几个大跨度弦支穹顶结构的比较与分析
火灾下大跨度弦支穹顶结构的性能分析
文献［］ ［］ ４ 与 ５ 的试 验 数 据 对 比情 况 ， 图 １ 示 。 见 所
弦 支 穹 顶 结 构 是 通 过 在 单 层 网壳 的下 部 设 置 竖 向 撑 杆 、 向 拉 索 和 环 向 拉 索 形 成 的一 种 具 有 较 强 跨 越 能 力 径 的 弦 支 结 构 。 由 于 撑 杆 和 拉 索 的 设 置 ， 部 单 层 网壳 的 上
温 度， ℃
构 材 料 升 温 的 真 实 时 间历 程 ， 用 考 虑 时 间积 分 效 应 的 采 非 线 性 有 限元 数 值 分 析 法 ， 立 用 于 弦 支 穹 顶 结 构 抗 火 建 分 析 的 数 值 模 型 。最 后 ， 过 分 析 大 跨 度 弦 支 穹 顶 结 构 通
消防 淫埝磺 究
火 灾 下 大 跨 度 弦 支 穹 顶 结 构 的性 能分 析
宗 钟凌 ， 永福 何 ，李世 歌
（ ． 海 工学 院 土木 工程 学 院 ， 苏 连 云港 ２ ２ ０ ； １淮 江 ２ ０ ５ ２ 连云 港 市建 筑设 计研 究 院有 限责任 公 司 ， 苏 连 云 港 ２ ２ ０ ） ． 江 ２ ０ ０
垛
攥 辖
型 意
一
整 体 刚 度 得 到 了 提 高 ， 而 提 高 了 单 层 网 壳 结 构 的稳 定 进
性 ； 过 在 拉 索 中 引 入 预 应 力 ， 得 单 层 网 壳 产 生 反 挠 通 使
缕
度 ， 小 了上 部 单 层 网 壳 在 荷 载 作 用 下 的 最 终 挠 度 和 对 减
抗 火 的影 响 。 分 析 结 果 表 明 ： 火 灾 作 用 下 ， 在 大跨 度 弦 支 穹 顶
大跨空间析架弦支穹顶结构体系及建造关键技术研究与应用
大跨空间析架弦支穹顶结构体系及建造关键技术研究与应用说起大跨空间析架弦支穹顶结构，嘿，这可是个不得了的东西。
你要是从天上俯瞰，看到的可能是一座座仿佛挂在天上的“大网”一样的建筑。
它们常常出现在大型场馆、体育馆、展览中心这些地方，造型霸气，气派十足，给人一种大气磅礴的感觉。
你看那些建筑，表面简洁得很，但细看时，你会发现它们的结构就像是一座精密的时钟，里面有着无数条支撑力、压力和力量的“线路”。
这玩意儿要搞明白，得先从它的“骨架”说起。
这个架子啊，咱就叫它“弦支穹顶”。
别看名字长得有点儿高深，实际搞清楚了，就跟拆开一块拼图似的，容易明了。
这东西的好处多了，它比传统的钢筋混凝土建筑轻得多。
想象一下，如果你在一个巨大的空间里放上一个笨重的屋顶，那顶棚一旦下沉，就麻烦了。
可是弦支穹顶，嘿，它的力学结构设计得巧妙无比，能够均匀分布压力，避免让整个结构“塌下去”，说白了，就是一个“不怕压力”的好帮手。
更让人惊叹的是，很多时候它不需要那么多的支柱就能站得稳，这简直是给空间腾地方！你不禁想，哇，这设计真是妙啊，空间大了，视觉感受也不一样，整个建筑看起来都开阔了不少。
不过，你可能会问，那建造这种弦支穹顶，难度是不是特别高？嘿，没错，真得难得要命。
要知道，造一个这样的结构，首先得考虑如何把这么复杂的元素搭建起来。
就像做拼图似的，一开始每个零件都很散，每个构件之间的连接要精确到毫米级，谁都不能马虎。
大家都知道，建筑嘛，任何一个环节出差错，可能全局就得“推倒重来”，所以在施工过程中，那些技术工人可得像医生一样，手稳眼准，每一个动作都得小心谨慎。
别说是安装这些弦支、钢架了，就是每一根材料的搬运，都是对技术团队的挑战。
除了这些技术挑战，还有一个不得不提的就是施工时的“精准度”。
这些大跨空间结构，材料的搭配、铺设，都是按照最严苛的标准来的。
工程师们计算得死死的，一点儿误差都不允许。
所以，一开始设计时，要做到“心中有数”，连每一根钢筋都要算得清清楚楚，计算得明明白白。
弦支穹顶结构报告
