预应力弦支穹顶结构
联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨
联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨陈向荣，李小利，李海龙，刘伟（西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）[摘要]本文在对比各种确定预应力方法的基础上，引入刚性索法。
利用刚性索法对选定的模型进行预应力的设定，对比设定前后结构的力学性能的变化，并与单层网壳对比。
研究结果证明了本文采用刚性索法设定预应力的有效性，同时也表明刚性索法能更好的贴合预应力的设定原则、达到预应力的设定目标。
[关键词]弦支穹顶结构；预应力设定；刚性索法The discussion on the prestress set on the Lamella-Kiewit suspendomeChen Xiangrong，Li xiaoli，Li Hailong，Liu Wei（Department of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an710055，China) Abstract: Based on the contrast of the prestress determined methods,puts forward the rigid cable ing the rigid cable method setting prestress to the selected model, contrasts the structural changes of mechanical properties before and after the setting,and compare with the single-layer shells.The results show that the rigid cable method adopted in this paper to set the prestress is effective. And it also shows that the rigid cable method can better fit to the setting policy and also meet the prestress setting goals.Keywords:suspendome;prestress set;rigid cable method0 引言预应力弦支穹顶结构是由上部单层球面网壳和下部张拉整体体系组合而形成的一种新型杂交空间结构体系。
河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析
ＣＡＯ Ｊｉａｎｇ ＬＵＯ Ｂｉｎ ＧＵＯ Ｚｈｅｎｇｘｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｚｏｎｇｘｕｅ
曹 江 、 罗 斌 、 郭 正 兴 、 陈 宗 学 ： 河 分 析
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１ 工 程 概 况 河 北北 方 学 院 体 育馆 钢 犀 盖 弦支 穹顶结 构 由上部 单 层
作者简介：曹 江 （１９９４一 ），男，硕士 ，工程师。 通信地址：上海市浦东新 区世纪大道１５６８号 中建大厦８楼
（２００１２２）
电子 邮 箱 ：５９４７１２８０５＠ｑｑ．ｃｏｍ 收 稿 日期 ：２０１ ７－０９ ２１
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曹 江 罗 斌 郭 正 兴 陈 宗 学 １．中建八局工程研 究院 上 海 ２００１２２；２．东南大学土 木工程学院 江苏 南京 ２１００９６；
３．河 北 建设 集 团股 份 有 限公 司 河 北 保 定 ０７１０００
网壳 和 下部 索 杆体 系构 成 ，是传 统 索 穹顼 与空 问 网壳 的混 合仆 （图１）。
整个 弦 支 穹顼 的边 界节 点 与环 形钢 梁 通过 焊接 球 点 连 接 ，环 彤 钢梁 的 部 分节 点 柱 的连 接 采 』ｆＪ铸钢 球铰 支 形式 ， 设３２个支 座 ，球 铰 支 安 装在 下 部钢 筋混 凝 土 架 柱 顾 。
大跨度弦支穹顶预应力拉索施工要求方案
安
装
径
向
钢
