的布置了两个钢拱梁的位置，从而同为曲线的钢拱梁焊接后实现环形铝结构和月牙形铝结构的连续，不仅在多体系异形空间结构上具有足够的视觉效果，且整体的拐点角度小，连续性好，并且结构的稳定性又降低了造价和施工难度，并且内钢环梁、外钢环梁均采用圆形的钢梁，和内钢环梁三者互相连接形成稳定的结构体对铝结构进行支撑安装，整体网壳的稳定性得以大大的提高，开拓了双圈连拱梁网壳结构的先河，在建筑施工领域具有重要的意义。

在钢拱梁5长度方向竖面上，内钢环梁2和外钢环梁1均呈开口向下的弧形，内钢环梁2高于外钢环梁1，整体结构的稳定性更好，匹配交合形成更加牢固的结构体，并且具有很好的视觉效果。

在钢拱梁5的长度方向竖面的垂直面上，内钢环梁2和外钢环梁1均呈开口向上的弧形，内钢环梁2高于外钢环梁1，同样整体结构的稳定性更好，匹配交合形成更加牢固的结构体，并且具有很好的视觉效果。

环形铝结构4为X型相交的棱形孔的网壳结构，月牙形铝结构6为米型相交的三角形孔的网壳结构，铝结构的结构形式稳定性好，受力合理，视觉效果好。

环形铝结构4和月牙形铝结构6的节点包括铝杆件7和节点盘8，铝杆件7为H型结构，节点盘8具有两个且分别设置在铝杆件7的顶端和底端，铝杆件7通过不锈钢铆钉固定在节点盘8上。铝结构拼接连接，施工方便，运输周转方便。

外钢环梁1、内钢环梁2和钢拱梁上分别焊接有H型的钢牛腿9，环形铝结构4和月牙形铝结构6分别与钢牛腿9连接。铝结构与钢牛腿9同样通过节点盘8连接，节点盘8为铝材料，钢牛腿9的一端采用高强螺栓，铝结构的一端采用不锈钢铆钉，铝结构和钢梁的连接强度高并且施工方便。

一种双圈连拱梁型铝钢组合网壳结构的施工方法，包括以下步骤，

步骤一、利用有限元分析软件建立施工仿真分析模型，对整体结构的受力进行分析并确定满足结构强度的零件的规格；

步骤二、在钢结构上安装外钢环梁1，外钢环梁1分段吊装，高空拼装；

步骤三、在钢结构上布置内钢环梁2的临时支撑措施，采用门式支撑，将工作面分成四个扇形区域，按逆时针依次施工每个区域的外钢环梁1和内钢环梁2的临时支撑措施；

步骤四、安装内钢环梁2，内钢环梁2分段吊装，高空拼装，按逆时针依次施工每个区域的内钢环梁2和钢拱梁5的临时支撑措施，钢拱梁5的临时支撑措施，采用单点支撑，并且最后一个区域的内钢环梁2分两段安装；

步骤五、安装环形铝结构4，划分单元，将单元地面拼装后吊装，然后高空拼装并通过钢牛腿与内钢环梁或外钢环梁连接；

步骤七、吊装钢拱梁5，分段吊装，高空拼装；

步骤八、安装月牙形铝结构6，划分单元，将单元地面拼装后吊装，然后高空拼装并通过钢牛腿与内钢环梁或钢拱梁连接；

步骤九、安装内环梁撑杆3，内环梁撑杆3的顶端和底端通过销轴和关节轴承分别连接在内钢环梁2和钢结构上；

步骤十、拆除内钢环梁2和钢拱梁5的临时支撑措施。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。