摘要随着现代社会的发展和人类生活水平的提高，人们对于大跨度空间的需求越来越多，代表性场所包括体育馆、会展中心、博物馆、候机厅、影剧院、飞机库和车站等。
传统的平面结构如梁、拱、桁架和钢架等，受其结构特性的限制，很难覆盖较大的空间。
而空间结构正好能满足大跨度建筑要求的结构形式，它不仅受力合理，而且能做出各种优美的建筑造型。
其中最常用的空间结构—弦支穹顶结构由于在2008年奥运会和2009年全国运动会的应用，使弦支穹顶结构成为新结构体系的一颗明星。
凭借其合理的传力机制、美观的建筑效果和经济的工程造价，弦支穹顶结构已经得到中国科研、教学、设计、施工等业界的认可，在实际工程应用中，无论是数量还是跨度上，都为世界之最。
弦支穹顶最早由日本政法大学Mamoru Kawaguchi 教授于1993年提出。
弦支穹顶结构又称之为索承网壳结构，是传统的单层或双层网壳结构和索穹顶结构结合的衍生物，它综合了单层网壳和索穹顶结构优良性能于一体，是一个由单层或双层网壳代替索穹顶的上层索网后形成的一种新型杂交结构。
弦支穹顶结构通过下层索系、上层刚性网壳和竖向撑杆共同工作而承受外部荷载，结构通过对下层索系（径向索和环向索）施加预应力而为结构提供足够的竖向刚度，并在结构内形成水平作用自平衡的结构体系。
它一方面改善了上部单层网壳结构的整体稳定性，使结构能跨越更大的空间；另一方面，弦支穹顶结构具有一定初始刚度，其设计、施工成形以及节点构造与索穹顶等完全柔性结构相比得到了较大的简化。
另外，两种结构体系对支座的作用相互抵消，使结构成为自平衡体系，在充分发挥单层网壳结构受力优势的同时能充分利用索材的高强抗拉性，调整体系的内力分布，降低内力幅值，从而提高结构的承载能力。
本文共分为三个部分，第一部分主要介绍了弦支穹顶的发展历史；第二章主要介绍弦支穹顶的发展现状并列举了大量的国内外弦支穹顶工程应用实例；第三章主要介绍弦支穹顶需要解决的问题。
关键词：（弦支穹顶、网壳、索穹顶、预应力）目录摘要 (1)1弦支穹顶的发展历史 (1)1.1预应力钢结构 (1)1.2单层网壳 (3)1.3双层网壳 (4)1.4索穹顶结构 (4)1.5弦支穹顶结构的提出 (6)2弦支穹顶的发展现状 (7)2.1弦支穹顶的基本概念 (7)2.1.1弦支穹顶结构的组成 (7)2.1.2弦支穹顶结构的原理 (7)2.1.3弦支穹顶结构的特点 (8)2.2弦支穹顶的分类 (10)2.2.1肋环形弦支穹顶 (10)2.2.2施威德勒型弦支穹顶 (10)2.2.3联方型弦支穹顶 (11)2.2.4凯威特型弦支穹顶 (11)2.2.5凯威特—联方型弦支穹顶 (12)2.2.6三向网格弦支穹顶 (12)2.3弦支穹顶的研究现状 (13)2.3.1弦支穹顶结构形态分析 (13)2.3.2弦支穹顶结构预应力的设置 (13)2.3.3弦支穹顶结构的静动力分析 (14)2.3.4弦支穹顶结构施工过程全分析 (16)2.3.5弦支穹顶结构试验研究 (18)2.4弦支穹顶的工程应用 (18)2.4.1光丘穹顶 (19)2.4.2聚会穹顶 (20)2.4.3天津保税区商务中心大堂屋盖 (20)2.4.4天津博物馆贵宾厅屋盖 (21)2.4.5常州体育馆 (21)2.4.6 2008年奥运会羽毛球馆屋盖 (22)2.4.7 武汉市体育中心体育馆 (23)2.4.8 济南奥体中心体育馆 (24)2.4.9 安徽大学体育馆 (25)2.4.10 辽宁营口体育馆 (25)2.4.11山东茌平体育馆 (26)2.4.12三亚体育中心体育馆 (27)2.4.13重庆渝北体育馆 (27)2.4.14大连市体育馆 (28)3弦支穹顶存在的问题 (30)3.1网壳网格形式与尺寸确定 (30)3.2风荷载对弦支穹顶的影响 (30)3.3弦支穹顶的张拉方案 (31)3.4弦支穹顶的预应力 (31)3.5弦支穹顶结构温度效应研究 (31)3.6弦支穹顶结构节点设计研究 (31)3.7弦支穹顶结构索滑移模拟研究 (32)3.8超大跨度弦支穹顶结构的设计研究 (32)3.9弦支穹顶结构索力的测试及其补偿技术研究 (32)参考文献 (33)1弦支穹顶的发展历史弦支穹顶结构是由上层单层球面网壳和下层环索、斜索通过竖杆连接，索由网壳节点连接到悬挂于单层球面网壳的竖杆的下端而成的新型交空间结构。
