弦支穹頂專項(xiàng)報(bào)告

1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)目錄1 弦支穹頂?shù)陌l(fā)展歷史2 弦支穹頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀3 弦支穹頂存在的問(wèn)題1 弦支穹頂?shù)陌l(fā)展歷史 1.1預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu) 1.2單層網(wǎng)殼 1.3雙層網(wǎng)殼 1.4索穹頂 1.5弦支穹頂1.1預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu) 弦支穹頂結(jié)構(gòu)之所以稱為一種高效能的空間結(jié)構(gòu)，主要原因就是其高強(qiáng)度拉索及其預(yù)應(yīng)力的引入，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)形成自平衡體系。而最先使用預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)就是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用過(guò)程中用人為方法引入預(yù)應(yīng)力以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)。 早期最具代表性的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是1972年建造的慕尼黑奧運(yùn)會(huì)主賽場(chǎng)館，它是利用吊點(diǎn)代替支點(diǎn)的斜拉預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。慕尼黑奧運(yùn)會(huì)主賽場(chǎng)館

2、漢城奧運(yùn)會(huì)主賽館北京亞運(yùn)會(huì)主賽館 隨著對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力性能研究的深入，逐漸認(rèn)識(shí)到預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)有著高效的結(jié)構(gòu)性能和良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)， 因此在20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)外建造了一批典型的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程，如 1988 年建造的漢城奧運(yùn)會(huì)主賽館索穹頂結(jié)構(gòu)，1990 年北京亞運(yùn)會(huì)主賽館的斜拉結(jié)構(gòu)。1.2單層網(wǎng)殼 單層網(wǎng)殼依靠自身造型優(yōu)美、技術(shù)成熟和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在中小跨度的工程中廣泛應(yīng)用，單層球面網(wǎng)殼雖然殼面內(nèi)具有較大的剛度，但殼面外的剛度較弱，結(jié)構(gòu)對(duì)初始缺陷非常敏感，且單層網(wǎng)殼對(duì)支座有較大的水平推力，因此其在大跨度結(jié)構(gòu)中應(yīng)用受到一定的限制。通常桿件中的應(yīng)力值僅為設(shè)計(jì)值的1/5左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮材料的

3、強(qiáng)度。 目前世界上最大跨度的單層網(wǎng)殼是1997年建成的日本名古屋穹頂，建筑直徑為229.6m，結(jié)構(gòu)直徑為187.2m，采用三向網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)為能承受軸力和彎矩的剛性節(jié)點(diǎn)。日本名古屋穹頂1.3雙層網(wǎng)殼雙層網(wǎng)殼 為了解決單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性問(wèn)題，可通過(guò)雙層網(wǎng)殼來(lái)增加結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，與單層網(wǎng)殼相比，雙層網(wǎng)殼克服了殼外剛度弱的缺點(diǎn)，其對(duì)初始缺陷的影響不再敏感，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了較大提高，因而使得結(jié)構(gòu)可以跨越更大的跨度，但是雙層網(wǎng)殼桿件稠密，隨著跨度的增大，自重會(huì)導(dǎo)致周邊環(huán)梁產(chǎn)生更大的拉力，用鋼指標(biāo)及工程造價(jià)較高。 如1975年建成的美國(guó)新奧爾良超級(jí)穹頂(Superdome)是目前世界上跨度最大的雙層網(wǎng)殼結(jié)

4、構(gòu)，平面直207m，網(wǎng)殼厚2.2m，用鋼指標(biāo)達(dá)到 ，因此仍需進(jìn)一步改善。美國(guó)新奧爾良超級(jí)穹頂1.4索穹頂結(jié)構(gòu)索穹頂結(jié)構(gòu) 1962年著名建筑師R.B.Fuller提出了由索和桿組成的張拉整體結(jié)構(gòu)，80年代，美國(guó)B.H.Geiger和M.Levy基于 Fuller 的張拉整體概念，提出索穹頂結(jié)構(gòu)體系，是目前最合理、最輕型大跨度結(jié)構(gòu)體系，具有構(gòu)思簡(jiǎn)單、形式簡(jiǎn)捷、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越等特點(diǎn)。但索穹頂上層索容易出現(xiàn)松弛而退出工作，且需要在周邊支座設(shè)置強(qiáng)大的受壓環(huán)梁以平衡拉索預(yù)拉力，費(fèi)用昂貴且施工制作復(fù)雜，造價(jià)非常高。 索穹頂最具代表性的例子是亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館的Georgia Dome，其跨度超過(guò)200m，

