倒圆角三角形弦支穹顶结构施工仿真及预应力优化分析
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 。
弦支穹顶结构形态分析与施工控制
弦支穹顶结构形态分析与施工控制王飞;倪建公【摘要】为了解决多索预应力结构在找力与找形分析中需多次迭代而导致效率低下的问题,进一步改进该类结构的分析方法,采用理论推导与数值计算相结合的方法,对弦支穹顶结构找力分析过程中的迭代格式进行改进,提出改进的找力分析方法.并以此为基础更新找力加找形分析方法,给出完整的计算流程,得到弦支穹顶结构的零状态几何、拉索下料长度以及与之相对应的初始应变.基于ANSYS软件中的APDL 语言编制计算模块,通过两个算例,验证本文计算方法的正确性与精确性.本文方法亦可用于预应力结构施工全过程的模拟计算.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2015(041)002【总页数】8页(P142-149)【关键词】形态分析;施工控制;形态寻找;力寻找【作者】王飞;倪建公【作者单位】中船第九设计研究院工程有限公司,上海20063;中船第九设计研究院工程有限公司,上海20063【正文语种】中文【中图分类】TU311.41;TU32形态分析是力平衡分析的逆过程，包括结构几何稳定性分析以及外形、拓扑分析和状态分析[1].对于刚性结构体系，组装后其几何形状已确定，结构内力分布对其几何的影响很小；对于柔性张拉结构，预应力的分布对其形状起决定作用，结构形态随着预应力的分布而变化.对于弦支穹顶结构，由于其上部单层球面网壳为传统意义上的高次超静定刚性结构，在未施加预应力前已有一定的刚度，而下部张弦部分为柔性结构，因此其结构的形态分析既不同于刚性结构亦不同于柔性张拉结构，而具有特殊性.目前，国内外对弦支穹顶结构找形分析的研究大致有两种思路.一是借鉴索穹顶结构初始预应力分布的确定方法，采用平衡矩阵理论，求解结构的自应力模态，而后进行模态组合，用于确定结构的初始预应力分布.文献[2]基于平衡矩阵理论将弦支穹顶上部单层网壳和下部索杆体系分为被动张拉部分与主动张拉部分，提出了基于上部单层网壳和下部索杆体系分开的结构分块分析方法——局部分析法，解决了大型索杆梁体系初始预应力分布的确定问题;但对于复杂结构，存在自应力模态组合时计算量大的缺点，往往得不到合理的初始态预应力分布.文献[3]基于上述理论结合整体可行预应力的概念，考虑结构自身的拓扑关系，对弦支穹顶结构初始预应力分布的确定进行了简化，但该理论实质上是线性分析，要求结构施工张拉结束后整体结构的变形在小变形的范围内，这与大跨度弦支穹顶施工张拉过程中结构变位较大、几何非线性较强相矛盾，只能作为一种近似的确定方法；并且作者得出了弦支穹顶结构不需要进行找形分析，只需进行找力分析的结论.实际施工过程中，各张拉构件无应力长度(下料长度)的确定，撑杆垂直度的确定，均基于找形分析.二是以迭代思想为基础的形态分析方法，该方法基于张力补偿法[4]的思想，包括找形分析与找力分析.文献[5]在张力补偿法的基础上提出了改进的张力补偿法，该方法通过应变补偿的办法不断调整弦支穹顶环索索力初应变的大小，使与初始应变相对应的环索索力逐渐逼近初始态目标索力，通过逐步的迭代逼近，直至满足设定的精度为止.该方法对于单索体系的索内力收敛很快，通常经过一两轮循环计算即可达到工程精度，但用于弦支穹顶结构时，由于索内力之间的影响较为复杂，需经过多轮迭代才能收敛，有时甚至不能收敛，需通过增加迭代次数才能解决，因此存在效率低下的问题.本文基于牛顿割线法，提出一种新的迭代算法，该算法可以提高迭代效率，仅需数步迭代即可确定零状态下所需施加的初应变值，并给出基于该算法的改进的找力分析计算流程.最后运用改进的找力加找形分析迭代算法，结合实际算例验证该方法的正确性与精确性.