大跨弦支穹顶结构的动力特性分析
拉钢筋的实际应力小很 多 ， 相应 电算结果 的裂缝 宽度必将大 了许 参考 文献 ： 多 。梁跨 中截面配筋电算是 按矩形截面单 筋梁计算 的 ， 浇梁实 ［ ］ Ｇ ０ １ —０ ２ 混凝土结构设计规 范［ ］ 现 １ Ｂ ５０ ０２ ０ ， ｓ． 际均 由楼板形成 Ｔ形梁 ， 框架梁抗 震或非抗 震设计跨 中均 由一定 ［ ］ 靳元峻 ， ２ 都紫 阳． 筋混 凝土 结构裂缝 控 制综述 ［］ 山西建 钢 Ｊ． 数量的上部受压钢筋形 成 双筋粱 。这 样粱 跨 中受 拉钢 筋 的实际 筑，０ ７ ３ （ １ ：３６ ． ２ ０ ，３ １ ）６ —４
１ 分 析模型
文中以国内某大型体 育馆 的钢屋 盖为分析模 型 ， 见图 １ 。该 钢屋盖为 弦支穹顶结 构 ， 结构 在空 间上呈椭 球体 ， 构投 影 的椭 结
圆长轴 １４ ０ Ｉ １ ．８Ｉ， Ｘ 短轴 ７ ．４Ｉ， 构矢高 ２ ．８ｍ。结构上部 网 ６０ Ｉ Ｘ结 １ ０
更好 的了解 弦支穹 顶结 构 的动 力 特性 ， 同时 对上 部 的单 层 网壳 壳为单层网壳 ， 中心部 位的 网格 形式 为凯威特 型 （ ） 外 围部 （ 其 Ｋ８ 、 不考虑索撑体系作用 ） 进行了模态分析 （ 见图 ２ 。 ） 位的 网格形式为联方型 ； 下部 的索 系为 Ｌ ｖ 系 ， ｅｙ索 由环 向索和 径 表 １ 拉索初始预应力 ｋ Ｎ
Ｏ 引言
法 （ｕ ｓａｅ ｔｏ ） 用子空 间迭 代技术 ， 用 自适应 的雅克 比 Ｓｂｐｃ ｈ ｄ使 ｍｅ 采
由于使用 完全 的 ［ 和 ［ ］ 该方 法非 常 的精 确。 同样 的 Ｋ］ Ｍ ， 对结构 物进行 动力反 应计算 ， 般需 首先进 行模 态分 析 ， 一 以 矩 阵 ， 原 因 ， 个 方法 比较 于 Ｒ ｕｅ 法来 说耗 费 的计 算机 资 源 比较 这 ｄ ｄ ｅｃ 确定结构物 自身的动力特性 ， 自振频率 、 阶振型 ； 如 各 模态分析 也
大跨结构 弦支穹顶(复习课)
弦支穹顶结构
内容
1、弦支结构体系的分类及工程应用 2、平面弦支结构整体稳定性分析 3、空间弦支结构整体稳定性分析 4、提高弦支结构稳定性的措施
大跨空间结构 Spatial Structures
芦燕
2015年10月28日
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内容
1、弦支结构体系的分类及工程应用 2、平面弦支结构整体稳定性分析 3、空间弦支结构整体稳定性分析 4、提高弦支结构稳定性的措施
1.1分类
（3）不可分解的空间弦支结构 当单层球面网壳作为上弦 构件时称为弦支穹顶。之所以称 弦支穹顶为不可分解的空间弦支 结构，是因为弦支穹顶中找不到 成榀的平面弦支结构构件，整体 结构呈空间受力体系，受力性能 更好，刚度更大，撑杆通过斜索 和环索连接。结构较适用于圆形 平面 。
大跨空间结构 Spatial Structures
上海浦东国际机场航站楼屋盖外景图
大跨空间结构 Spatial Structures 芦燕
2015年10月28日
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1.2工程应用
