本发明属于建筑工程施工，特别涉及一种漂浮月牙形屋盖结构及其施工方法。
背景技术：
1、体育场设计规模为16000人，建筑高度35米，为小型体育场。相应的看台规模较小，高度较低。西侧看台为地上2层，局部设地下室1层。东侧看台仅地上1层，不设地下室。育场雨棚仅布置于西侧看台上方，形成月牙状。雨棚整体顺应体育场西高东低的造型，屋面顶面以约12°的坡度向内场倾斜。体育场屋盖结构通过纤细的钢柱支撑，并通过膜结构包裹雨棚顶面和三弦桁架侧面，形成统一、简洁的建筑效果。本着经济、适用和适应场地特点的原则，整个体育场仅在西侧座椅外及首层设有立面，用来遮挡一些辅助功能空间，整体力求实现简洁、轻盈的姿态。而看台平台上方的雨棚立柱直接则完全敞开，这样既节省了立面造价，又在视线上保持通透感。同时，敞开的立面可以显著减小风荷载，对于风荷载控制的结构受力更为有利。传统的体育场看台屋盖结构通常包括以下几个主要构件：梁、柱、桁架和屋面板。其中，梁是水平方向上承受荷载的构件，通常位于屋盖的顶部或底部，用于支撑和传输荷载。柱通常间隔设置在屋盖的角落或中央位置，用于支撑和传输荷载。桁架用于提供整体的稳定性和承重能力，通常位于屋盖的顶部。屋面板铺设梁和桁架的顶部，用于覆盖整个屋面区域，起到遮阳、防雨等功能。传统的体育场看台屋盖结构虽然在提供遮阳、防雨等功能方面表现良好，但也存在一些缺陷：1、外观单一：传统结构形式相对固定，外观单一，缺乏创新和个性化设计，不能满足现代审美需求；2、不利于空间利用：某些传统结构形式可能存在支撑柱或梁跨度较大，影响了内部空间的利用效率。3、对于台风地区，金属屋面板在风荷载下容易被揭开。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种漂浮月牙形屋盖结构及其施工方法，要解决传统的体育场屋盖存在的外观单一、不利于空间利用以及在风荷载下容易被揭开的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种漂浮月牙形屋盖结构，包括有屋盖钢支撑和膜结构；所述屋盖钢支撑呈月牙形，屋盖钢支撑的顶面为由外而内、由中间至两端逐渐向下倾斜的斜面；该屋盖钢支撑包括有弧线钢箱梁、内环梁和三弦桁架；所述弧线钢箱梁的整体呈月牙形，且设置在一组呈弧线性布置的立柱顶部；该弧线钢箱梁的截面为四边形，弧线钢箱梁的截面宽度由梁中间到梁两端逐渐减小，弧线钢箱梁的截面高度由梁中间至梁两端逐渐减小；所述弧线钢箱梁的外侧面为由上而下逐渐向内倾斜的斜面，弧线钢箱梁的内侧面为竖直面，弧线钢箱梁的顶面为由外而内逐渐向下倾斜的斜面；所述内环梁呈弧线形，设置在弧线钢箱梁的内侧，并且内环梁的曲率大于弧线钢箱梁的曲率；所述内环梁的两端与弧线钢箱梁的两端相连；所述三弦桁架有一组，沿弧线钢箱梁的长轴向间隔布置，三弦桁架与立柱对应设置；所述三弦桁架倾斜设置，且三弦桁架的倾角与弧线钢箱梁的顶面倾角相适应；该三弦桁架的外端与弧线钢箱梁的内侧面高度相适应，且三弦桁架的外端与弧线钢箱梁固定连接；所述三弦桁架的内端与内环梁的高度相适应，且三弦桁架的内端与内环梁固定连接；在每相邻的三弦桁架上弦之间、沿三弦桁架的长轴向间隔连接有弧形连梁；所述屋盖钢支撑上、靠近外侧边位置处设置有外马道；所述外马道设置在一组三弦桁架的根部，外马道与弧线钢箱梁的内侧面进行固定；所述屋盖钢支撑上、靠近内