步骤二：撑杆下节
拉
点安装
杆
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司 预应力工程公司
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弦支穹顶撑杆吊装
弦支穹顶环索吊装
弦支穹顶环索在楼面放索
弦支穹顶径向索、环向索安装完成
二、拉索施工的创新
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司 预应力工程公司
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1 选择36根径向索同步张拉
（1）弦支穹顶体系中的径向索、环索及撑杆为一有机整体， 索力与撑杆轴力是密切相关的，相互影响、互为依托。因此拉索
张拉方法有：撑杆调节法、环向索张拉法和径向索张拉法。
武汉体育馆
常州体育馆
济南体育馆
（2）经反复对比，济南奥体中心体育馆采用36根径向索同步 张拉技术。
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司 预应力工程公司
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现场采用发明的张拉设备
现场张拉施工图片
3 创新实施三大调整技术
（1）制索的大容差技术 由于索体制造、网壳节点安装误差的存在，施工过程中的 环索索长和径向刚拉杆长度与设计图尺寸有差异，在环索索头 以及径向拉杆的设计过程中设置了比较大的调节余量，以便根 据实际长度对索长进行调整； （2）虚实结合技术(找力找形结合技术） 张拉方案的确定采用虚拟张拉计算，确定理论施工张拉力 以及张拉时撑杆偏摆量。实际拉索安装和张拉时，在计算分析 的基础上，对拉索进行预紧，施工过程控制和目标控制；对撑 杆垂直度，利用挂垂线测量法进行过程和目标控制。
工艺工法QC预应力弦支穹顶结构施工工法
预应力弦支穹顶结构施工工法xxxx集团有限公司1.前言随着奥运工程、世博工程、亚运工程等一系列国家重点工程的建设实施，我国的建筑技术出现了空前的辉煌。
建筑造型越来越新颖、新技术的应用越来越广泛、建筑跨度越来越大，所以预应力空间钢结构技术应用也逐渐增多。
但是作为一种新型的空间结构，国内外对弦支穹顶的结构理论方面的研究不是很多。
我省十大重点工程建设使得xx市建筑领域出现了翻天覆地的变化，其中煤炭交易中心预应力弦支穹顶结构就是其中的一项，它是弦支穹顶结构在我省的首次采用，并获得了良好的效果。
中国xx煤炭交易中心屋面钢结构的上层是由刚性较大的H型钢组成的单层壳体，具有一定的抗压和抗弯刚度，但整体稳定性较差。
结构的下层由环向拉索和径向拉索组成，拉索为高强材料，可以有效的减小结构自重，并达到轻巧、通透的建筑效果。
上层钢结构和下层拉索之间由撑杆进行连接，构成稳定的空间结构受力体系，可以有效提高整体结构的稳定承载力。
2.工法特点本工法属于预应力钢结构工程。
它具有施工难度大、施工前期准备工作量大的特点。
弦支穹顶结构形式新颖，可借鉴施工经验不多，因此施工的难度更大。
本工法的技术要点是贯穿在制索、挂索和预应力钢索张拉过程中,利用模拟仿真计算，使得施工具有科学的理论和检测依据，确保施工质量。
3.适用范围适用于预应力弦支穹顶结构施工体系。
4.工艺原理弦支穹顶是一种大跨预应力空间钢结构，其中高强度预应力拉索的引入使钢材的利用更加充分，结构自重及结构造价降低许多，所以弦支穹顶在跨越更大跨度方面具有较大的潜力。
我公司施工的煤炭交易中心宴会厅直径58米，高16.85米，屋盖主体结构采用弦支穹顶结构，在工程施工前，通过采用有限元计算软件，进行施工仿真计算分析。
根据仿真计算结果确定弦支穹顶结构上层单层网壳和预应力索安装顺序，并从技术角度上确定预应力索张拉方法，并进一步确定施工过程中的张拉顺序、分级张拉及不同阶段预应力索张拉力值等。
预应力拉索在每次张拉后，结构都要经历一个自适应的过程，结构会经过自平衡而使内力重分布，形状也随之改变，采用油压传感器及振弦应变计分别对钢索索力、径向杆拉杆及网壳杆件应力变化进行监测，并对结构起拱值进行监测，保证张拉过程安全顺利进行。
综述弦支穹顶结构施工
综述弦支穹顶结构施工前言随着跨度的增加，预应力的张拉工作量也会相应的有所增大。
穹顶结构的外型将对结构的静力性状、刚度极限承载力以及结构的耗钢量产生直接影响。
在确定几何外型时，可以从以下几个因素进行考虑：第一，穹顶跨度、工艺设备和建筑体型要求。