为多索预应力结构施工中各批次索力的控制与施工模拟提供一种可借鉴的思路与方法.弦支穹顶结构具有如下几个状态[6].1) 零状态(放样态).放样态时的弦支穹顶结构是加工放样后的索段和上部钢网壳构件集合体.在数值模型中，对应为数值模型建立完毕，而未进行计算时的状态. 2) 初始态.下部结构张拉完毕后，体系在自重和预应力作用下的平衡状态.数值模拟过程中，对应为数值模型在考虑自重情况下计算完毕后的状态.该初状态提供了结构在外部效应作用下所必须的所有初始条件：节点几何和拉索(拉杆)预应力值等.3) 荷载态.体系在初始态的基础上，承受其它外荷载时的受力状态.在数值模拟过程中，对应为数值模型在考虑外荷载的情况下计算完毕后的状态.弦支穹顶结构在预应力施加前后的几何差异较大，往往不可忽略.因此，结构构件不能直接按照设计图纸所提供的初始态几何尺寸进行放样加工，应先对弦支穹顶结构进行形态分析，确定放样态下结构的形态以及索内预应力张拉控制值，并以此为分析起点，确定结构预应力平衡态下的内力分布、构件下料长度以及进行后续的施工模拟分析等内容.因此，找形分析的主要目的是确定弦支穹顶在零状态下各构件的下料长度以及确定主动张拉构件所需施加的初应变值.根据零状态下所需求解参数的不同，可将结构形态分析问题分为以下3类.1) 找力分析.若将预应力值直接换算成初始应变施加到相应环索上，由于内力重分布，在未施加外荷载前，索内预应力已有损失，且数值较大，不能满足工程应用的精度要求，因此在对弦支穹顶进行各类荷载工况下的结构分析之前，必须寻找一组初应变，使弦支穹顶结构在预应力平衡态下的索杆内力值等于相应的设计值.寻找该组初应变的过程即为弦支穹顶结构的找力分析.2) 找形分析.找形分析的基本任务是确定结构放样态的几何形状和索杆的初始缺陷.所谓“形”是几何意义上的结构形状，所谓“态”就是结构内力分布状态，即索的初始缺陷分布状态.一种“形”对应一种“态”；反之亦然，一种“态”必然有一种“形”与之对应.找形分析就是同时寻找放样态下几何形状和索杆的初始缺陷分布状态，在放样态下几何形状上施加索杆初始缺陷后，使得结构在预应力平衡态下的几何形状和预应力分布满足设计要求.3) 找力加找形分析.结构在零状态的几何构形与所需施加的初应变均未知，需通过所有已知条件进行求解.在零状态的基础上采用环境温度法或索初始应变法根据设计预拉力输入环境温度改变值或拉索初应变是不准确的，会与初始态下的预拉力值有较大出入，确切的预拉力值必须在结构受力平衡后得到.张力补偿法的原理是根据索的平衡态实际内力，通过张力补偿的办法不断调整索力的大小，使之逐渐逼近初始态的内力.张力补偿法的特点是逐步迭代逼近，需经过许多轮的迭代计算.文献[4,5]借鉴此方法，通过控制张力值，在ANSYS程序中计算环索的初应变,但其迭代函数实质为一元线性函数，因此效率不高.本文基于牛顿割线法，经过改进提出一种新的迭代算法.通过施加初始应变可对结构中主动张拉索施加预应力.在零状态下弦支穹顶结构环索的一组初应变值对应着初始态下环索中一组预拉力值，因此，环索初应变与初始状态下环索内力之间便可建立起一种函数关系.不失一般性，令函数F代表各环向拉索实测初始内力，变量ε代表零状态所施加的一组初始应变，则两者的关系可以表示为施工张拉完毕后，在初始态下，环索内力值达到设计预张力值，此状态可表达为：其中，P0表示环索的初始预张力设计值.可将式(1)代入式(2)可得求解方程(3)即可得到在零状态的基础上所需施加的初始应变值ε*.基于牛顿割线法将式(3)改写成函数形式，即根据牛顿割线法的两点迭代公式[7-8]可以构造出如下的迭代格式式中：k代表迭代次数(k=1,2,3…)；εk和Fk分别表示第k次迭代计算时环索单元在零状态下施加的初应变值和张拉完成后在初始态下环索中的内力值；ε1为迭代初值；ε0、F0无实际物理意义，初始均设为0.