侧边位置处设置有内马道；所述内马道设置在内环梁的顶部，内马道与内环梁的顶面进行固定；在内环梁的内侧面、沿内环梁的长轴向分别间隔设置有所述膜结构包括有顶膜和侧膜；所述顶膜覆盖在屋盖钢支撑的顶部，并且顶膜外侧边通过第一连接组件与弧线钢箱梁的顶部连接，顶膜内侧边通过第二连接组件与内环梁的顶部连接；所述顶膜在对应弧形连梁的位置处与弧形连梁连接；在顶膜与弧线钢箱梁的接缝上方以及顶膜与内环梁的上方均覆盖有第一防水膜；所述侧膜布置在每个三弦桁架的两侧，侧膜的顶边通过第三连接组件与三弦桁架的上弦连接，侧膜的底边通过第四连接组件与三弦桁架的下弦连接。
4、优选的，所述弧线钢箱梁包括顶板、底板、外侧斜腹板、内侧直腹板、桁架式隔板和支座隔板；所述顶板、底板、外侧斜腹板和内侧直腹板共同围成弧线钢箱梁的外壳；其中，顶板的宽度由中间到两端逐渐减小，且顶板的顶面由外而内逐渐向下倾斜设置；所述底板与顶板平行设置，底板的宽度由中间到两端逐渐减小；所述顶板外侧超出底板外侧的部位宽度由两端至中间逐渐增大；所述支座隔板有一组，沿弧线钢箱梁的长轴向间隔支撑在外壳的内腔中；所述支座隔板呈板状，在支座隔板上间隔开设有孔洞；在每相邻的支座隔板之间、沿弧线钢箱梁的长轴向间隔设置有一组桁架式隔板。
5、优选的，所述弧线钢箱梁的箱体中、位于外侧面的内侧设置有配重板。
6、优选的，所述三弦桁架包括有上弦杆、下弦杆和腹杆；所述上弦杆有两根，两根上弦杆平行间隔设置；所述下弦杆设置在两根上弦杆的下方、且位于两根上弦杆中间位置处；所述腹杆有两组，分别连接在两根上弦杆与下弦杆之间。
7、优选的，所述顶膜和侧膜均采用高透的ptfe膜；所述弧形连梁的顶部设置有连接条；所述顶膜的顶部压设有压条；所述压条通过螺钉与连接条连接，在压条的顶部覆盖有第二防水膜。
8、优选的，所述第一连接组件包括有第一连接板、第一膜材连接器和第一拉结螺栓；所述第一连接板的截面呈l形，且沿着弧线钢箱梁的顶部内侧边通长连接在弧线钢箱梁的顶部；所述第一膜材连接器连接在顶膜的外侧边上，且第一膜材连接器通过第一拉结螺栓与第一连接板拉结；位于顶膜与弧线钢箱梁上方的第一防水膜的外侧边通过螺钉与第一连接板连接位于顶膜与弧线钢箱梁上方的第一防水膜的内侧边与顶膜连接。
9、优选的，所述第二连接组件包括有第二连接板、第二膜材连接器和第二拉结螺栓；所述第二连接板沿着内环梁的顶部外侧边通长连接在内环梁的顶部；所述第二膜材连接器连接在顶膜的外侧边上，且第二膜材连接器通过第二拉结螺栓与第二连接板拉结；位于顶膜与内环梁上方的第一防水膜的内侧边与第二连接板连接，位于顶膜与内环梁上方的第一防水膜的外侧边与顶膜连接。
10、优选的，所述第三连接组件包括有第三连接板、第三膜材连接器和第三拉结螺栓；所述第三连接板的截面呈l形，且沿着三弦桁架的长轴向通长连接在三弦桁架的上弦底部；所述第三膜材连接器连接在侧膜的顶边上，且第三膜材连接器通过第三拉结螺栓与第三连接板拉结；在第三连接板的端部设置有第一装饰条；
11、所述第四连接组件包括有第四连接板、第四膜材连接器和第四拉结螺栓；所述第四连接板的截面呈l形，且沿着三弦桁架的长轴向通长连接在三弦桁架的下弦侧部；所述第四膜材连接器连接在侧膜的底边上，且第四膜材连接器通过第四拉结螺栓与第四连接板拉结；所述第四连接板的端部设置有第二装饰条。
12、一种漂浮月牙形屋盖结构的施工方法，包括步骤如下。
