弦支穹顶结构解决方案.doc

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 9 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 26 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 30 3.4弦支穹顶的预应力 30 3.5弦支穹顶结构温度效应研究 30 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 31 3.8超大跨度弦支穹顶结构的设计研究 31 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。是由日本政法大学川口卫(Mamoru Kawaguchi)教授于1993提出的[1]。与传统的单、双层网壳及悬索结构相比它具有造型美观、节省材料、质量轻、刚度大、抗震性能好等空间结构的综合优势。 1.1预应力钢结构 弦支穹顶结构之所以称为一种高效能的空间结构，主要原因就是其高强度拉索及其预应力的引入，通过施加预应力使结构形成自平衡体系。在大跨度建筑日益发展的今天，预应力技术已经得到了广泛的应用。从预应力对结构的作用来讲可以分为两大类：第一类为