张弦桁架介绍
国家体育馆双向张弦桁架结构的施工过程分析研究的开题报告
国家体育馆双向张弦桁架结构的施工过程分析研究的开题报告一、选题背景国家体育馆是北京市的标志性建筑物之一，也是2008年北京奥运会的场馆之一。
该馆的双向张弦桁架结构是该建筑物的特色之一，该结构采用钢材制造，并具有轻质、高强度、刚性强等特点，大大提高了该建筑的抗震性能。
目前，在国内外同类型大型体育场馆建筑领域，采用双向张弦桁架结构的建筑物已经越来越多。
因此，对双向张弦桁架结构施工过程的分析和研究，将对该类型建筑物的施工和管理工作起到重要的指导作用。
二、研究目的本文旨在分析国家体育馆双向张弦桁架结构的施工过程；研究其重点施工技术、施工难点解决方案及进度控制方式，进一步完善该类型建筑物的施工技术，为该类型建筑物的后续施工提供重要的指导意义。
三、研究内容及方法1.分析双向张弦桁架结构的特点和施工难点，归纳施工技术和要点。
2.通过查阅文献和实地调研，总结双向张弦桁架结构的施工过程和方案。
3.对施工过程中的各个环节，采用现场观察和理论计算的方法，对施工进度、质量、构件拼装等方面进行研究。
4.结合实际案例，探讨国家体育馆双向张弦桁架结构的施工难点解决方案，提供相应的施工控制措施。
四、研究预期成果1.详尽分析双向张弦桁架结构的特点和施工难点，归纳相关施工技术和要点。
2.总结国家体育馆双向张弦桁架结构的施工过程和方案，提出相关的施工控制措施。
3.通过实例分析，探讨国家体育馆双向张弦桁架结构的施工难点解决方案，为该类型建筑物后续施工提供参考。
五、研究进度安排1.完成文献综述和理论研究（包括施工技术和要点的总结），时间预计为2周。
2.进行实地调研，对施工过程进行详细观察，并结合理论计算对其进行分析研究，时间预计为3周。
3.通过实例分析，探讨国家体育馆双向张弦桁架结构的施工难点解决方案，提供相应的施工控制措施，时间预计为2周。
4.撰写开题报告，时间预计为1周。
张弦立体桁架结构的非线性地震响应及参数分析
式 （ ）式 （） １ 、 ２ 的求解可 以采 用逐 步积分法 ， 文采用 无 本
条件稳定 隐式积 分格式 的 Ｎ ｗ ｒ 。 ｅｍａｋ法
２ 计算 模型 与基 本参 数
本文选取某一体 育馆 的大跨 度 张弦立 体桁 架屋盖 结构 作 为计算模 型 ， 图 １ 如 所示 。该结构跨度 为 １０ｍ， ０ 拱型梁采 用截 面为三角形的空 间桁架 ， 材料为 Ｑ ４ Ｂ， ３５ 杆件截 面如表 １ 所示 。分析 计算 模型中 ， 由 ３ ０根 钢丝组 成 ， 索保持 索 ３ 钢
说还是可以接受的， 但对于跨度很大的结构来说 ， 与实际情况有 很大出入。由于地震波速有限 ， 当结构支座 间距很大时 ， 必须考 虑地震波到达各支座时间的不 同， 所以在进行大跨 度结构 的抗 震分析时应考虑行波效应。即大跨度结构的抗震分析可采用 时 程分析法、 随机振动法 和工程实用反应谱法 ， 在进行非一致输入 地震响应 的研究时 ， 以时程分析法最为常用。为 了考虑行波效 应， 应按多点激励作用进行分析， 其基本原理是把结构反应 的总
［ 收稿 日期］０ ７— １ ７ ２０ ０ —１ ［ 作者简介 ］ 丁南 生（ ９ ８一） 男， １７ ， 安徽 人 ， 士 ， 教 ， 硕 助
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【 摘 要】 张弦立体桁架结构是由弦、 撑杆和抗弯受压构件组合而成的新型结构， 是通过在弦中施加预
应力来改善抗 弯受压构件 的受力性 能的 自平衡 体 系。张 弦立体桁 架结构的垂跨 比 、 矢跨 比、 撑杆数 目、 弦的预
应力和结构的整体倾 角等参数对其地震 响应 都有一定 的影响 。为此 ， 应用 Ａ Ｓ Ｓ对张 弦立体桁 架结构 的地 ＮＹ
张弦梁介绍