13、步骤一，施工立柱：按照设计图纸，沿弧形线施工一组立柱。
14、步骤二，施工弧线钢箱梁：在一组立柱的顶部施工施工弧线钢箱梁，并将施工弧线钢箱梁与立柱连接。
15、步骤三，将一组三弦桁架间隔连接在弧线钢箱梁的内侧面上。
16、步骤四，将内环梁连接在一组三弦桁架的内端，并且将内环梁的两端与弧线钢箱梁的两端连接。
17、步骤五，施工顶膜和侧膜，待顶膜和侧膜安装完毕，施工结束。
18、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
19、1、本发明屋盖整体呈月牙形，动感、简洁、漂浮的月牙形屋盖是体育场及整个体育中心的亮点，在各个视觉角度上得以感知和最好的体现。同时，本发明仅在屋盖底部一侧设置立柱支撑，从结构设计上，在最大程度上减小的立柱尺寸来加强漂浮的效果，远远的看上去整个屋盖结构呈漂浮状态，该设计烘托建筑和周围环境在夜间的氛围和观赏价值，极好的表现了建筑的独特风采。另外，本发明直接采用钢结构外露，也有效的减少二次装修成本控制总体造价。
20、2、本发明的屋盖钢结构的屋面部分由月牙形的钢箱梁和前端悬挑三弦桁架组成，三弦桁架上方覆盖ptfe膜作为装饰，而主箱梁则直接结构外露。为了形成统一的设计效果，三弦桁架侧面也采用高透光度的ptfe膜作为外包装饰，即为建筑赋予独特的外观效果，创造出光影变化的美学效果，增加建筑的艺术价值和视觉吸引力，又提供了更好的视野和视觉舒适性，让人感受到更广阔的屋盖内景观，增强空间的开放感和通透感。
21、3、对于悬挑结构而言，最不利的风荷载是上吸风。本发明的屋盖采用悬挑的略微前倾的造型，这种造型有利于减小正面来风的风吸力。本发明结合看台形状和特点选择了前倾12度，屋面排水坡度为20%，既满足风吸力要求，也满足了良好的排水需求。
22、4、另外对于台风地区，金属屋面板和金属幕墙的破坏是较为常见的情况，绝大部分建筑物在台风作用下的其风荷载产生的破坏都是发生在附属结构 （金属屋面，玻璃幕墙体系），但几乎没有出现过主体结构在风荷载下的破坏（包括位移很大的索屋面和桥梁）。所以抗风设计必须对主体结构和附属结构设计采取同样重视态度。从设计来看，如果在建筑设计中减少附属结构的用量，则可以减小金属目前在风荷载下被揭开的风险。因此，本发明尽可能将结构外露，外露的月牙形箱型截面用钢结构焊接厚打磨成型，不采用外包铝板的设计，从根本上在台风地区避免金属幕墙被风揭破坏的风险。另外，本发明采用立柱支撑，不设置立面幕墙，形成完全敞开的屋面下部空间，也最大程度上减小风场在此处的变化，同时避免导致风场漩涡脱落而导致的风压变化。
23、5、本发明在钢箱梁的侧面上和内环梁的侧面上分别设置检修通道，通过检修通道对钢箱梁和三弦桁架上受力复杂的部位进行检修，该结构有效的利用了现有结构作为受力构件，解决了传统采用搭设脚手架需要一定的时间和人力成本以及可能影响施工进度的技术问题；另外，本发明在内环梁的顶部、沿内弧形梁的长轴向间隔设置有抗倾覆端柱；设置在内弧形梁顶部的马道底撑与抗倾覆端柱固定，增加了马道的抗倾覆性；同时本发明在内环梁的侧面上设置马道支撑龙骨，进一步增加了内马道的稳定性，提高了整个检修通道的安全性能。