第二，结构的刚度、矢跨比、肋的倾角等设计制作安装具体要求。
对于直径为100M的肋环式穹顶结构可以采用穹顶结构落地斜基础支承形式，固定铰接支座的方案，由单片的格构式杆件组合成为整个穹顶的径向肋和环向肋，上、下弦采用扁放工字钢；将钢管腹杆，与上、下弦采用无节点板进行对接焊接。
采用此种焊接，工作量少、用钢量省、外形美观屋面采用压型钢板覆盖，呈多棱形式径向肋和环向肋等构件均在加工厂分段制作，然后运至现场用高强螺栓拼装成型。
本文着重讨论弦支穹顶结构施工技术在实际应用中的一些问题。
一、弦支穹顶结构施工技术分析对于弦支穹顶结构而言，受到拉索构件的影响，整个弦支穹顶结构施工过程当中的力学性能与使用阶段力学性能表现出了较为显著的差异性。
而改变此问题的关键在于针对弦支穹顶结构施工全过程进行精确的模拟分析，在当前技术条件支持下，弦支穹顶结构施工应用最普遍与成熟的方式即为张拉预应力索结構施工技术，这一点是毫无疑问的。
换句话来说，弦支穹顶结构施工阶段分析的重点内容在于对张拉全过程的分析。
然而当前的实际情况在于：相关研究学者有关张拉过程的分析并未能够深入考虑施工全过程模拟相对于施工工艺的影响，并且有关张拉机理的研究也存在较为显著的缺失，以上问题均直接导致了所确定拉张模拟算法无法完全与工程实际相契合。
本文基于对弦支穹顶结构施工技术的分析，提出了包括施工顺序、预应力张拉施加形式、临时支撑系统以及预应力张拉形式在内的四大关键施工环节模拟参数，并借助于有限元分析方式构建相应的时变模型与计算程序，现对其做详细分析与说明。
大量工程实践研究结果表明：从某种角度上来说，弦支穹顶结构施工阶段的受力状态与施工技术存在着极为密切的联系，针对施工阶段张拉全过程进行模拟分析的前提在于对现阶段弦支穹顶结构施工技术做出合理分析与研究。
弦支穹顶结构设计分析2
弦支穹顶结构设计分析来源网络作者：彭添刘振华刘祥字发布于2012/12/22 16:53:29 评论(0)有16人阅读1 工程概况三亚市体育中心(三亚市中等职业技术学校二期场馆)位于海南省三亚市，西临师部农场路，南接金鸡岭路，东靠东岸北路，北侧为技术学院一期工程用地，由体育馆、体育场、游泳馆三部分组成，是三亚市及职业学校新校区的标志性建筑群。
体育馆总建筑面积12 764．8 m2，总座位2 934席；屋盖覆盖面积6 550 m2，采用预应力弦支穹顶钢结构体系。
游泳馆总建筑面积4 621．3 m2，337座，屋盖覆盖面积3 700 m2，采用焊接球空间网架结构。
体育馆主馆钢结构屋盖形状为圆形，直径为75．36 m，屋盖矢高为8．288 m；整个屋盖覆盖面积为3 700 m2。
屋盖采用弦支穹顶结构体系。
该结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成，上部单层网壳网格布置形式为Kiewitt型；下部弦支索杆体系以肋环型布置，设置3道环索，径向为钢拉杆；其中撑杆采用圆钢管，上下端铰接。
该结构具有用钢量小、结构轻盈、钢结构构件截面类型少的特点。
计算简图如图1所示。
本工程索承单层网壳屋盖，除具有一般索承单层网壳的结构特点外，还具有以下特点。
1)网壳矢高为8．288 m，矢跨比为8．288／75．36=0．11。
网壳矢跨比不大，屋盖刚度一般，在施加预应力后，其网壳面外刚度有较大提高。
2)屋盖结构与下部混凝土结构采用三向铰支座。
3)在使用阶段，结构主要受力状况为：环向杆和拉索受拉，径向杆和撑杆受压。
而在预应力张拉阶段，除索受拉外，网壳各杆件和撑杆均受压。
4)在撑杆下节点处，撑杆、环索和径向钢棒的内力相互平衡，其中环索内力最大，撑杆内力最小。
改动其中任何一个构件的内力，其他构件的内力也相应改变。
5)索承单层网壳屋盖为圆球形，且各方向上的结构布置较为均匀，因此结构受力比较均匀，内力变化幅度比较小。
6)对结构的构件布置情况及传力特点的分析得知，中心处由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组成的屋盖可以作为一个自承重的结构受力单元；其内力通过外层钢管网壳传递至下一圈由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组成的结构单元，此单元不能自承重，而是通过与上一层结构单元联合组成能自承重的结构受力单元。
弦支穹顶简介及分析技术要点
弦支穹顶简介及分析技术要点一、弦支穹顶简介：弦支穹顶结构是将张拉整体、索穹顶等柔性结构的概念和单层网壳相结合而形成的一种新型的空间结构体系。