《大跨空间钢结构分析与概念设计》王秀丽机械工业出版社张弦梁结构是近十余年发展起来的一种大跨预应力空间结构体系。
张弦梁结构最早的得名来自于该结构体系的受力特点是“弦通过撑杆对梁进行张拉”。
但是随着张弦梁结构的不断发展，其结构形式日趋多样化，20世纪日本大学M.Saitoh 教授将张弦梁结构定义为“用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件而形成的自平衡体系”。
可见张弦梁结构由三类基本构件组成，即可以承受弯矩和压力的上弦刚性构件、下弦的高强度拉索以及连接两者的撑杆。
辐射式张弦梁结构，这种结构由中央按辐射状放置上弦张弦梁，梁下设置撑杆，撑杆用环向索或斜索连接。
该结构形式适用于圆形平面或椭圆行平面的屋盖。
从受力形态上来看，张弦梁结构又通常被认为是一种“半刚性”结构。
像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦梁结构的加工、施工及受力特点通常也将其结构形态定义为零状态、初始状态和荷载态三种。
其中零状态时拉索张拉前的状态，实际上是指构件的加工和放样形态；初始态是拉索张拉完毕后，经过安装就位的形态，也是建筑施工图中所明确的结构外形；而荷载态是指外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
以上三种状态的定义，对张弦梁结构来说具有现实意义。
对于张弦梁结构零状态，主要涉及到结构构件的加工放样问题。
张弦结构的初始状态时建筑设计所给定的基本形态，即结构竣工后的验收状态。
如果张弦梁结构的上弦构件按照初始形态给定的几何参数惊醒加工放样，那么在张拉索时，由于上弦构件刚度较弱，拉索的张拉力势必导致上弦构件产生向上的变形。
当张拉索张拉完毕后，结构中上弦构件的形状将偏离初始状态，从而不满足建筑设计的要求。
因此张弦结构上弦构件的加工放样通常要考虑拉索张拉产生的变形影响。
《大跨度空间结构》张毅刚薛素铎杨庆山范峰机械工业出版社张弦梁结构的受力机理为：通过在下弦拉索中施加预应力使上弦压弯构件产生反挠度，结构在荷载作用下的最终挠度得以减小，而撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支承，改善结构的受力性能。
张弦结构
•
添加索单元的初拉力
在MIDAS/Gen中，进行几何非线性分析（大位移）分 析时，给索单元加初拉力的方法有三种： 1、荷载>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载
2、在建立单元的时候，“单元类型”选择为索单元时， 使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力”
3、 荷载>预应力荷载>初拉力荷载
方法一施加的初拉力相当于内力。这可以用以下两点 来理解：一是该力不属于任何荷载工况。在查看某一荷载 工况下的索单元内力时，显示的数值为该荷载工况作用下 索单元内力和索中初拉力两者的合力。二是它只作用在施 加了力的索单元上，在分析时该方法加的初拉力只影响索 单元的刚度，不会对结构中其它构件产生内力或者位移。 （添加一个空工况，即只给工况类型，不添加任何属于该 类型的荷载值，分析后可以看到空工况作用下结构中不产 生位移，只有索单元有内力，其余构件的内力为零。） 几何刚度初始荷载提供的是刚度，而不是外力。可以 这样理解，在进行几何非线性分析的时候，索其实相当于 桁架，只是在每一步迭代时，索单元内的拉力会不断变化， 索单元的刚度也在不断变化，索单元就好比是一根截面在 不断变化的桁架单元。
---运行结构分析 ---查看有关结果
分析模型与荷载工况
模型透视图
模型立面图
输入各种荷载