1.一种漂浮月牙形屋盖结构，包括有屋盖钢支撑和膜结构；其特征在于：所述屋盖钢支撑呈月牙形，屋盖钢支撑的顶面为由外而内、由中间至两端逐渐向下倾斜的斜面；该屋盖钢支撑包括有弧线钢箱梁（1）、内环梁（2）和三弦桁架（3）；所述弧线钢箱梁（1）的整体呈月牙形，且设置在一组呈弧线性布置的立柱（4）顶部；该弧线钢箱梁（1）的截面为四边形，弧线钢箱梁（1）的截面宽度由梁中间到梁两端逐渐减小，弧线钢箱梁（1）的截面高度由梁中间至梁两端逐渐减小；所述弧线钢箱梁（1）的外侧面为由上而下逐渐向内倾斜的斜面，弧线钢箱梁（1）的内侧面为竖直面，弧线钢箱梁（1）的顶面为由外而内逐渐向下倾斜的斜面；所述内环梁（2）呈弧线形，设置在弧线钢箱梁（1）的内侧，并且内环梁（2）的曲率大于弧线钢箱梁（1）的曲率；所述内环梁（2）的两端与弧线钢箱梁（1）的两端相连；所述三弦桁架（3）有一组，沿弧线钢箱梁（1）的长轴向间隔布置，三弦桁架（3）与立柱（4）对应设置；所述三弦桁架（3）倾斜设置，且三弦桁架（3）的倾角与弧线钢箱梁（1）的顶面倾角相适应；该三弦桁架（3）的外端与弧线钢箱梁（1）的内侧面高度相适应，且三弦桁架（3）的外端与弧线钢箱梁（1）固定连接；所述三弦桁架（3）的内端与内环梁（2）的高度相适应，且三弦桁架（3）的内端与内环梁（2）固定连接；在每相邻的三弦桁架（3）上弦之间、沿三弦桁架（3）的长轴向间隔连接有弧形连梁（5）；所述屋盖钢支撑上、靠近外侧边位置处设置有外马道；所述外马道设置在一组三弦桁架（3）的根部，外马道与弧线钢箱梁（1）的内侧面进行固定；所述屋盖钢支撑上、靠近内侧边位置处设置有内马道；所述内马道设置在内环梁（2）的顶部，内马道与内环梁（2）的顶面进行固定；在内环梁（2）的内侧面、沿内环梁（2）的长轴向设置有马道支撑龙骨（27）；所述马道支撑龙骨（27）呈条状，包括有底板段和内斜板段，在底板段和内斜板段上均间隔开设有透光孔；所述底板段的外侧边与内环梁（2）固定连接；所述内斜板段与内环梁（2）之间设置有第一桥架（28），在第一桥架（28）上安装有灯带；所述内斜板段的下端连接在底板段上，内斜板段的上端支撑在内马道底部；所述膜结构包括有顶膜（6）和侧膜（7）；所述顶膜（6）覆盖在屋盖钢支撑的顶部，并且顶膜（6）外侧边通过第一连接组件与弧线钢箱梁（1）的顶部连接，顶膜（6）内侧边通过第二连接组件与内环梁（2）的顶部连接；所述顶膜（6）在对应弧形连梁（5）的位置处与弧形连梁（5）连接；在顶膜（6）与弧线钢箱梁（1）的接缝上方以及顶膜（6）与内环梁（2）的上方均覆盖有第一防水膜（8）；所述侧膜（7）布置在每个三弦桁架（3）的两侧，侧膜（7）的顶边通过第三连接组件与三弦桁架（3）的上弦连接，侧膜（7）的底边通过第四连接组件与三弦桁架（3）的下弦连接。
2.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述弧线钢箱梁（1）包括顶板（1.1）、底板（1.2）、外侧斜腹板（1.3）、内侧直腹板（1.4）、桁架式隔板（1.5）和支座隔板（1.6）；所述顶板（1.1）、底板（1.2）、外侧斜腹板（1.3）和内侧直腹板（1.4）共同围成弧线钢箱梁（1）的外壳；其中，顶板（1.1）的宽度由中间到两端逐渐减小，且顶板（1.1）的顶面由外而内逐渐向下倾斜设置；所述底板（1.2）与顶板（1.1）平行设置，底板（1.2）的宽度由中间到两端逐渐减小；所述顶板（1.1）外侧超出底板（1.2）外侧的部位宽度由两端至中间逐渐增大；所述支座隔板（1.6）有一组，沿弧线钢箱梁（1）的长轴向间隔支撑在外壳的内腔中；所述支座隔板（1.6）呈板状，在支座隔板（1.6）上间隔开设有孔洞；在每相邻的支座隔板（1.6）之间、沿弧线钢箱梁（1）的长轴向间隔设置有一组桁架式隔板（1.5）。