迭代计算结束的条件为，张拉完毕后环索中各内力值与初始态下环索预应力设计值间的差值,再与设计预应力值的比值小于预定精度，可表示为其中，δ为设定的精度要求.为了提出明确的数值计算流程，同一组索指同时被张拉的若干条索，即处于同一圈的环向索；不同批次是指张拉时间不同的划分，结构中n组索的张力设计值分别为P1，P2，P3,…,Pn.计算流程中各参数符号含义如下.i为索组号，为同时被张拉的若干根索的序号(空间参数)，在弦支穹顶结构中指同一圈的环向索；j为张拉批次号，为一组索张拉的顺序号(时间参数)；k为循环计算序号；Pi为第i组索中主动索的张力设计值；εi(k)为k次循环计算中，由第i组索中主动索的张力设计值换算出的初始应变值；Pi为k次循环计算中，第i组索中主动索的张力控制值，此力无实际物理意义，仅是一虚拟力；Fij(k)为k次循环计算中，第i组索中主动索在第j批次张拉时的实际内力值.根据本文的迭代算法，可采用的实用计算步骤和计算流程如下.第k(k=1,2,3…)次循环中，1) 给第一组索施加初应变εi(k)，计算索实际内力值F11(k),此时F11(k)≠P1(k)；2) 给第二组索施加初应变ε2(k)，计算索实际内力值F12(k),F22(k),此时F22(k)≠P2(k);…i) 给第i组索施加初应变εi(k)，计算索实际内力值F1i(k),F2i(k),…,Fii(k),此时Fii(k)≠Pi(k)；n) 给第n组索施加初应变εn(k),计算索实际内力值F1n(k),F2n(k),…,Fnn(k),此时Fnn(k)≠Pn(k).对于εi(k)，当k=1时，是由Pi计算得到的应变值；当k≠1时，是由Pi(k)计算得到的初应变值.至此，各组拉索均施加了初应变，结构内力重计算后索内力均发生了变化，变化值为这里，ΔFin(k)为第k次循环计算后，各组索中主动索的内力变化值.当第k次循环结束时，若ΔF1n/P1≤δ,ΔF2n/P2≤δ,…,ΔFnn/Pn≤δ(δ为设定的误差精度)，即计算结果满足误差精度要求时,循环计算结束.此时，F1n(k)，F2n(k)，…,Fnn(k)近似等于相应各组索的设计张力值，而ε11(k),ε22(k),…,εnn(k)则是第1,2,…,n组索应施加的初应变值.若计算误差太大(>δ)，不能满足工程要求，则需进行第k+1次循环计算.在第k+1次循环计算前先修正各组索的张力控制值，而将该控制值换算成初应变作为第k+1次循环计算施加的初应变值.采用上文所述的牛顿割线法即可实现修正过程.应用ANSYS中自带的APDL语言编制以上算法的程序，程序流程图如图1所示，各符号意义同上.由于弦支穹顶结构的节点数量众多，所以找形问题较找力问题更为复杂，但同样可以利用找力的思路来进行找形分析.对于弦支穹顶的找形问题，在利用上述找力的算法进行迭代计算时，为了方便，其迭代初值取初始态下的结构几何构型.基于张力补偿思想的弦支穹顶结构找形分析的基本原理及其步骤如下.假定结构预应力平衡态的几何坐标为(x,y,z)*，经过第k次迭代后，可得到放样态几何坐标为(x,y,z)0k，预应力平衡态几何坐标为(x,y,z)k，位移为Uk.具体求解步骤如下.1) 首先，由结构设计结果确定结构预应力平衡态的几何坐标即放样态几何坐标，即令(x,y,z)01=(x,y,z)*;2) 将设计预应力值换算成索的初应变，施加到相应索段上，计算放样态几何坐标为 (x,y,z)0k的点的位移Uk(k=1);3) 计算(x,y,z)k=(x,y,z)0k+Uk,令Δ=(x,y,z)*-(x,y,z)k;4) 判别|Δ|是否满足给定的精度要求.若满足则退出循环，找形分析结束，给出零状态下的节点坐标及各结构构件的下料长度；若不满足，则(x,y,z)0,k+1=(x,y,z)0,k+Δ,转步骤2)，并令k=k+1，继续进行迭代;5) 由以上迭代得出放样态几何坐标参数.弦支穹顶结构张拉施工过程中一般采用双控法进行施工控制，即在找力分析的同时进行找形分析，由于结构的几何构形与内力相互耦合，因此求解较为复杂[9-10].