[背景小知識]
索穹頂技術(shù)是近現(xiàn)代世界空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的最高成就，具有合理的受力特性和極高的結(jié)構(gòu)效率，是最能體現(xiàn)當(dāng)代建筑先進(jìn)材料、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平的結(jié)構(gòu)體系。索穹頂主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成可分為四個部分: 由脊索、斜索、環(huán)索組成的連續(xù)張力索網(wǎng)，受壓撐桿，中央拉力環(huán)，周邊受壓環(huán)桁架或環(huán)梁。索膜次結(jié)構(gòu)包括由張緊于脊索之上的膜和設(shè)置在徑向脊索之間的谷索。預(yù)應(yīng)力的施加使索穹頂從機(jī)構(gòu)演變?yōu)槟艹惺茉O(shè)計(jì)使用荷載的結(jié)構(gòu)，所以張力索網(wǎng)是索穹頂結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件，它實(shí)現(xiàn)了“連續(xù)的張力海洋”結(jié)構(gòu)力學(xué)先進(jìn)理念。
索穹頂結(jié)構(gòu)來源于美國建筑師R.B.Fuller于1962年提出的張拉整體思想：結(jié)構(gòu)中盡可能地減少受壓狀態(tài)而使結(jié)構(gòu)處于連續(xù)的張力狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)“壓桿的孤島存在于拉桿的海洋中"的設(shè)想。美國工程師Geiger對Fuller的張拉整體思想進(jìn)行了演變和發(fā)展，開創(chuàng)性的提出了索穹頂體系(CableDome)的概念，并在1988年的韓國漢城奧運(yùn)會體操館和擊劍館中首次將其付諸實(shí)踐。此后,美國工程師Levy對Geiger設(shè)計(jì)的索穹頂中索網(wǎng)平面外剛度不足、容易失穩(wěn)等缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn), 將輻射狀脊索變?yōu)槿腔?lián)方型布置脊索, 成功設(shè)計(jì)了1996年亞特蘭大奧運(yùn)會的主體育館喬治亞穹頂。到目前為止世界上已建成十幾座索穹頂結(jié)構(gòu)建筑，主要分布在美國、韓國等發(fā)達(dá)國家。
[工程簡介]
鄂爾多斯伊旗索穹頂結(jié)構(gòu)是目前我國第一個自主研發(fā)設(shè)計(jì)施工的大型索穹頂結(jié)構(gòu)工程，屋蓋建筑平面呈圓形，設(shè)計(jì)直徑為71.2m，屋蓋矢高約5.5m。由外環(huán)梁、內(nèi)環(huán)梁、環(huán)索、斜索、脊索及兩圈撐桿組成，表面覆蓋膜結(jié)構(gòu)。
廣東堅(jiān)朗五金制品股份有限公司及其子公司廣東堅(jiān)宜佳五金制品有限公司參與了工程設(shè)計(jì)與施工的全過程。其中堅(jiān)宜佳Galfan拉索產(chǎn)品作為新型材料，被成功應(yīng)用到該工程中。
[工程設(shè)計(jì)與施工]
在本工程中，索穹頂與外環(huán)桁架相連構(gòu)件———斜索和脊索的拉力使外環(huán)桁架環(huán)向受壓，而大懸挑鋼結(jié)構(gòu)的傾覆力矩使外環(huán)桁架環(huán)向受拉，從而使整體結(jié)構(gòu)受力平衡。外圍結(jié)構(gòu)平面內(nèi)剛度非常大，外環(huán)桁架對于索穹頂外圈索接近于剛性約束，故索穹頂?shù)倪吔鐥l件采用四周鉸支。工程所用拉索材料特性及截面規(guī)格見表。
施工方案為通過張拉斜索使結(jié)構(gòu)獲得幾何剛度并最終成形，設(shè)計(jì)也采取對斜索施加初始預(yù)應(yīng)力達(dá)到其幾何成形態(tài)。結(jié)構(gòu)計(jì)算通過對索施加初始應(yīng)變的方法引入預(yù)應(yīng)力，各斜索初始應(yīng)變對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力值僅用于計(jì)算引入預(yù)應(yīng)力，并非索的實(shí)際內(nèi)力或?qū)嶋H張拉力。經(jīng)分析確定外斜索、中斜索和內(nèi)斜索初始預(yù)應(yīng)力分別為2588 kN、1215kN和852kN。
索穹頂結(jié)構(gòu)的安裝采用地面整體拼裝，20 個軸線整體同步提升的方法分9 個施工步驟進(jìn)行安裝。
[拉索新材料]
在國內(nèi)，建筑用Galfan拉索完全依賴進(jìn)口。由于國外Galfan拉索產(chǎn)品具有價格高、供貨周期長、后期服務(wù)無法保證等諸多特點(diǎn)，制約了Galfan拉索在國內(nèi)的發(fā)展。堅(jiān)朗五金技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過多年的自主研發(fā)，通過采用自行設(shè)計(jì)的設(shè)備和智能循環(huán)捻制一體化技術(shù)，率先將Galfan拉索國產(chǎn)化，并成功應(yīng)用到鄂爾多斯索穹頂上，打破了此類拉索長期依靠國外進(jìn)口的局面。
Galfan拉索的索體內(nèi)外鋼絲全部采用Galfan鍍層，可保證里外防腐一致，且Galfan鍍層質(zhì)量高于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品具有較高的耐候性，從而解決了環(huán)境不斷惡化對材料腐蝕的問題，降低了拉索的維護(hù)費(fèi)用。產(chǎn)品具有較優(yōu)越的抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和抗滑移性，同時具備良好的金屬質(zhì)感，可滿足建筑造型的需求，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)簡單易操作，施工安裝方便，結(jié)構(gòu)的整體安全性和耐久性得以有力保障。此外，通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，Galfan拉索產(chǎn)品的抗疲勞性能達(dá)到200萬次、彈性模量不小于1.5×105N/mm2，鋼絲及索體的耐中性鹽霧試驗(yàn)不小于1500小時，從而保證驗(yàn)證大直徑Galfan拉索產(chǎn)品性能可滿足建筑結(jié)構(gòu)用索的要求。
[相應(yīng)科技成果]
1 .堅(jiān)朗五金作為第一完成單位，攜手堅(jiān)宜佳五金共同研制開發(fā)的項(xiàng)目《高強(qiáng)度高耐候性建筑用鋅-5%鋁-混合稀土合金(Galfan)鍍層拉索產(chǎn)品研制》榮獲2013中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。
2. 堅(jiān)朗五金作為完成單位，與行業(yè)內(nèi)其他兄弟單位攜手完成的項(xiàng)目《索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究》榮獲2013 華夏建設(shè)科技一等獎。
 
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