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方 雨等：刚化索穹顶结构性能分析 DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2016．02．026 刚化索穹顶结构性能分析 方 雨 ， 黄呈伟， 周庭伟 (昆明理工大学建筑工程学院， 昆明 650500) 【摘 要】 针对索穹顶结构脊索容易松弛和施工技术要求高的问题，给出了一种采用刚性桁架替代柔性主 脊索 ，结构的中心拉环改为由钢管形成刚性拉环的刚化索穹顶结构 ，选取 Kiewitt型索穹顶结构为研究对象，利用 ANSYS有限元软件进行其性能分析，通过与传统的索穹顶结构分析比较 ，结果表明刚化索穹顶结构能较好的解决 内圈脊索容易松弛、环梁截面设计大和施工要求高的问题。 【关键词】 刚化Kiewitt型索穹顶；索穹顶结构；性能分析 【中图分类号】 TU393．3 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2016)02—0077—04 索穹顶结构是2O世纪后期由Geiger根据Fuller 1，结构跨度为 54m，结构 由刚性拉环、脊索、斜索、环 的张拉整体思想发展起来的一种新颖大跨空间结构， 索、撑杆、立体桁架等几部份组成，其 中环索有两圈， 因其外形类似于穹顶 ，而主要构件又都是钢索，故将 直径分别为 11、20m，内拉环直径为4m，刚化部分采用 其命名为索穹顶。索穹顶结构的典型实际工程主要 正放四角锥网格的立体桁架 ，网格的几何尺寸为 1m。 有汉城奥运会 的体操馆和击剑馆 ，Geiger和它公司 构件的截面尺寸如下：脊索面积取236mm ，斜索面积 建成的红鸟体育馆和太阳海岸穹顶 ，Levy等人 设计 取 177mm ，内圈环索面积取478．7mm ，外圈环索面积 的乔治亚穹顶 、圣彼得堡的雷声穹顶和沙特阿拉伯利 取762．2mm ，撑杆采用 日y70×6的钢管，桁架弦杆采 雅得大学体育馆 。 用 102×7的钢管，腹杆采用 54×3的钢管，内拉环 从 目前结构形式上看 ，Geiger设计的肋环型索穹 杆件采用 ①12l×6的钢管。为了研究方便，根据构件 顶和Levy设计的葵花型索穹顶已经应用于实际工程 的分组情况 ，对构件和节点进行编号见图2、图3，编号 中，这两种结构形式各有其优缺点。Geiger型索穹顶 的具体含义 ：XS表示斜索 ，Js表示脊索 ，HS表示环索， 结构形式单一，方便施工，但是结构平面外刚度较弱 ， CG表示撑杆 ，HL表示环梁。 在非对称荷载作用下容易失稳。Levy型索穹顶 与 Geiger型索穹顶结构相比较，脊索、斜索和撑杆不在同 一 平面内，具有 良好 的稳定性，但是其在构造上存在 脊索网格划分严重不均匀的缺点，从结构外圈到结构 中心 ，脊索网格越来越密集 ，这样将导致内圈构件过 于集 中，增加节点的制作难度，同时屋面材料的铺设 也变得更加的困难 ，仍然没有解决脊索容易退 出工作 的缺点。因此，本文通过采用刚性桁架替代柔性主脊 索，结构的中心拉环改为由钢管形成刚性拉环 的刚化 图l结构整体模型 图2 各类构件和节点编号 索穹顶结构 ，并以Kiewitt型索穹顶结构为研究对象， 利用ANSYS有限元软件进行其性能分析，通过与传统 Kiewitt型索穹顶结构分析 比较，以此来解决索穹顶结 构脊索容易松弛和施工技术要求高的问题。 因为本文所采用的刚化索穹顶是张拉整体结构 的一类，它 以受拉构件为主，受压构件较少。通过做 部分刚化处理后 ，桁架受周 围拉索作用，仍然是拉力 的“海洋”，压力的 “孤岛”，独立压杆按轴心压杆设计， 可以保证整体结构的稳定性。所以本文在此不考虑 该结构的失稳 问题 。 图3 结构剖面图 (单位：inn1) 1 计算模型