本文将找力流程与求解放样态几何坐标的找形流程相结合，实现了找力与找形同时进行的目的.运用ANSYS中的APDL语言编制修正的找力加找形联合分析程序RSSFP(revised suspen-dome shape finding program) ，其主要计算步骤如下.1) 以结构设计几何作为预应力平衡态构型，建立整体模型，并将此状态下有限元模型节点坐标存贮于数组nfinal中;2) 假设放样态构形为初始态构形，并施加以环索设计预应力值换算得到的初应变，建立结构计算模型.建立数组k_Force和k_Strain用于存贮迭代过程中每步的环索内力与环索初应变，进行几何非线性计算，得到本计算阶段环索控制内力与节点位移值;3) 提取索力、初应变，并存贮于数组k_Force和k_Strain中，并计算索力与设计索力的差值;4) 存储放样态几何坐标，并更新变形后的结构模型，获取平衡态几何坐标，并计算该几何态与预应力态坐标差的最大值;5) 如果最大索力误差和最大坐标误差符合预先设定的精度要求，找形工作完成，继而得到零状态下的初始应变和结构各构件的下料长度，用于施工放样;6) 如果最大索力误差或最大坐标误差不满足预先设定的精度要求，则需要采用位移补偿法和修正的应变补偿法,即按式(5)，更新放样态坐标和初始应变，然后继续步骤2)，至此整个迭代流程完全示出.图2给出施工找形计算程序RSSFP的流程，图中符号含义如下.wfinal为预应力平衡态设计节点坐标；P0为环索预应力设计值；w_zero为放样态几何节点坐标；error_force为索力误差；error_max为最大索力误差；wbalan 为计算中平衡态几何坐标；w_n为计算中平衡态几何误差；w_max为计算中平衡态最大几何误差.算例1 速滑馆屋盖-索拱结构找形分析吉林省速滑馆长199.5 m，跨度89.5 m.速滑馆屋盖结构为索拱结构体系.结构轴测图如图3所示，沿纵向共设置12榀预应力柔性屋架，屋架间距17.1 m.在地面锚固点和桅杆肩梁间设置斜撑杆，以增加结构的侧向刚度.屋架平面外刚度由屋面支撑体系提供.主馆屋盖拱梁截面为宽翼缘工字形截面，悬索外形为一条下凹的抛物线，垂跨比近1∶8，采用φ5×241的高强度低松弛平行钢丝束.悬索跨度95 m，两端标高32.000 m，中点标高20.761 m，悬索和拱梁之间通过“之”字状的吊索连接[11].分别采用文献[4]提出的找力加找形补偿法和本文改进找形加找力分析方法进行分析，比较两种方法在索拱结构找形分析中的效果.在对索拱结构施加预应力的过程中，下拉索为主动张拉单元，其它各索均为被动张拉单元.数值模拟中，仅对主动索施加初始应变.图4为屋架各单元及节点编号，图5、6为两种方法迭代过程中主索内力和控制点位移，表1为构件截面参数，表2为两种方法零状态即初状态节点坐标对比，表3为索力及初应变求解结果.由表2、3可见，两种方法求得的零状态节点坐标、主动张拉索索力以及初始应变相差均很小，故两种方法下求得的节点坐标以及构件的加工长度均可以作为施工放样以及构件制作的基础.但本文方法相对于文献[4]方法的迭代次数却大大减小，说明本文方法的计算效率优于文献[4].当结构中拉索较多，需同时迭代计算时，本文方法的优越性将更加显著，效率更高.图5、6表明各构件内力在迭代过程中均逐渐地逼近一固定值，说明该算法是收敛和稳定的.算例2 渝北体育馆弦支穹顶结构找形分析重庆渝北体育馆屋盖平面形状近似为倒圆角的三角形平面，从顶点到对边的距离为81 m，矢高8.6 m.屋盖上弦为肋环形单层球面网壳，下部布置索杆体系，撑杆高度为5 m.采用5圈环向拉索，其中第一、二圈采用φ5×121的拉索，第3、4圈采用φ5×85的拉索，第5圈采用φ5×55的拉索；采用6圈径向拉杆，均为φ50的钢拉杆；稳定拉杆采用φ50和φ30两种类型.