• 自重、屋面恒、活荷载的输 入同其它分析的输入。 由荷载组合建立荷载工况 需要查看几种荷载按一 定的方式进行荷载组合作用 后的结果，必须将该荷载组 合作为一个工况进行非线性 分析，查看该工况的结果。 MIDAS/Gen中可以通过“荷 载>由荷载组合建立荷载工 况”将某一荷载组合生成一 种荷载工况，再利用该工况 进行分析。
仅供参考操作步骤对于第一种分析打开建好的张弦桁架模型输入其它荷载输入索单元的初拉力即对索单元进行张拉定义几何非线性分析控制数据运行结构分析查看结果对于第二种分析打开建好的张弦桁架模型添加各类荷载设定反应谱及工况使用小位移输入索单元的初拉力即对索单元进行张拉运行结构分析查看有关结果分析模型与荷载工况模型透视图模型立面图输入各种荷载自重屋面恒活荷载的输入同其它分析的输入
论述张弦梁结构特点
论述张弦梁结构特点1.张弦梁的结构特征张弦梁结构的整体刚度贡献来自两个方面，抗弯构件截面和与拉索构成的几何形体，其是种介于刚性结构和柔性结构之间的半刚性结构。
它具有以下特征：1.1承载能力高。
张弦梁结构中索内施加的预应力可以控制刚性构件的弯矩大小和分布。
1.2使用荷载作用下的结构变形小。
张弦梁结构中的刚性构件与索形成整体刚度后，这一空间受力结构的刚度就远远大于单纯刚性构件的刚度，在同样的使用荷载作用下，张弦梁结构的变形比单纯刚性构件小得多。
1.3自平衡功能。
当刚性构件为拱时，将在支座处产生很大的水平推力。
索的引入可以平衡侧向力，从而减少对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，比较容易设计与制作。
1.4结构稳定性强。
张弦梁结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的刚性构件而使体系的刚度和形状稳定性大为增强。
同时，若适当调整索、撑杆和刚性构件的相对位置，可保证张弦梁结构整体稳定性。
1.5建筑造型适应性强。
张弦梁结构中刚性构件的外形可以根据建筑功能和美观要求进行自由选择，而结构的受力特性不会受到影响。
1.6制作、运输、施工方便。
与网壳、网架等空间结构相比，张弦梁结构的构件和节点的种类、数量大大减少，这将极大地方便该类结构的制作、运输和施工。
此外，通过控制钢索的张拉力还可以消除部分施工误差，提高施工质量。
2.张弦梁结构的施工2.1张弦梁结构中索内预拉力的施加方法2.1.1花篮螺丝调节法是通过调节索在两个固定点间的长度来施加预拉力，一般用于施加较小预拉力的张弦梁结构。
2.1.2张拉钢索法是通过锚具和千斤顶直接张拉钢索以施加预拉力，一般有两端张拉和一端张拉两种方法。
两端张拉可以使预拉力沿索长的分布相对均匀，适用于跨度较大的结构。
2.1.3支承卸除法是利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力。
在结构安装后卸除支承，由于刚性结构的变形，将部分结构自重和配重传递给撑杆，通过撑杆对索施加拉力。
大跨度张弦桁架结构设计
大跨度张弦桁架结构设计发表时间：2017-11-20T14:07:33.213Z 来源：《防护工程》2017年第18期作者：李钊[导读] 随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也有了突飞猛进的发展，越来越多的高层、大跨度工程拔地而起。
摘要：张弦桁架在当前的大跨度建筑工程中得到了广泛的应用，越来越多的研究者开始对该结构进行深入研究。
本文以某市的会展中心为例，针对该建筑的张弦桁架结构进行全面分析与了解，从多个方面分析建立相应模型，最终对该结构合理的设计。
本文就大跨度张弦桁架结构的设计进行全面分析，以供参考。
关键词：张弦桁架；结构设计；大跨度建筑一、前言随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也有了突飞猛进的发展，越来越多的高层、大跨度工程拔地而起。