5、 用鋼量卻不足30kg每平方米。 亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館1.5弦支穹頂結(jié)構(gòu)的提出弦支穹頂結(jié)構(gòu)的提出 為解決上述單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼、索穹頂在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并充分發(fā)揮單層球面網(wǎng)殼、索穹頂結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點(diǎn)，1993年日本政法大學(xué)川口衛(wèi)教授提出了由單層球面網(wǎng)殼和去掉上層索的索穹頂結(jié)構(gòu)組成的一種合理的新型雜交空間結(jié)構(gòu)形式弦支穹頂結(jié)構(gòu)。弦支穹頂結(jié)構(gòu)作為一種剛?cè)嵯酀?jì)的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)體系，完美地融合了單層網(wǎng)殼和索穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。2弦支穹頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀弦支穹頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀 2.1弦支穹頂?shù)幕靖拍钕抑я讽數(shù)幕靖拍?2.2弦支穹頂?shù)姆诸愊抑я讽數(shù)姆诸?2.3弦支穹頂?shù)难芯楷F(xiàn)狀弦支穹頂?shù)难芯楷F(xiàn)狀 2.4弦支穹頂?shù)?/p>

6、工程應(yīng)用弦支穹頂?shù)墓こ虘?yīng)用2.1弦支穹頂?shù)幕靖拍钕抑я讽數(shù)幕靖拍?2.1.1弦支穹頂結(jié)構(gòu)的組成弦支穹頂結(jié)構(gòu)的組成 2.1.2弦支穹頂結(jié)構(gòu)的原理弦支穹頂結(jié)構(gòu)的原理 2.1.3弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.1.1弦支穹頂結(jié)構(gòu)的組成弦支穹頂結(jié)構(gòu)的組成 典型的弦支穹頂結(jié)構(gòu)由一個(gè)單層網(wǎng)殼和下部撐桿、拉索組成，各環(huán)撐桿的上端與單層網(wǎng)殼對(duì)應(yīng)的各環(huán)節(jié)點(diǎn)鉸接連接；撐桿下端由徑向拉索與單層網(wǎng)殼的下一環(huán)節(jié)點(diǎn)連接；同一環(huán)撐桿下端由環(huán)向箍索連接在一起，使整個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整結(jié)構(gòu)體系。弦支穹頂結(jié)構(gòu)示意圖2.1.2弦支穹頂結(jié)構(gòu)的原理弦支穹頂結(jié)構(gòu)的原理 單層網(wǎng)殼和弦支體系相結(jié)合形成弦支穹頂，弦支體系中索的預(yù)應(yīng)力

7、通過(guò)撐桿使單層網(wǎng)殼產(chǎn)生與使用荷載作用時(shí)相反的位移，從而抵消了部分外荷載的作用；索與梁之間的撐桿對(duì)于單層網(wǎng)殼起到了彈性支撐的作用，從而可以減小單層網(wǎng)殼桿件的內(nèi)力；同時(shí)，下部斜索負(fù)擔(dān)了外荷載對(duì)單層網(wǎng)殼產(chǎn)生的外推力，從而不會(huì)對(duì)邊緣構(gòu)件產(chǎn)生水平推力，整體結(jié)構(gòu)形成自平衡體系。弦支穹頂結(jié)構(gòu)原理圖2.1.3弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) （1）弦支穹頂高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力拉索的引入使鋼材強(qiáng)度的利用更加充分。 （2）通過(guò)對(duì)索施加預(yù)應(yīng)力，可使上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的相對(duì)變形較小；可減小單層網(wǎng)殼桿件的內(nèi)力，調(diào)整體系的內(nèi)力分布，降低內(nèi)力幅值；張拉整體結(jié)構(gòu)部分不僅增強(qiáng)了總體結(jié)構(gòu)的剛度，還大大提高單層網(wǎng)殼部分的穩(wěn)定性。 （3