拉索采用高强钢丝束Fk=1 670 MPa，外包双层PE[12].数值模型中，网壳节点为刚接，竖向撑杆与网壳的连接节点和竖向撑杆、斜拉杆与环索的连接节点均为铰接点(未考虑拉索在节点中的滑动)，支座条件为网壳周边固定铰接支承[13].分别采用算例1中所采用的两种迭代计算方法进行找形计算.图7、8为迭代求解过程中，结构环索内力响应及监控点z向坐标随迭代过程的变化曲线.表4为两种计算方法下的环索索力及其与设计索力的误差.表5为两种方法下的环索初始应变.表5表明，两种双控找形分析方法在以相同的目标索力、初始态坐标以及同样的迭代控制精度的前提下，求得的节点零状态坐标、初始应变以及最终索力均相差很小;在环索设计迭代精度为0.5%的前提下，文献[4]最大索力误差为0.42%，而本文方法最大索力误差仅为0.36%.图7、8表明，随着循环迭代次数的增多，两种方法下各环索实际内力值与设计值的误差越来越小，本文迭代方法的效率明显高于迭代文献[4].另外,由于该结构上部钢网壳刚度较大，故迭代过程中，钢网壳的变形较小，各环索间的相互影响较小，仅迭代数次即可达到设定的精度.1) 对基于初应变输入方式的找力分析方法进行改进，提出新的初应变迭代算法,大幅度提高了计算效率.2) 将改进的找力方法与找形分析方法相结合，提出了改进的找力加找形分析方法，并通过实际的工程算例，验证了该方法的有效性以及优越性.3) 编制的计算程序模块可用于弦支穹顶结构的零状态几何、拉索的施工下料长度、上部钢网壳各构件的下料长度的确定，并保证预应力平衡态的索力和位形符合设计要求，可大幅度减少迭代计算的步骤，提高计算效率.4) 提出的找力加找形联合分析方法，可作为预应力结构数值模拟分析的基础以及张拉过程中分步张力施工的模拟，可广泛应用于大跨度预应力结构的数值计算分析与施工控制领域.【相关文献】[1] 郭佳民,董石麟,袁行飞.弦支穹顶结构的形态分析问题及其实用分析方法 [J].土木工程学报,2008,41(12):1-7.[2] 张志宏.大型索杆梁张拉空间结构体系的理论研究 [D].杭州:浙江大学,2003.[3] 张明山.弦支穹顶结构理论研究 [D].杭州:浙江大学,2004.[4] 郭云.弦支穹顶结构形态分析、动力性能及静动力试验研究 [D].天津:天津大学,2003.[5] 郭云,陈志华.改进的张力补偿法在弦支穹顶结构ANSYS程序分析中的应用 [J].工业建筑,2003(s):343-347.[6] 张其林.索和膜结构 [M].上海:同济大学出版社,2004:12-13.[7] MATHEWS J H,FINK K D.数值方法 [M].北京:电子工业出版社,2010:24-64.[8] 郭佳民,袁行飞,董石麟,等.弦支穹顶施工张拉全过程分析 [J].工程力学,2009,26(1):198-203.[9] 陈志华.弦支穹顶结构 [M].北京：科学出版社,2010.[10] 张其林.建筑索结构设计计算与实例精选 [M].北京:中国建筑工业出版社,2009.[11] 王飞,罗永峰,郭小农.基于温度补偿的索张力补张拉修正算法 [J].东南大学学报,2012,42(1):125-130.[12] 王立维,杨文,杨曦.渝北体育馆屋盖弦支穹顶的设计 [C]//第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集.天津:天津大学,2008:396-401.[13] 陈志华,刘红波,周婷,等.空间钢结构APDL参数化计算与分析 [M].北京:中国水利水电出版社,2009.。
弦支穹顶结构预应力优化方法
弦支穹顶结构预应力优化方法
符申超;周德源;王庆春
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2015(030)011