与单层网壳相比其具有结构刚度大、稳定性高、重量轻等特点，与双层网壳相比，其具有结构形式新颖，造型美观，节约空间等特点。
弦支穹顶可以更加经济合理、新颖美观地跨越更大的跨度。
弦支穹顶结构体系图二、预应力钢结构的特点预应力钢结构相对于普通钢结构具有以下特点：1．预应力钢结构能充分利用材料的弹性强度潜力以提高承载力。
2．预应力能改善结构的受力状态，实现力的转移、变性和重分布，节约钢材。
优秀的结构体系可分别在预应力荷载及普通荷载下，在结构的同一杆件或同一截面内，产生符号不同、力度相近的内力。
3．预应力钢结构能提高结构刚度和稳定性，调整其动力性能。
4．预应力钢结构可以改变结构的受力状态, 满足设计人员所要求的结构刚度、内力分布和位移控制。
5．采用预应力技术后,可构成一种全新的空间结构, 其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度降低, 具有明显的技术经济效益。
三、SAP2000非线性分析技术要点：预应力钢结构具有变形较大、几何非线性明显、预应力需多次加载等特点，需采用SAP2000程序进行非线性分析，主要技术要点如下：1、工况设置：首先进行自重状态结构非线性分析；其次进行预应力工况非线性分析，初始刚度取自重工况的末端刚度；预应力工况的末端刚度作为以后恒载活载风载地震等所有分析的初始刚度。
2、非线性分析的参数设置：荷载步的设置中起决定作用的是最小保存步数，可将总步数、最大空步数、最小保存步数、最大保存步数四个参数取统一数值。
查看全过程分析的破环荷载可按曲线上刚度退化点对应的基地反力除以单倍荷载标准值加自重引起的反力数值。
3、非线性阶段施工模拟：对于弦支穹顶部分可按非线性施工模拟工况进行计算，主要目的是考察单层网壳部分在自重下的强度及稳定性。
非线性阶段模拟施工分析需预先将结构按施工顺序分组，阶段定义中根据需要分成若干阶段，其中时间只和徐变及预应力松弛有关；阶段数据中分两步：添加结构和添加荷载。
郭正兴-武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工Word
武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工郭正兴石开荣罗斌张建（东南大学土木工程学院，江苏南京 210096）（南京东大现代预应力工程有限责任公司，江苏南京 210018）摘要武汉体育馆钢屋盖为一大跨弦支穹顶结构体系，结合该结构特点，详细介绍了预应力拉索安装及张拉的施工工艺，为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考。
关键词弦支穹顶，拉索，撑杆，施工，预应力1 工程概况与结构特点武汉体育中心二期工程——体育馆为2007年第六届全国城市运动会主要赛场之一，其下部主体为钢筋混凝土结构，上部屋盖采用钢结构，位于武汉经济技术开发区。
建成后将容纳1.2万至1.3万名观众观看比赛，为湖北地区规模最大的现代体育馆，不仅能满足高水平体育竞赛和大型文化活动的需要，同时还能满足市民日常健身娱乐和文化体育生活的需要。
该工程上部钢屋盖采用了一新型弦支穹顶（亦称索承网壳）结构（图1），是传统空间网壳与索穹顶的混合体，即：屋盖上部采用扁平双层网壳结构，其外形为椭圆抛物面，水平投影为一椭圆，长轴方向总长165m，短轴方向总长145m，投影面积约18800m2。
网壳上弦曲面由下弦曲面向上平移3m形成，网格由三向交叉桁架单元组成，采用焊接球节点连接。
屋盖下部采用整体张拉索杆体系，共设三环拉索，每环均设双根环向索，环向索、径向索和网壳之间通过撑杆（Ф299×7.5）相连。
三者之间为一有机整体，对拉索施加预应力后，将大大减小屋盖结构对支座的水平推力，网壳的竖向变形及杆件内力也得到降低，从而改善了结构的整体受力性能。
（a）整体效果图（b）钢屋盖平面图（c）钢屋盖立面图（d）索杆布置图图1 武汉体育中心二期工程——体育馆郭正兴，男。
1956.8出生，教授，博导2 预应力拉索材料及规格该工程采用1670级Ф5.3镀锌钢丝双护层扭绞型拉索，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为白色PE。
其中，径向索索头为热铸锚，环向索索头为冷铸锚，环向索采用双索体系，由连接钢棒相连。
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羽球馆的张弦穹顶结构到底结实不结实?