塘沽农用机库屋盖 该工程平面长106m，宽21m， 最高处标高15m，中间设有4个 24m×21m的飞机库。 屋面为弧形，结构跨度21m， 两边悬挑部分最大为4.775m，在 悬挑最大处设置圆钢管柱进行支 承。屋面承重体系选用张弦梁结 构，每榀张弦梁布置间距2m，在 柱顶设置跨度24m托架以支承张 弦梁结构。
大跨空间结构 Spatial Structures
芦燕
2015年10月28日
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1.1分类
双向弦支结构 双向弦支结构，是将数榀平 面弦支构件沿纵、横向交叉布置 而得，结构也是由上弦杆件，撑 杆和弦组合而成。因为上弦杆件 交叉连接，侧向约束相比平面弦 支结构明显加强，结构呈空间传 力；但比平面弦支结构节点处理 变复杂。该型式较适用于矩形， 圆形和椭圆形平面。
几个大跨度弦支穹顶结构的比较与分析
几个大跨度弦支穹顶结构的比较与分析汇报内容一、弦支穹顶的结构特点二、结构组成对比与分析三、施工方案对比与分析四、小结一、弦支穹顶的结构特点结构特点弦支穹顶结构又称之为索承网壳结构，是传统的单层或双层网壳结构和索穹顶结构结合的衍生物，它综合了单层网壳和索穹顶结构优良性能于一体，是一个由单层或双层网壳代替索穹顶的上层索网后形成的一种新型杂交结构。
弦支穹顶结构通过下层索系、上层刚性网壳和竖向撑杆共同工作而承受外部荷载，结构通过对下层索系（径向索和环向索）施加预应力而为结构提供足够的竖向刚度，并在结构内形成水平作用自平衡的结构体系。
二、结构组成对比与分析典型工程近几年来国内对弦支穹顶结构进行了比较多的理论分析和试验研究，已经建成的弦支穹顶结构也不少，近几年建成的有：武汉体育中心体育馆(115X135m)、济南奥体中心体育馆（122m)、常州体育会展中心体育馆(120X80m)、北京工业大学体育馆（93m）、三亚体育中心体育馆（76m）、安徽大学体育馆(76.2m）等，我有幸参与了其中四个工程的施工。
这里将对其中体系、外形、施工方法上均有代表性的三个工程的施工技术做一个简要介绍。
安徽大学体育馆钢屋盖平面为边长44m的正六边形，对边距离为76.2m，正六边形柱网外接圆直径为88m，最大挑檐长度6m，屋盖最大高度11.55m；屋盖中央设置边长12m正六边形的采光玻璃天窗。
屋盖上层为箱型构件的正交正放网壳（中间采光顶为凯威特型），下层索系为4道环索、6道径索和撑杆组成，六边形的每边设置6个支座，在采光顶的正六边形周围和结构外沿正六边形周围分别各设置了一圈封闭的三管桁架，外沿的封闭桁架。
以人为本科技为先精工钢构集团JINGGONG STEEL GROUP 安徽大学体育馆斜拉杆斜脊梁撑杆环索以人为本科技为先安徽大学体育馆＋＋单层网壳支承索系与撑杆边缘支撑构件以人为本科技为先常州体育馆体育馆平面为椭圆形，长轴为120米，短轴80米，屋盖矢高23米。
大跨度穹顶钢结构设计与施工分析
开展有关的设计工作，完善其中的施工模式和机制，在改善设计 屈曲第一阶模态中提取初始缺陷的数据值。开展稳定性计算工
与施工的同时提升工程建设水平，彰显出大跨度穹顶钢的结构 作的过程中，应重点将永久、可变荷载等效设置在节点区域，利
优势和作用，达到预期的设计和施工工作目的。
用位移控制的手段合理分析，结合非线性工况的信息和内容明
2021 年第 1 期（总第 397 期）
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工程设计
域，在两侧设计挡板部分，使其可以形成支座滑移过程中侧向推 试验之后如符合标准就可以正式进行提升处理，这样除了能够
力的抵抗作用[4]。
预防出现施工问题，还能保证穹顶钢结构的提升处理有效性，为
高，结构属于很多构件组成，数量最多的能够达到数十万，其中 加工设计与安装设计的内容，在工装周围合理设计桁架脚手架
的构件无论是尺寸还是长度都存在一定的差异性，会导致工程 平台，明确桁架截面、材料截面、腹杆材料的规格，这样在合理设