【摘要】初始预应力的分布方式是影响弦支穹顶结构整体性能的关键.以预应力平衡态下,弦支穹顶结构竖向撑杆的内力能最大程度地抵消其上节点的等效节点荷载
为优化目标来确定结构的初始预应力.采用APDL语言在通用有限元软件ANSYS
中实现该优化过程,通过改变环向拉索的初始预张力来调整预应力平衡态下撑杆的
内力,经过反复迭代实现优化目标.优化算例的结果表明,该优化方法迭代计算效率高、优化效果好、概念清晰、易于实现,具有良好的应用前景.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】符申超;周德源;王庆春
【作者单位】同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学结构工程与
防灾研究所,上海200092;同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092
【正文语种】中文
【相关文献】
1.中间开孔弦支穹顶结构预应力优化后模态分析 [J], 王爱强;张莉
2.河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析 [J], 曹江;罗斌;郭正兴;
陈宗学
3.弦支穹顶结构环索预应力张拉施工过程的模拟 [J], 张华强;刘永华;黄彦霞
4.弦支穹顶结构环索预应力张拉施工过程的模拟 [J], 张华强;刘永华;黄彦霞;
5.弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析 [J], 郄禄文;徐辰昱;刘静;赵若旭;陈宗学
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工艺工法QC预应力弦支穹顶结构施工工法(附图丰富)word精品文档12页
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。
2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构预应力施工技术
图 １ ２ ０ 年奥运会羽毛球馆建筑效果 ０８
过仿真计算进行校核 ，并用全站仪监测结构变
形 ，用振 弦应 变计 监测 结构 应力 。
２ ２ 预 应 力施 加 方案 ．
１ 结 构 体 系
本Ｔ程 屋顶 为 弦支穹顶 结构 ，上层 为单 层 网 壳 ，下 部为 索杆结 构 。下部结 构 主要 由环 向索和 径 向拉 杆 组 成 。环 向索 采 用 预 应 力 钢 索 ，规 格 为 ： ７ ９ 、 ５Ｘ１９ ５ １ 种类 型 ，缆 １９ ３ 、 Ｘ ×６ ３ 索 材料采 用包 双层Ｐ 保 护套 ，锚具采 用热铸 锚具 Ｅ 的索头和调节套 筒 ，调节套筒的调节量 ±３０ ｍ； ０ｍ 钢 索 内 钢 丝直 径 ７ ｍｍ、５ ｍ，采 用 高 强 度 普 通 ａ ｒ 松 弛 冷拔 镀 锌 钢 丝 ，抗 拉 强 度 ≥ １ ７ ＭＰ ，屈 ６０ ａ
第三届改饱船顿左 菱 －ｂ疲术源自专超 ———— ＿ ＿ ＿
《 拉末》 ０１ 第 期 第 ６ 巍左 ２１ ３ 总 ８期 年
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２ ０ 年奥运 会羽毛球馆 弦支穹顶结构 ０８ 预应 力施 工 技 术
王泽强 秦 杰 徐 瑞龙 张 然 李 国立 陈新礼
（ 北京市建筑工程研 究院
２ ．通过调节撑杆长度施加预应力 ．２ ２ 是一种间接施加预应力的方法。本工程撑杆 数量较多，其需设备较多，并且该方法要求拉索
第三届 改体姆顿左 勿疲术奖专超
Ｐ ＲＥ ＴＲ ＳＳ ＴＥ Ｓ Ｅ ＣＨ ＮｏＬ ＧＹ ｏ
大学体育馆弦支穹顶钢结构屋盖的分析与设计
3.3 荷载态的弹性设计计算