8、）弦支穹頂結(jié)構(gòu)對(duì)邊界約束要求比較低。 （4）弦支穹頂屋面覆蓋材料可以采用建筑造價(jià)低、施工連接工藝成熟和保溫遮陽(yáng)性能相對(duì)較好的剛性材料。 （5）施工張拉過(guò)程比索穹頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。2.2弦支穹頂?shù)姆诸愊抑я讽數(shù)姆诸?2.2.1肋環(huán)形弦支穹頂肋環(huán)形弦支穹頂 2.2.2施威德勒型弦支穹頂施威德勒型弦支穹頂 2.2.3聯(lián)方型弦支穹頂聯(lián)方型弦支穹頂 2.2.4凱威特型弦支穹頂凱威特型弦支穹頂 2.2.5凱威特凱威特聯(lián)方型弦支穹頂聯(lián)方型弦支穹頂 2.2.6三向網(wǎng)格弦支穹頂三向網(wǎng)格弦支穹頂2.2.1肋環(huán)形弦支穹頂肋環(huán)形弦支穹頂 上層網(wǎng)殼是由徑向構(gòu)件和環(huán)向構(gòu)件組成，在網(wǎng)殼下部加上撐桿、斜索和環(huán)向索后，便形成肋

9、環(huán)形弦支穹頂，主要用于中、小跨度屋蓋。2.2.2施威德勒型弦支穹頂施威德勒型弦支穹頂 施威德勒單層網(wǎng)殼是肋環(huán)形單層網(wǎng)殼的改進(jìn)形式，由徑向構(gòu)件、環(huán)向構(gòu)件和斜構(gòu)件組成。斜構(gòu)件的設(shè)置可以提高網(wǎng)殼的剛度，提高抵抗非對(duì)稱荷載的能力。2.2.3聯(lián)方型弦支穹頂聯(lián)方型弦支穹頂 聯(lián)方型單層球面網(wǎng)殼是由左斜構(gòu)件和右斜構(gòu)件形成菱形的網(wǎng)格，斜構(gòu)件的交角為3050度。為了增強(qiáng)這種網(wǎng)殼的剛度和穩(wěn)定性，一般都加設(shè)環(huán)向構(gòu)件組成三角形網(wǎng)格?？捎糜谳^大的跨度。2.2.4凱威特型弦支穹頂凱威特型弦支穹頂 由n根通長(zhǎng)的徑向桿線把球面分為n個(gè)對(duì)稱扇形曲面，然后在每個(gè)扇形曲面內(nèi)，再由環(huán)向構(gòu)件和斜向構(gòu)件將此曲面劃分為大小比較均勻的三角形網(wǎng)

10、格。每個(gè)扇形平面中各左斜構(gòu)件平行、各右斜構(gòu)件平行。2.2.5凱威特凱威特聯(lián)方型弦支穹頂聯(lián)方型弦支穹頂 相對(duì)于前面四種類型穹頂來(lái)說(shuō)，凱威特-聯(lián)方型弦支穹頂網(wǎng)格尺寸相對(duì)均勻，減少不必要的構(gòu)件，受力更合理，同時(shí)也方便施工。2.2.6三向網(wǎng)格弦支穹頂三向網(wǎng)格弦支穹頂 這種網(wǎng)殼的網(wǎng)格由在球面上用三個(gè)方向的、相交成60度的大圓構(gòu)成；或在球面的水平投影上，將跨度n等分，再做出正三角形網(wǎng)格，投影到球面上，即可得到三向網(wǎng)格球形面網(wǎng)殼。2.3弦支穹頂?shù)难芯楷F(xiàn)狀弦支穹頂?shù)难芯楷F(xiàn)狀 2.3.1弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析 2.3.2弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的設(shè)置弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的設(shè)置 2.3.3弦支穹頂結(jié)構(gòu)的