3.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述弧线钢箱梁（1）的箱体中、位于外侧面的内侧设置有配重板（9）。
4.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述三弦桁架（3）包括有上弦杆（3.1）、下弦杆（3.2）和腹杆（3.3）；所述上弦杆（3.1）有两根，两根上弦杆（3.1）平行间隔设置；所述下弦杆（3.2）设置在两根上弦杆（3.1）的下方、且位于两根上弦杆（3.1）中间位置处；所述腹杆（3.3）有两组，分别连接在两根上弦杆（3.1）与下弦杆（3.2）之间。
5.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述顶膜（6）和侧膜（7）均采用高透的ptfe膜；所述弧形连梁（5）的顶部设置有连接条（10）；所述顶膜（6）的顶部压设有压条（11）；所述压条（11）通过螺钉与连接条（10）连接，在压条（11）的顶部覆盖有第二防水膜（12）。
6.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述第一连接组件包括有第一连接板（13）、第一膜材连接器（14）和第一拉结螺栓（15）；所述第一连接板（13）的截面呈l形，且沿着弧线钢箱梁（1）的顶部内侧边通长连接在弧线钢箱梁（1）的顶部；所述第一膜材连接器（14）连接在顶膜（6）的外侧边上，且第一膜材连接器（14）通过第一拉结螺栓（15）与第一连接板（13）拉结；位于顶膜（6）与弧线钢箱梁（1）上方的第一防水膜（8）的外侧边通过螺钉与第一连接板（13）连接位于顶膜（6）与弧线钢箱梁（1）上方的第一防水膜（8）的内侧边与顶膜（6）连接。
7.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述第二连接组件包括有第二连接板（16）、第二膜材连接器（17）和第二拉结螺栓（18）；所述第二连接板（16）沿着内环梁（2）的顶部外侧边通长连接在内环梁（2）的顶部；所述第二膜材连接器（17）连接在顶膜（6）的外侧边上，且第二膜材连接器（17）通过第二拉结螺栓（18）与第二连接板（16）拉结；位于顶膜（6）与内环梁（2）上方的第一防水膜（8）的内侧边与第二连接板（16）连接，位于顶膜（6）与内环梁（2）上方的第一防水膜（8）的外侧边与顶膜（6）连接。
8.根据权利要求1所述的漂浮月牙形屋盖结构，其特征在于：所述第三连接组件包括有第三连接板（19）、第三膜材连接器（20）和第三拉结螺栓（21）；所述第三连接板（19）的截面呈l形，且沿着三弦桁架（3）的长轴向通长连接在三弦桁架（3）的上弦底部；所述第三膜材连接器（20）连接在侧膜（7）的顶边上，且第三膜材连接器（20）通过第三拉结螺栓（21）与第三连接板（19）拉结；在第三连接板（19）的端部设置有第一装饰条（25）；
9.一种权利要求1-8中任意一项所述的漂浮月牙形屋盖结构的施工方法，其特征在于，包括步骤如下：