✓考虑了14个大类的荷载组合 。当恒荷载起有利作用时，其分项系数取为1.0；温度的分项系数1.0， 组合系数0.7。各个组合中均已包括了1.0倍的预应力作用： (1) 1.0结构自重（即预应力初始态） (2) 1.2恒+1.4雪 (3) 1.2恒+1.4风 (4) 1.2恒+1.0温 (5) 1.2恒+1.4雪+1.4×0.6风 (6) 1.2恒+1.4风+1.4×0.7雪 (7) 1.2恒+1.4雪+0.7温（升温时取活） (8) 1.2恒+1.0温+1.4×0.7雪（升温时取活） (9) 1.2恒+1.4风+0.7温 (10) 1.2恒+1.0温+1.4×0.6风 (11) 1.2恒+1.4雪+1.4×0.6风+0.7降温 (12) 1.2恒+1.4风+1.4×0.7雪+0.7降温 (13) 1.2恒+1.0降温+1.4×0.6风+1.4×0.7雪 (14) 1.2（恒+0.5雪）+1.3水平地震
某大学体育馆弦支穹顶 屋盖的分析与设计
主要内容
1. 工程概况 2. 结构体系与结构布置 3. 结构静力与动力计算分析 4. 静力弹塑性极限承载力计算分析 5. 节点设计 6. 施工张拉过程的仿真计算 7. 结语
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1. 工程概况
钻石形建筑造型； 正六边形柱网外接圆直径87.757m，最 大挑檐长度6m，屋盖总高度11.55m； 矢跨比1/8.6； 屋面坡度12度，局部凸屋面15度； 屋盖中央设置正六边形的采光玻璃天窗， 外接圆直径24m。
第8振型表现为整体环向振动，周期为T8＝0.77s
论大型体育馆弦支穹顶钢结构弦杆及索夹加固技术
论大型体育馆弦支穹顶钢结构弦杆及索夹加固技术一、工程概况：大连市体育馆总建筑面积约8.1万平方米，座位数1.8万人，体育馆地下一层，地上五层，本工程主体结构为弦支穹顶结构体系，在空间上呈椭球体，跨度为116.4m×145.4 m ，最高点高度为45米，矢跨比1/10，上部采用巨型倒三角形桁架结构，型芯线垂直高度2.4m，整个结构通过46个支座固定于外环钢环梁上，东侧最高点与西侧最低点相差6米，弦支穹顶单层网壳中心部位为弦支穹顶内环，主体管桁架下弦为拉索结构。
拉索共分为3道环向索、64根径向索，钢索通过环向桁架与径向桁架交接节点处向下设置的64根垂直撑杆相互连接。
撑杆高度6～10m不等。
钢索直径φ80～φ105mm，总重约82t。
环索的各项参数如下表所示：课题1：在主体屋面钢结构安装全部完成，安装支架全部拆除后，因中部斗屏设计吊挂重量变更增加，需对顶部12根杆件进行加固；课题2：索夹滑移力较大，需对索夹采取加固措施。
二、弦杆加固技术：1、问题的提出：在主体屋面钢结构安装全部完成，安装支架全部拆除后，因中部斗屏设计吊挂重量变更增加40吨，经结构验算后，斗屏四周桁架杆件有12根需要进行空间更换，而此时所有杆件已处于受荷状态。
由于安装用临时支架已全部拆除，如重新布置临时支架，势必极大地增加工程费用，延长施工周期。
为此，如何在保证结构安全的条件下，顺利更换这12根杆件，尽量减少工程费用、缩短施工周期是我们所面临的关键课题。
原设计杆件及对应更换后杆件如下：杆件加固位置图2、加固技术要点：在结构荷载已施加的情况下，在不增加节点临时支架、不拆除原杆件的基础上，通过采取相应措施，采用增加套管的方式对所需杆件进行加固。
要求：所加固的杆件套管内径必须大于被加固杆件的外径。
如有必要可采取加大套管的方式来解决问题，不过本项内容中所需更换的12根杆件均能满足此要求。
3、加固工艺：确定更换后杆件的长度，将杆件剖开分成两片，成对捆绑、编号→新增杆件两端相贯线切口现场放样加工→安装中间定位环（定位环与原杆点焊，当间隙2.5mm时可缠铁丝）→安装新增杆件，相对两半片间用临时固定耳板固定→两半片间焊接→新增杆件两端相贯线接口焊接。
弦支穹顶施工技术介绍(黄明鑫、陈焕军)