11、靜動(dòng)力分析弦支穹頂結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力分析 2.3.4弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工過(guò)程全分析弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工過(guò)程全分析 2.3.5弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究2.3.1弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析 形態(tài)分析是基于柔性張拉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出的，是力平衡分析的逆過(guò)程。郭云對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析進(jìn)行了初步研究 ，提出修正的張力補(bǔ)償法來(lái)解決形態(tài)問(wèn)題；郭佳民將弦支穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析歸納為找形 找力、找形 +找力3 大類型，并提出了基于牛頓法的計(jì)算流程。張力補(bǔ)償法思路清晰，易于編程實(shí)現(xiàn)，但收斂速度較慢，而基于牛頓法的迭代算法，編程較為復(fù)雜，但是收斂速度較張力補(bǔ)償法快，實(shí)際工程中應(yīng)用較多的是修正張力補(bǔ)償法。2

12、.3.2弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的設(shè)置弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的設(shè)置 弦支穹頂結(jié)構(gòu)之所以稱為一種高效能的空間結(jié)構(gòu)，主要原因就是其高強(qiáng)度拉索及其預(yù)應(yīng)力的引入，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)形成自平衡體系。田國(guó)偉基于弦支穹頂中拉索預(yù)應(yīng)力的兩方面用途，即減小上部單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力峰值和減小支座徑向反力，利用各層拉索和撐桿之間的幾何關(guān)系，推導(dǎo)出弦支結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)定的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。張明山采用局部分析法，利用平衡矩陣?yán)碚摲椒ê途€性靜力分析法，先確定下部索桿張力體系初始態(tài)預(yù)應(yīng)力分布，再將其加在上部被動(dòng)張拉部分，從而得到結(jié)構(gòu)整體的初始態(tài)預(yù)應(yīng)力分布，通過(guò)局部分析法得到的整體結(jié)構(gòu)的初始態(tài)是平衡的。石開(kāi)榮根據(jù)自平衡性和按序逐圈分析的基本思

13、想，提出預(yù)應(yīng)力確定新方法自平衡逐圈確定法。2.3.3弦支穹頂結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力分析弦支穹頂結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力分析 自1993年弦支穹頂結(jié)構(gòu)提出后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就對(duì)其進(jìn)行了一系列的性能分析與研究。結(jié)構(gòu)提出者川口衛(wèi)教授最先做了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能分析與試驗(yàn)研究，國(guó)內(nèi)對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的研究起步較晚，1999 年由天津大學(xué)田國(guó)偉對(duì)弦支穹頂結(jié)概念提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究，天津大學(xué)（劉錫良、陳志華）、浙江大學(xué)（董石麟、陳明山）、清華大學(xué)（崔曉強(qiáng)）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（姚姝）、北京工業(yè)大學(xué)（劉學(xué)春）等各高校先后投入研究，并獲得了一系列成果。2.3.4弦支穹頂施工過(guò)程全分析弦支穹頂施工過(guò)程全分析 弦支穹頂結(jié)構(gòu)

14、的施工全過(guò)程分析及其施工控制理論分析是其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵過(guò)程之一，也是目前研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外針對(duì)此問(wèn)題提出了多種理論，并分別在不同的工程中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)從事這方面的專家有李永梅、唐建民、黃呈偉、羅堯治、張立新、袁行飛、姜群峰、鄭君華和趙寶軍等。2.3.5弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究 在弦支穹頂結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用過(guò)程中，為了對(duì)設(shè)計(jì)方案和理論分析進(jìn)行驗(yàn)證 , 共完成了7個(gè)模型試驗(yàn)和2個(gè)實(shí)物加載試驗(yàn)，而且這些實(shí)驗(yàn)大部分在國(guó)內(nèi)進(jìn)行，這說(shuō)明我國(guó)在弦支穹頂結(jié)構(gòu)技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。另外模型試驗(yàn)和實(shí)物試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了弦支穹頂結(jié)構(gòu)是一種高效的結(jié)構(gòu)體系，且其穩(wěn)定承載力要比相應(yīng)的單層網(wǎng)殼提高50 %

