[背景小知识]

      索穹顶技术是近现代世界空间结构技术的最高成就，具有合理的受力特性和极高的结构效率，是最能体现当代建筑先进材料、设计和施工技术水平的结构体系。索穹顶主体结构构成可分为四个部分： 由脊索、斜索、环索组成的连续张力索网，受压撑杆，中央拉力环，周边受压环桁架或环梁。索膜次结构包括由张紧于脊索之上的膜和设置在径向脊索之间的谷索。预应力的施加使索穹顶从机构演变为能承受设计使用荷载的结构，所以张力索网是索穹顶结构的主要承力构件，它体现了“连续的张力海洋”结构力学先进理念。

      索穹顶结构来源于美国建筑师R.B.Fuller于1962年提出的张拉整体思想：结构中尽可能地减少受压状态而使结构处于连续的张力状态，从而实现“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中"的设想。美国工程师Geiger对Fuller的张拉整体思想进行了演变和发展，开创性的提出了索穹顶体系(CableDome)的概念，并在1988年的韩国汉城奥运会体操馆和击剑馆中首次将其付诸实践。

       此后,美国工程师Levy对Geiger设计的索穹顶中索网平面外刚度不足、容易失稳等缺点进行了改进, 将辐射状脊索变为三角化联方型布置脊索, 成功设计了1996年亚特兰大奥运会的主体育馆乔治亚穹顶。到目前为止世界上已建成十几座索穹顶结构建筑，主要分布在美国、韩国等发达国家。

[工程简介]

      鄂尔多斯伊旗索穹顶结构是目前我国第一个自主研发设计施工的大型索穹顶结构工程，屋盖建筑平面呈圆形，设计直径为71.2m，屋盖矢高约5.5m。由外环梁、内环梁、环索、斜索、脊索及两圈撑杆组成，表面覆盖膜结构。

      广东坚朗五金制品股份有限公司及其子公司广东坚宜佳五金制品有限公司参与了工程设计与施工的全过程。其中坚宜佳Galfan拉索产品作为新型材料，被成功应用到该工程中。

[工程设计与施工]

       在本工程中，索穹顶与外环桁架相连构件———斜索和脊索的拉力使外环桁架环向受压，而大悬挑钢结构的倾覆力矩使外环桁架环向受拉，从而使整体结构受力平衡。外围结构平面内刚度非常大，外环桁架对于索穹顶外圈索接近于刚性约束，故索穹顶的边界条件采用四周铰支。工程所用拉索材料特性及截面规格见表1。

表1 结构用索规格及材料特性

       施工方案为通过张拉斜索使结构获得几何刚度并最终成形，设计也采取对斜索施加初始预应力达到其几何成形态。结构计算通过对索施加初始应变的方法引入预应力，各斜索初始应变对应的预应力值仅用于计算引入预应力，并非索的实际内力或实际张拉力。经分析确定外斜索、中斜索和内斜索初始预应力分别为2588 kN、1215kN和852kN。

      索穹顶结构的安装采用地面整体拼装，20 个轴线整体同步提升的方法分9 个施工步骤进行安装。

[拉索新材料]

       在国内，建筑用 Galfan拉索完全依赖进口。由于国外Galfan拉索产品具有价格高、供货周期长、后期服务无法保证等诸多特点，制约了Galfan拉索在国内的发展。坚朗五金技术团队通过多年的自主研发，通过采用自行设计的设备和智能循环捻制一体化技术，率先将Galfan拉索国产化，并成功应用到鄂尔多斯索穹顶上，打破了此类拉索长期依靠国外进口的局面。

      Galfan拉索的索体内外钢丝全部采用Galfan镀层，可保证里外防腐一致，且Galfan镀层质量高于欧盟标准。产品具有较高的耐候性，从而解决了环境不断恶化对材料腐蚀的问题，降低了拉索的维护费用。产品具有较优越的抗扭转稳定性和抗滑移性，同时具备良好的金属质感，可满足建筑造型的需求，节点设计简单易操作，施工安装方便，结构的整体安全性和耐久性得以有力保障。此外，通过国家权威机构检测，Galfan拉索产品的抗疲劳性能达到200万次、弹性模量不小于1.5×105N/mm2，钢丝及索体的耐中性盐雾试验不小于1500小时，从而保证验证大直径Galfan拉索产品性能可满足建筑结构用索的要求。

[相应科技成果]

      1.坚朗五金作为第一完成单位，携手坚宜佳五金共同研制开发的项目《高强度高耐候性建筑用锌-5%铝-混合稀土合金（Galfan）镀层拉索产品研制》荣获2013中国钢结构协会科学技术进步奖一等奖。

      2. 坚朗五金作为完成单位，与行业内其他兄弟单位携手完成的项目《索穹顶结构设计与施工关键技术研究》荣获2013 华夏建设科技一等奖。

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