在大跨度建筑工程建设过程中，施工人员一般都会采用张弦桁架结构来进行施工，使其在经济、美观的基础上达到质量要求。
张弦桁架结构是近年来引进我国的一种新型结构，并且通过该结构已建立了多座建筑物。
张弦桁架结构是一种独特的空间结构形式,它是“通过对弦进行张拉,以及将撑杆与梁按实际造型需求进行组合”,即基于结构的受力特性进行构造。
这种自平衡结构体系既能尽量利用拱型结构受力特性,又能充分发挥索抗拉强度较高这一优点。
具有使结构受力更合理、刚度更大等特点,可实现跨越更大跨度的目标,这种结构体系在国内外得到了广泛的应用。
某市会展中心是采用张弦桁架结构建造而成的多跨度建筑工程，本文对此进行全面的分析。
某会展中心的主桁架上部是一个倒三角的立体钢管桁架，而其下部则是一根张拉钢索。
其中采用俯瞰将其连接，从而形成了一个张弦桁架结构。
这一结构的两端主要放在混凝土结构上，该结构的总体形象为鱼腹状。
在安装的过程中，我们需要杆状的盖度为40m。
在对其安装过程中由于建筑工程的混凝土工程已经竣工，因此我们不能够将大型机械设备引进进行施工，为了按期完成工程，我们必须要制定合适的安装方案。
对该建筑工程进行全面分析之后，工程师们决定采用在地面拼接主桁架，然后连接节点，最后再将整个结构平行移动到需要施工的部位，因为这种方法能够有效的提高施工进度与工作效率。
现代空间结构_II(201208)
速滑馆内景
可开启网壳结构
福冈穹顶
222m
2002 世 足 赛
大 分 穹 顶
国家大剧院(肋环型双层网壳)
准椭圆平面 212mX144m 2005
国 家 大 剧 院 内 景
2010深圳大运会 主体育场
（折板型空间网格结构）
国家体育场
(333x298m)
“鸟巢” 几何构形
构造方式形成双层体系。
双层球面网壳
(交叉桁架型，菱形三向网格)
双层球面网壳
（肋环形，四角锥体系）
天津体育馆
双层鞍形网壳
1990北京亚运会 石景山体育馆
由双向直线 形桁架组成双 层鞍形网壳
双层柱面网壳（四角锥体系）
中原氮肥厂尿素仓库
黑龙江省速滑馆 （1996亚冬会）
双层柱面与球面网壳之组合
ETFE薄膜气枕
“伊甸园”
张拉式膜结构
白龙穹顶
以中央拱与曲线边梁为边缘构件的 预应力鞍型膜结构（膜材由索网加强）
利雅得体育场（1985）
看台平面呈圆形，罩棚由 24个相同的伞形单元组成
丹佛国际机场候机厅（1993）
平面近似矩形（305×67m)，由17个 连在一起的双支柱伞形单元组成
威海体育场（2001）
薄壳结构
Shell Structures
球面
柱面
椭圆抛物面(双曲扁壳)
矩形平面
菱形平面
双曲抛物面
双曲抛物面之组合
罗马小体育馆
（1960奥运会）
壳体直径60m
悉尼歌剧院
（1956年设计，1973年建成）
法国国家工业与技术中心
（1959）
三角形平面，边长208m
张弦梁结构
精心整理张弦梁结构的历史、现在和未来一、简介张弦梁也称弦支梁，属于张弦结构的一种。
张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。
其拉索的作用主要是通过刚性撑杆给刚性梁提供弹性支撑，减小梁跨度，减少刚性梁的弯矩峰值，进而起到增加刚度，减小挠度的作18511979年Madrid二、表1。
分别对3个模型施加沿跨度方向15kN/m的均布线荷载，将拱梁（曲梁）离散为20个相等的直梁元，其上的线荷载等效为节点荷载，分10个相等的荷载增量步，其计算结果的比较见表2。
通过模型1、2的比较可明显看出拉索的作用，其存在很大程度上限制了拱梁的水平位移，模型2的拱梁跨中挠度和滑动支座水平位移相对较小；模型1曲梁轴力很小但弯矩很大，截面应力分布很不均匀；模型2拱梁轴力远大于模型1，但跨中弯矩和剪力均较小。