15、左右。試驗(yàn)名稱試驗(yàn)名稱模型尺寸模型尺寸/m完成單位完成單位日本模型試驗(yàn)日本模型試驗(yàn)3日本政法大學(xué)日本政法大學(xué)光丘穹頂實(shí)物加載試驗(yàn)光丘穹頂實(shí)物加載試驗(yàn)35日本法政大學(xué)日本法政大學(xué)天保中心屋蓋天保中心屋蓋1:10縮尺模型試驗(yàn)縮尺模型試驗(yàn)3天津大學(xué)天津大學(xué)天津博物館實(shí)物加載試驗(yàn)天津博物館實(shí)物加載試驗(yàn)18.5天津大學(xué)天津大學(xué)2008北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球館北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球館1:10縮尺?？s尺模型試驗(yàn)型試驗(yàn)9.3北京工業(yè)大學(xué)北京工業(yè)大學(xué)常州體育館常州體育館1:10縮尺模型試驗(yàn)縮尺模型試驗(yàn)12.08北京建筑工程研究所北京建筑工程研究所常州體育館縮尺模型試驗(yàn)常州體育館縮尺模型試驗(yàn)12.08東南大學(xué)東南大學(xué)橢圓平面

16、弦支穹頂結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)橢圓平面弦支穹頂結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)6.75.1北京建筑工程研究所北京建筑工程研究所濟(jì)南奧體中心濟(jì)南奧體中心8:122縮尺模型試驗(yàn)縮尺模型試驗(yàn)8浙江大學(xué)浙江大學(xué)表表1 弦支穹頂模型試驗(yàn)匯總弦支穹頂模型試驗(yàn)匯總2.4弦支穹頂?shù)墓こ虘?yīng)用弦支穹頂?shù)墓こ虘?yīng)用 弦支穹頂伴隨著工程應(yīng)用，弦支穹頂概念不斷得到延伸，形式也越來(lái)越多樣化。上部單層網(wǎng)殼由最初的球形延伸到了橢球形(武漢市體育中心體育館和常州市體育館)、正六邊形(安徽大學(xué)體育館)、近似三角形(渝北體育館)；下部張拉整體部分的布置也由最初的一圈發(fā)展到多圈，由最初每圈撐桿與環(huán)索單元 1 1的設(shè)置發(fā)展到如今的 2 1或 3 1(大連市體育館和南

17、沙體育館)；隨著分析設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的完善，跨度也由最初日本光丘穹頂35 m發(fā)展到現(xiàn)在的濟(jì)南市奧體中心體育館122 m(日本方案設(shè)計(jì)已達(dá)到 200 m)。光丘穹頂 世界上第一個(gè)弦支穹頂-光球穹頂，該穹頂跨度為 35m，最大高度14m，總質(zhì)量130t ，上層網(wǎng)殼采用由工字形鋼梁組成的聯(lián)方型網(wǎng)格劃分方式。光丘穹頂只在單層網(wǎng)殼的最外層下部組合了張拉整體結(jié)構(gòu)，而且采用了鋼桿代替徑向拉索，通過(guò)對(duì)鋼桿施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下對(duì)周邊環(huán)梁的作用力為零。環(huán)梁下端由 V 形鋼柱相連,鋼柱的柱頭和柱腳采用鉸接形式，從而使屋頂在溫度荷載作用下沿徑向可以自由變形。光丘穹頂聚會(huì)穹頂 繼光球穹頂之后，1997年

18、3月日本長(zhǎng)野又建成了另一個(gè)弦支穹頂聚會(huì)穹頂，也由川口衛(wèi)設(shè)計(jì)。穹頂跨度為46m，屋蓋高度為16m。整個(gè)弦支穹頂支撐在周圈鋼柱上，鋼柱與下部鋼筋混凝土框架連接。聚會(huì)穹頂天津保稅區(qū)商務(wù)中心大堂屋蓋 該穹頂結(jié)構(gòu)跨度35.4m，矢高4.6m；上部單層網(wǎng)殼部分采用聯(lián)方型網(wǎng)格，桿件全部采用 , 1336；撐桿采用, 894。下部張拉整體部分共布置 5 道， 由外及里前兩道采用鋼絲繩, 619，后三道采用鋼絲繩, 619。沿徑向劃分為5個(gè)網(wǎng)格，外圈環(huán)向劃分為32個(gè)網(wǎng)格，到中心縮減為8個(gè)，弦支穹頂周邊支承于沿圓周布置的15根鋼筋混凝土柱及柱頂圈梁之上。天津保稅區(qū)商務(wù)中心大堂屋蓋天津博物館貴賓廳屋蓋天津博物館貴賓