其实，无论在国内外，张弦穹顶结构的理论都已得到过 验证，并收到了相当理想的效果。国际空间结构协会主 席、日本建筑学会理事川口卫教授就曾设计过一个张弦 穹顶结构的场馆，被他视为得意之作。此后，天津开发 区的一个小型社区体育馆也尝试了这种造型。这两座建 筑的张弦穹顶结构直径都只有30多米。而工大体育馆， 要挑战的是需要5道环索、直径为93米的庞然大物。这 么大的穹顶结构，靠什么来支撑？
极限承载力系数
“
“
让我们来看看工大体育馆的数字：穹 顶的极限承载力系数达到3.2，也就是 说，它能够承受设计荷载3.2倍的重量， 一般建筑的极限承载力系数达到1就安 全。验证的数据表明，取“轻”也能 达到更好的效果。
刚柔并济、柔中带刚的预应力弦支穹顶结构
奥运球馆模型试验
实验开始前，先要将重要节点和构件接上“传感 器”，再连接到试验现场的两台计算机上。别看只有 5道环索，因为中间有钢管相连，牵一发而动全身， 每一步微小的调整都需要慎之又慎。之后分三次加重， 动力静力实验还要穿插进行。一轮测试下来，至少要 一个星期。
施工中遇到的难题
1.由于屋盖跨度较大，没 有现成的工程经验可以借 鉴，所以施工难度较大， 施工过程异常艰难。 2.单根索预应力张拉值最 大要达到250吨（世界最 大双向张弦结构的国家体 育馆单根拉索预应力张拉 值为120吨），故施工风 险很大。 施加预应力的方法为张拉环向索，并且 分三级张拉，张拉采用以控制张拉力为 主、监测伸长值为辅的双控原则；张拉 顺序为：第一级由外向内张拉至设计张 拉力的70%，第二级由外向内张拉至设 计张拉力的90%，最后由内向外张拉至 设计张拉力的110%。
像一张大渔网
穹顶俯视图
北京工业大学体育馆简介
北京工业大学东南角的北京奥运会比赛场馆不声不响地完成了世界 上最大的穹顶钢结构建设。没有鸟巢的雄浑，没有水立方的灵动， 但只要来到羽球馆、了解羽球馆的人，无不为工大体育馆“轻巧” 而赞叹 。 内层直径93米、外层直径98米的穹顶，再加上两侧悬挑出来的两翼， 其用钢量不到1200吨，相当于每平米60公斤。而鸟巢的用钢量每平 米在400公斤左右，水立方每平米也有200公斤。
预应力拉索
在穹顶结构中，连接5道环索的，是编织成渔 网般的钢管。而在这编织结构中，有102个万向 可伸缩节点。所谓万向可伸缩节点，就是将环 索和“渔网”交叉点的“死扣”改成“活扣”。
而“活扣”的作法，就是将固定节点分成两半 ，顶部固定的部分开凹槽，而底部的一部分则 做成半球状，类似于人的关节。两个一套，受 力性能更好，对建筑来讲更安全。
远景
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一切的成功绝非偶然， 需要我们不畏艰难，勇 往直前！
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最后衷心祝愿在座各位能 在建筑行业或是自己的领 域里干出一番大事业。
效果图1
效果图2
鸟瞰图
预应力弦支穹ห้องสมุดไป่ตู้结构
北京工业大学体育馆
建工092班 孙悦
何为预应力弦支穹顶结构？
弦支（张弦）穹顶是基于张拉整体 概念而产生的一种预应力空间结构， 具有受力合理、造价经济和效果美 观等特点。通过2008年奥运会和 2009年全运会等大跨度体育馆的建 设，弦支穹顶这一新结构体系的优 势得到充分体现。
北京工业大学体育馆（北京奥运会羽毛球、艺术体操比赛场馆)