通过模型2、3的比较可清楚了解撑杆的作用，模型3中拉索水平倾角不大，故撑杆轴力相对于拱梁轴力来说很小，但对拱梁受力性能的改善却十分显着，使得拱梁跨中挠度、滑动支座水平位移、拱梁跨中弯矩和剪力均比模型2大为减小，拱梁轴力也得到一定改善，因此受力性能更合理，可见撑杆在张弦梁结构中起着十分重要的作用。
在结构受力前对拉索施加一定的预拉力（本文为100kN/m），则撑杆将为拱梁提供更大的向上支撑力，拉索也将在更大程度上限制滑动支座的水平位移，有效增大结构刚度，减小拱梁弯矩，从而进一步改善结构的受力性能。
张弦梁结构具有如下特点：（1）张轩结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
（2）梁与张紧的索构成的受力体系，实际上不存在整体失稳的可能性，因而其强度可以得到充分利用，而不似单独工作的梁那样需要有特别大的截面。
所以，柔性索与刚性梁的结合不仅充分发挥了各自的优点，而且相互限制了彼此的弱点，相得益彰。
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5.极限承载力研究
研究方法： 建模：USSCAD 弹性失稳分析（特征值屈曲分析）：ABAQUS 弹塑性失稳分析：ABAQUS
5.极限承载力研究
计算 模型： 上部桁架（梁部分）：B32单元； 撑杆和拉索：T3D2单元； 支座一端铰支，一端滑动铰支。 最不利荷载组合为：恒载+吊挂荷载+雪荷载。
研究者 陈荣毅等 对象 内容 广州国际会议展览中心屋盖 矢跨比，拉索数量，预应力度等因素；比较 线性与非线性计算结果，撑杆稳定等。
李维滨等 哈尔滨会展体育中心 孔丹丹等 张弦网壳
罗尧治等 北京北站无站台雨棚
安装与胎架施工 弹塑性极限承载力分析
静力荷载分析
4.新疆国际会展中心屋盖
左右展厅标准榀：
张弦桁架结构体系：11榀主桁架，4榀纵向支撑桁架，跨度121.55m，截面高13m， 一端固定铰支，一端单向滑动。
天津 梅江会展中心
哈尔滨国际会议展览体育中心
3.研究现状
1.计算特点：张弦梁结构作为组合结构，广泛采用有限元法进行分析。 梁（或拱）——空间梁单元； 撑杆——杆元； 索——索元（柔性杆），并施加预应力。 2.通过荷载——位移全过程分析，研究结构整体的承载能力以及各因素对 结构性能的影响。 3.当前主要研究成果
张弦梁结构类型： 单向张弦梁结构,双向张弦梁结构,多向张弦梁结构， 辐射式张弦梁结构和张悬穹顶。
1.张弦梁的发展
张弦梁的其中两种来源：
预应力梁中预应力筋移至体外形成体外预应力结构
对拱设置拉索，抵消部分支座产生的推力
1.张弦梁的发展
张弦桁架组成：
2.张弦桁架的应用
上 海 浦 东 国 际 机 场 航 站 楼 广 东 国 际 会 展 中 心
4.新疆国际会展中心屋盖
中部展厅标准榀：
预应力桁架 结构体系： 17榀主桁架，4榀纵向支撑桁架，跨度90m， 截面高5.5m，一端固定铰支，一端单向滑动。
5.极限承载力研究
主要研究内容： 1.张弦桁架屋盖极限承载能力研究 2.大跨度张弦桁架极限承载力参数分析： 荷载要素——对称荷载下的性能，非对称荷载下的性能 ——半跨均布荷载下的性能 ——全跨均布荷载下的性能（与半跨情况对比） 设计参数——钢材强度（采用不同钢材时结构的受力表现） ——拉索预应力（选取合适的预应力范围） ——结构缺陷 ——矢高与垂距 ——撑杆间距
大跨度张弦桁架结究现状 研究计划
1.张弦梁的发展
张弦梁（Beam String Structure，简称BBS）定义： 用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件而形成的自平衡体系。 80年代，日本大学M.Saitoh首先提出。
1.张弦梁的发展
张弦梁基本类型：