19、廳屋蓋 該屋蓋跨度18.5m，矢高約 1.3m。單層網(wǎng)殼桿件采用為,76 3.7， 采用焊接球節(jié)點(diǎn)。下部張拉整體部分為三圈，其中最外圈徑向拉桿和所有的環(huán)向拉桿采用, 483.5，次外圈和內(nèi)圈徑向拉桿采用 , 603.5。天津博物館貴賓廳屋蓋常州體育館 屋面形狀為橢球形，橢圓長(zhǎng)軸 119.9m，短軸 79. 9m，結(jié)構(gòu)矢高21. 45m，單層網(wǎng)殼中心部位網(wǎng)格形式為凱威特型、外圍部位網(wǎng)格形式為聯(lián)方型。上部的單層網(wǎng)殼中桿件規(guī)格為, 2458、 , 24510、 , 24512、 , 35110、 , 35112， 網(wǎng)殼均采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。下部張拉整體部分共布置 6 環(huán)， 索采用1670 級(jí) 5 鍍鋅鋼絲

20、雙護(hù)層扭絞型拉索，具體的拉索規(guī)格, 555、 , 585、 , 5199， 撐桿截面為, 121 8 的圓鋼管。整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)24 個(gè)支座固定于下部混凝土環(huán)梁上。常州體育館2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球館屋蓋 單層網(wǎng)殼的平面形狀為圓形，直徑為93m，矢高11m，矢跨比為1/11.6，網(wǎng)殼由 12 圈環(huán)向桿件和 56 組徑向桿件組成，網(wǎng)殼桿件截面為, 2459 29916。下部張拉整體部由5 圈環(huán)索和5 圈徑向拉桿以及104 根受壓撐桿組成， 環(huán)索采用高強(qiáng)度鋼絲束，鋼索尺寸為 SNS/S7199SNS/S561，徑向拉桿采用高強(qiáng)度鋼棒，鋼棒直徑為 4060mm， 撐桿采用 Q345B， 截面尺寸為, 16

21、88。2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球館屋蓋武漢市體育中心體育館 該穹頂上部網(wǎng)殼為橢球形，長(zhǎng)軸方向130m，短軸方向110m，上層球殼采用雙層球殼，網(wǎng)殼厚度為3m，網(wǎng)格由三向交叉桁架單元組成，采用焊接球節(jié)點(diǎn)連接。弦支穹頂下部張拉整體部分設(shè)置了3環(huán)，撐桿規(guī)格為, 2997.5；環(huán)向索采用1670級(jí),5.3鍍鋅鋼絲雙層扭絞型拉索；徑向索索頭為熱鑄錨，環(huán)向索索頭為冷鑄錨，環(huán)向索采用雙索體系，由連接鋼棒相連。武漢市體育中心體育館 濟(jì)南奧體中心體育館 穹頂為凱維特型和葵花形內(nèi)外混合布置屋蓋，平面為直徑122m圓，跨度122m，屋蓋矢高12.2m；結(jié)構(gòu)沿圓周均勻設(shè)置有36個(gè)支座；桿件采用圓鋼管，鋼管規(guī)格主要為 ,3

22、7714 和, 37716；節(jié)點(diǎn)形式主要為鑄鋼節(jié)點(diǎn)和少量的插板式相貫節(jié)點(diǎn)。下部張拉整體部分共布置3 環(huán)，環(huán)向索為平行鋼絲束，徑向鋼拉桿為鋼棒，撐桿采用圓鋼管，上端與網(wǎng)殼沿徑向單向鉸接，下端與索夾固接。濟(jì)南奧體中心體育館安徽大學(xué)體育館 鋼屋蓋平面為邊長(zhǎng)44m的正六邊形，對(duì)邊距離為76.2m，正六邊形柱網(wǎng)外接圓直徑為88m，最大挑檐長(zhǎng)度6m，屋蓋最大高度11.55m；屋蓋中央設(shè)置邊長(zhǎng)12m正六邊形的采光玻璃天窗。屋蓋上層為箱型構(gòu)件的正交正放網(wǎng)殼（中間采光頂為凱威特型），下層索系由4道環(huán)索、6道徑索和撐桿組成，六邊形的每邊設(shè)置6個(gè)支座。安徽大學(xué)體育館遼寧營(yíng)口體育館 其屋蓋形狀為橢球形，縱向長(zhǎng)度為13