常州体育馆—拉索的安装
径向索安装方案：径向索由塔吊协助吊放至安装平 台后，先将索的可调端与撑杆上节点的单耳板销接， 然后采用“溜索法”安装径向索，将索的不调端与 撑杆下节点的铸钢索夹耳板销接。
常州体育馆—拉索的安装
环向索安装方案：HS-2～HS-6安装采取边放边装 的安装方法，即环索垂直牵引至操作平台后随即 进行环索水平牵引，待每段环索就位后按照索夹 标记位置（在工厂制索时已按索拉力进行位置标 定）进行环索安装。HS-1吊装就位后，直接进行 水平牵引、就位安装。
φ203×10，φ152×10
下斜索由外到内初始预张力分 别确定为：1800，1000， 500，250，100
径 向 :φ245×8 、 φ273×16 ， 环 向 ： φ351×10 、 φ351×16，材质Q345B
抗拉强度1670MPa的半平行钢 丝束拉索，拉索规格为 ：φ5×55、φ5×85、 φ5×199三种
跨度122m 矢高12.2m，矢跨比1:10
径向主钢箱梁 750×350×12×16 ， 环 向 钢 箱 梁 为 300×200×6×8 ，材质Q345B
拉 索 ： Ф5×199 、 Ф5×109 、 Ф5×55 、 Ф5×31 ， 拉 索 材料屈服强度不小于 1670Mpa
钢 拉 杆 ： Ф90 、 Ф65 、 Ф45 、 Ф30 ， 屈 服 强 度 不 小 于 550Mpa ， 抗 拉 强 度 不 小 于 750MPa
安徽大学体育馆
安徽大学体育馆工程钢屋盖钢网壳为双向矩形 截面钢构件单层网壳。径向钢构件截面大，为矩形 焊接钢箱梁，正六边形的六个脊线处钢箱梁为主钢 箱梁，其它径向钢箱梁为次钢箱梁；环向钢构件截 面小，为矩形冷成型钢管。整个钢屋盖的索系由径 向预应力拉杆和环向预应力拉索构成，环向索共设 4环。撑杆采用圆钢管，上下端耳板销轴铰接。整 个钢屋盖支撑在周边30个钢柱上，除角部6个外， 六边形每边4个，柱距8.776m。钢屋盖与柱顶相交 高度为18.290m，钢屋盖最高点为29.890m。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，外沿的封闭桁架进一 步减小了支座的水平推力，内外环形桁架与主脊梁 及拉索共同构成了结构的主骨架。
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倒圆角三角形弦支穹顶结构施工仿真及预应力优化分析
预应力空间钢结构是预应力技术与空间结构体系相结合而衍生出来的新的结构形式,具有良好的受力性能。
弦支穹顶结构是近二十年发展起来的新型预应力空间钢结构体系。
通过对下弦索施加预应力,使上层网壳产生与荷载作用相反的内力和位移,增强结构的整体稳定性。
弦支穹顶结构实际工程应用还不多,施工经验也不充分,倒圆角三角形形状在弦支穹顶结构中尚无工程经验可以参考,针对此结构的施工过程分析和预应力优化很有必要。
本文总结了弦支穹顶结构的特点和国内外研究成果,介绍了弦支穹顶结构施工过程中采用的非线性有限元理论和求解方法。
以重庆空港体育馆工程建设为契机,对大跨度倒圆角三角形弦支穹顶结构的施工过程和预应力优化设置方法进行理论分析。
弦支穹顶结构施工仿真分析包括找形分析和索张拉过程分析两方面的内容。
基于非线性有限元原理,区分结构的初始态、几何零状态和荷载态,指出弦支穹顶的施工过程是结构从几何零状态到初始态的连续变化的过程,通过有限元程序对倒圆角三角形弦支穹顶结构成形过程进行仿真分析。
采用张力松弛法,分析了此弦支穹顶结构在张拉成形过程中,随着索力的增加而引起的杆件内力、节点位移和不同索之间的预应力变化。
通过对同一倒圆角三角形弦支穹顶结构的4种预应力方案静力分析,比较了不同的预应力设置方案下结构的最大竖向位移、上部网壳构件的最大轴力和支座径向位移的不同。
在此基础上提出了更能提高此类结构受力性能指标的综合优化方案。