的施工面临很多难点，在复杂性的结构施工期间出现施工的难 计的情况下能够为工程的施工提供准确依据[3]。
中图分类号：TU393.3 文献标识码：B 文章编号：1001-6945（2021）01-086-02
大跨度穹顶钢施工的过程中，主要是在跨度空间较大的区 算工作，按照空间网格技术规程，准确开展网壳方面的稳定性计
域开展钢结构的施工工作，设计人员应该按照结构特点科学化 算活动，在最初阶段采用几何非线性分析方式研究缺陷情况，在
点，尤其是一些扭曲类型的穹顶钢结构，需要开展专业性的设计 2.3 内外圈轨道设计措施
工作与试验工作，以此来增强工程的施工有效性，为穹顶钢结构
弦支穹顶专项报告
光丘穹顶
世界上第一个弦支穹顶-光球穹顶，该穹顶跨度为 35m，最大高 度14m，总质量130t ，上层网壳采用由工字形钢梁组成的联方型网格 划分方式。光丘穹顶只在单层网壳的最外层下部组合了张拉整体结构 ，而且采用了钢杆代替径向拉索，通过对钢杆施加预应力，使结构在 长期荷载作用下对周边环梁的作用力为零。环梁下端由 V 形钢柱相连, 钢柱的柱头和柱脚采用铰接形式，从而使屋顶在温度荷载作用下沿径 向可以自由变形。
光丘穹顶
聚会穹顶
继光球穹顶之后，1997年3月日本长野 又建成了另一个弦支穹顶—聚会穹顶，也由 川口卫设计。穹顶跨度为46m，屋盖高度为 16m。整个弦支穹顶支撑在周圈钢柱上，钢 柱与下部钢筋混凝土框架连接。
聚会穹顶
天津保税区商务中心大堂屋盖
该穹顶结构跨度35.4m，矢高4.6m；上部单层网壳部 分采用联方型网格，杆件全部采用 , 133×6；撑杆采用, 89×4。下部张拉整体部分共布置 5 道， 由外及里前两道 采用钢丝绳, 6×19，后三道采用钢丝绳, 6×19。沿径向 划分为5个网格，外圈环向划分为32个网格，到中心缩减 为8个，弦支穹顶周边支承于沿圆周布置的15根钢筋混凝 土柱及柱顶圈梁之上。
目前世界上最大跨度的单层网壳是1997年 建成的日本名古屋穹顶，建筑直径为229.6m， 结构直径为187.2m，采用三向网格，节点为 能承受轴力和弯矩的刚性节点。
日本名古屋穹顶
1.3双层网壳
为了解决单层球面网壳的稳定性问题， 可通过双层网壳来增加结构的抗弯刚度， 与单层网壳相比，双层网壳克服了壳外刚 度弱的缺点，其对初始缺陷的影响不再敏 感，结构的稳定性得到了较大提高，因而 使得结构可以跨越更大的跨度，但是双层 网壳杆件稠密，随着跨度的增大，自重会 导致周边环梁产生更大的拉力，用钢指标 及工程造价较高。
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几个大跨度弦支穹顶结构的比较与分析
安徽大学体育馆
钢屋盖平面为边长44m的正六边形，对边距离为76.2m，正六边形柱网外接圆直径为88m，最大挑檐长度6m，屋盖最大高度11.55m；屋盖中央设置边长12m正六边形的采光玻璃天窗。
屋盖上层为箱型构件的正交正放网壳（中间采光顶为凯威特型），下层索系为4道环索、6道径索和撑杆组成，六边形的每边设置6个支座，在采光顶的正六边形周围和结构外沿正六边形周围分别各设置了一圈封闭的三管桁架，外沿的封闭桁架。
边桁架
斜脊梁
环索撑杆斜拉杆
常州体育馆
＋
Levy索杆体系单层网壳
设备。
临时安装支撑在预应力施加过程中同步与网壳自动脱空，完成卸载。
10001200索力值（k N ）
常州体育馆—现场照片
张拉成形状态
常州体育馆
施工中的常州体育馆屋盖
支撑架
（a）测量仪b）双线圈传感器c）索力测试软件
检测原理与设备
济南奥体中心体育馆—现场照片
脚手架搭设构件吊装
网壳成形
济南奥体中心体育馆—现场照片
索盘放索
‘溜索法’施工
环索安装
索杆安装完毕
张拉工装安装到位
济南奥体中心体育馆—现场照片
结构完成后内视图
谢谢！。