23、3m，橫向長(zhǎng)度為82m，該屋蓋結(jié)構(gòu)最初選擇的方案是雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，但由于結(jié)構(gòu)跨度較大，且柱距較大，上層屋蓋結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土柱頂產(chǎn)生了很大的水平推力，較大的水平推力使柱的設(shè)計(jì)十分困難，為了減小鋼屋蓋體系對(duì)柱頂產(chǎn)生的推力，對(duì)原雙層網(wǎng)殼方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，在網(wǎng)殼下部布置了兩圈索，從而形成了弦支穹頂結(jié)構(gòu)。遼寧營(yíng)口體育館山東茌平體育館 上層網(wǎng)殼采用 K6 網(wǎng)格形式， 徑向劃分為 20環(huán)，跨度 108m，矢高 25m，網(wǎng)殼構(gòu)件規(guī)格, 2036、 , 2197、 , 2457、 , 273 8、 , 299 8。下部張拉整體部分共設(shè)置 7 圈。弦支穹頂周邊設(shè)置2 道橡膠支座，第1 道設(shè)置在倒數(shù)第5 道環(huán)向桿上，

24、第 2 道設(shè)置在最后 1道環(huán)向桿上。山東茌平體育館三亞體育中心體育館 屋蓋跨度為76m，網(wǎng)格布置形式外圈為聯(lián)方型，內(nèi)圈為凱威特型。弦支穹頂部分通過(guò)環(huán)形桁架與下部混凝土柱相連，弦支穹頂?shù)倪吔绻?jié)點(diǎn)與環(huán)形桁架的撐桿上節(jié)點(diǎn)通過(guò)鑄鋼節(jié)點(diǎn)連接，環(huán)形桁架的撐桿下節(jié)點(diǎn)與混凝土柱的連接采用焊接球支座形式，共設(shè)40個(gè)支座，下部索桿體系采用萊維型索系，由環(huán)向索、徑向索和撐桿構(gòu)成，共設(shè)3圈。三亞體育中心體育館重慶渝北體育館 弦支穹頂結(jié)構(gòu)平面近似為三角形，單邊最大跨度達(dá)81m，矢高8m，矢跨比為1/10。上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最內(nèi)圈采用正六邊形單榀桁架做壓環(huán)，下部的索桿預(yù)應(yīng)力支撐體系中撐桿采用圓鋼管，環(huán)向?yàn)樗?，徑向?yàn)殇摾瓧U，一共

25、布置了5道環(huán)向索，為了增加結(jié)構(gòu)的環(huán)向穩(wěn)定性，在上部剛性網(wǎng)殼對(duì)應(yīng)的三個(gè)脊上均設(shè)計(jì)了斜向支撐，相應(yīng)的下部索桿支撐體系對(duì)應(yīng)部位也設(shè)計(jì)了斜向拉桿。重慶渝北體育館大連市體育館 該弦支穹頂圓形屋面呈螺旋形，上部為輻射式桁架結(jié)構(gòu)，跨度為145.4m116.4m，上部輻射桁架結(jié)構(gòu)采用倒三角形桁架，下部張拉整體部分布置了3圈，其中撐桿均采用,37714的鋼管，內(nèi)環(huán)向索采用單索，索直徑95mm；中環(huán)索采用雙索，單索直徑95mm；外環(huán)向索采用雙索，單索直徑105mm；內(nèi)徑向索和中徑向索采用單索，采用單索直徑為80mm；外徑向索也是單索，單索直徑105mm。大連市體育館3 弦支穹頂存在的問(wèn)題 3.1網(wǎng)殼網(wǎng)格形式與尺寸

