新型大跨空间结构索穹顶结构.pdf

第八届全国现代结构_I二程学术研讨会 新型大跨空间结构——索穹顶结构 李艳春任金来 (河北工业大学t术学院，天津300401) 提 要：介绍一种新型人跨空问结构一一索穹顶结车勾的发髓历程和结构特点，并对索穹顶结构进彳{『-了分类，在形态分析和非线性 分析的基础j：对索穹顶站构进行了，理论分析，蕾，_论述了j种常用的找形方法。简要介绍了索穹顶结构在我国的应用现状 并对其发展前景做r腥单。 关键词：索穹顶结构．找形分析，受力分析．1#线性有限元法 索穹顶结构(Cabledome)是由张拉整体结构发展而来的。所谓张拉整体结构，可以定义为：由一组连续的 受拉单元和相互孤立的受压单元组合构成的稳定的自应力，自支撑的空间铰接网状杆系结构。索穹硕中压杆少而 短。结构效率极高[1，2J。其外形类似穹顶，而主要构件系钢索，因此，将其命名为索穹顶。这种结构。一经问世，便以 其新颖的造犁、巧妙的构思、较轻的自蕈、快速的施工，赢得了工程师们的青睐，并被成功地应用于一些大跨度、 超大跨度的结构工程中。 一、索穹顶结构的力学特性 作为张拉整体体系的大跨度空问结构，索穹顶结构具有与其他类型的空间结构不同的力学特性j现总结如F： l、索穹项结构是在张力集成体系独特的结构特性的启发F而产生的一种效率极高的结构形式。而张力集成 体系的最大力学特点，也是它的最大优点就是“张力集成”。 2、索穹顶结构是一种预应力结构，它必须依赖预应力才能成形，从而获得承受外荷载所需的刚度。 3、索穹顶结构由脊索、环索以及刚性的竖向杆组成，由环索和斜索组成若干个自平衡的回路，使结构具备自 适应能力。 4、索穹顶结构在承载过程中若出现局部失效，如某根钢索连接松弛或破断，则结构的张力将随之减小，出现松 弛变形，而不会产生结构的整体破坏。 5、索穹顶结构是由索和杆组成的臼支撑体系，结构中受拉的索是赖以形成自支撑的单元。 二、索穹顶结构的分类 根据拓扑结构的不同，索穹项结构大致分为三种体系。 (一)盖格体系索穹顶 该体系(图1)又称肋环型网格索穹顶，为美国盖格r1986年提出。其代表建筑为1988年汉城奥运会体育馆 和击剑馆。该体系具钉结构简单，施工容易，且对施工误差不敏感等优点。但由于其几何形状类似平面桁架，体系 平而刚度较小，且该体系内部存在机构，当荷载达至卜定程度时，结构会出现分支点失稳[7]。所以盖格体系索穹项 结构一般适用于二均布荷载作用下的圆形平面屋盖结构。 工业建筑2008增刊 第八居全国现代结摘1：程学术研讨台 (二 利维 沿qk守顶 稳定性和 默耵雌 赡妻；婀 锄肌瞄 佐何构 能够适用 曼警簸曼孽骥】 图2_雌体系索穹顶 黛≤一露一 m⑧m0 勘狲 国3凯威特体系索穹顶 三、索穹顶结构的找形分析 索穹顶结构的I作机瑾和能力依赖于自身的形状，如果卟能找出使之成肜的外形，结构就不能i作。如果找不 出结构的合理彤盎，也就没有自好的』作性能。所蛆．索穹顶结构的分析和设计首先从拢形分析开始。找形过程中 dIj。结构体系内部大多存在机构．睬需在结构上判定其几何稳定性外，出于体系所形成的刚度矩阵是奇异的，其平 2008 1j腱a mH 第八届全国现代结构1程学术研讨会 衡矩阵不再是正方阵，冈此，通常不能采刚传统的弹塑性力学方法术解。目前，对索穹顶结构的成形分析主要以有 限元分析理论为基础。除了s·Pel 1egriro建议的。种标准非线性程序以外，英国的Bames等提出，