26、確定網(wǎng)殼網(wǎng)格形式與尺寸確定 3.2風(fēng)荷載對(duì)弦支穹頂?shù)挠绊戯L(fēng)荷載對(duì)弦支穹頂?shù)挠绊?3.3弦支穹頂?shù)膹埨桨赶抑я讽數(shù)膹埨桨?3.4弦支穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力弦支穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力 3.5弦支穹頂結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)研究 3.6弦支穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究 3.7弦支穹頂結(jié)構(gòu)索滑移模擬研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)索滑移模擬研究 3.8超大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究超大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究 3.9弦支穹頂結(jié)構(gòu)索力的測(cè)試及其補(bǔ)償技術(shù)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)索力的測(cè)試及其補(bǔ)償技術(shù)研究3.1網(wǎng)殼網(wǎng)格形式與尺寸確定網(wǎng)殼網(wǎng)格形式與尺寸確定 合理的單層網(wǎng)殼網(wǎng)格形式與尺寸確定、與網(wǎng)格相適應(yīng)的撐桿與拉索的布

27、置方案、恰當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值在改善結(jié)構(gòu)受力性能和綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上起著重要作用。因此對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀優(yōu)化是必要的。3.2風(fēng)荷載對(duì)弦支穹頂?shù)挠绊戯L(fēng)荷載對(duì)弦支穹頂?shù)挠绊?目前對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的研究多集中靜力性能、穩(wěn)定性能和抗震性能方面的研究，對(duì)其在風(fēng)荷載作用下的受力特性的研究還比較少。然而，由于結(jié)構(gòu)覆蓋面積大，在結(jié)構(gòu)自重和邊界條件不足以抵抗風(fēng)荷載的情況下，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞；在往復(fù)的風(fēng)振作用下也可能會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的疲勞破壞。因此對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)需要引起足夠重視。3.3弦支穹頂?shù)膹埨桨赶抑я讽數(shù)膹埨桨?理論上弦支穹頂結(jié)構(gòu)的施工張拉有多種不同的方案，但針對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)弦支體系特點(diǎn)， 存在較優(yōu)的

28、方案，因此針對(duì)具體工程應(yīng)進(jìn)行多方案的對(duì)比，確定擬施工張拉方案和步驟，并進(jìn)行施工全過(guò)程模擬分析，用以指導(dǎo)實(shí)際工程的施工張拉。3.4弦支穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力弦支穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力是影響弦支穹頂結(jié)構(gòu)性能的重要因素?？紤]到實(shí)際結(jié)構(gòu)在制作與施工過(guò)程中由于桿件下料、安裝等誤差的存在，張拉成型時(shí)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力狀態(tài)與設(shè)計(jì)初始態(tài)總存在不同程度的誤差，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)性能，所以應(yīng)對(duì)弦支結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力誤差敏感性進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行模型修正分析。3.5弦支穹頂結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)研究 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)研究包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：即施工階段和使用階段。施工階段的溫度變化在某種程度上會(huì)引起溫度應(yīng)力，并且在預(yù)應(yīng)力張

29、拉施工階段，會(huì)引起預(yù)應(yīng)力張拉誤差，使得最終得到的預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)極大偏差。因此弦支穹頂結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)要比單層網(wǎng)殼的嚴(yán)重復(fù)雜的多，但是目前關(guān)于這方面內(nèi)容卻鮮有文獻(xiàn)涉及。3.6弦支穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究 理想狀態(tài)下的弦支穹頂，其撐桿與上部單層網(wǎng)殼的連接應(yīng)該是鉸接，而目前實(shí)際工程中大部分是半剛性連接，因此有必要對(duì)節(jié)點(diǎn)的半剛性，對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響進(jìn)行深入研究，并設(shè)計(jì)出滿足計(jì)算假定的撐桿上節(jié)點(diǎn)；另外對(duì)于弦支穹頂結(jié)構(gòu)的中索撐節(jié)點(diǎn)，其理想狀態(tài)應(yīng)該是施工張拉階段保證索與節(jié)點(diǎn)間的無(wú)摩擦滑移，而在使用階段要保證索與索撐節(jié)點(diǎn)間不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，但實(shí)際工程中卻難以實(shí)現(xiàn)，弦支穹頂?shù)膹埨h(huán)向索中預(yù)應(yīng)力的引入，使結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜，撐桿下節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)避免預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中的摩擦損失。節(jié)點(diǎn)的安全可靠直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全性。因此針對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)中的典