联方型弦支穹顶研究

联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨陈向荣，李小利，李海龙，刘伟（西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）[摘要]本文在对比各种确定预应力方法的基础上，引入刚性索法。

利用刚性索法对选定的模型进行预应力的设定，对比设定前后结构的力学性能的变化，并与单层网壳对比。

研究结果证明了本文采用刚性索法设定预应力的有效性，同时也表明刚性索法能更好的贴合预应力的设定原则、达到预应力的设定目标。

[关键词]弦支穹顶结构；预应力设定；刚性索法The discussion on the prestress set on the Lamella-Kiewit suspendomeChen Xiangrong，Li xiaoli，Li Hailong，Liu Wei（Department of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an710055，China) Abstract: Based on the contrast of the prestress determined methods,puts forward the rigid cable ing the rigid cable method setting prestress to the selected model, contrasts the structural changes of mechanical properties before and after the setting,and compare with the single-layer shells.The results show that the rigid cable method adopted in this paper to set the prestress is effective. And it also shows that the rigid cable method can better fit to the setting policy and also meet the prestress setting goals.Keywords:suspendome;prestress set;rigid cable method0 引言预应力弦支穹顶结构是由上部单层球面网壳和下部张拉整体体系组合而形成的一种新型杂交空间结构体系。

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 (10)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 (27)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 (31)3.4弦支穹顶的预应力 (31)3.5弦支穹顶结构温度效应研究 (31)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 (32)3.8超大跨度弦支穹顶结构的设计研究 (32)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。

新型弦支穹顶结构分析与设计弦支穹顶又称弦拱顶，是一种非常常见的桥梁结构，它的起源可以追溯至古希腊时期，广泛应用于古建筑中。

近年来，随着技术的不断发展和材料的不断改善，弦支穹顶结构的设计和施工技术得到了极大的改进，并在各种新型结构中发挥着重要作用。

然而，在分析和设计中，弦支穹顶结构仍然存在一些挑战，需要进行进一步的研究来改进设计方法和解决相关问题。

弦支穹顶结构有许多优点，其中最重要的是结构轻质、刚度等级高、可以在较短时间内完成制作、重量轻、成本低廉、制作程序简单、可实现室内外统一的设计效果、可以利用标准化制作、以及可以从穹顶的非支撑位置设置大范围的空间。

弦支穹顶结构的分析与设计是一个极其复杂的过程，有很多变量需要考虑，如结构荷载、穹顶形状、穹顶材料、结构连续性等。

目前，已经有许多方法可以用于分析和设计弦支穹顶结构，如有限元方法、数值方法、经典理论方法和计算机辅助方法等。

不过，由于各种方法的限制，尚未有一种综合的方法可以同时考虑所有的变量，有效地实现分析与设计，从而大大限制了弦支穹顶结构的设计。

为了改进分析和设计方法，我们提出了一种基于完全平面分析和计算机辅助分析的新型弦支穹顶结构分析和设计方法，该方法具有以下优点：（1）采用简化穹顶，可以大大减少穹顶参数；（2）考虑了结构的线性和非线性特性，提高了计算准确度；（3）借助计算机，实现了对复杂的穹顶参数的模拟和分析，达到更高的分析准确度；（4）采用多种材料和结构连接，实现弦支穹顶结构的高效制作；（5）结合现实的实际情况，可以更深入地分析和设计弦支穹顶结构。

基于上述分析，我们提出了一系列的优化方案，包括采用静载荷分析、模态分析和定量破坏分析等，可以有效地提高弦支穹顶结构的性能。

另外，对弦支穹顶结构的膨胀性能进行评估，以确定结构的可行性，并进行合理的膨胀性能时用考虑，以改善结构性能。

最后，通过进一步的实验和研究，可以根据现实情况完善弦支穹顶结构的设计，实现更好的性能。

弦支穹顶结构施工方法研究和施工过程模拟分析的开题报告一、选题背景和意义弦支穹顶结构是一种具有特殊形式的屋盖结构，其特点是能够提供更大的内部空间，节省吊车使用成本，以及在一定程度上提高建筑物的美感。

由于其独特的结构形式和设计理念，弦支穹顶结构在现代建筑中得到越来越广泛的应用。

在弦支穹顶结构的施工过程中，其复杂的结构形式和施工工艺要求需要施工人员具有较高的技术水平和经验。

因此，如何提高施工工艺和施工效率、保证施工安全和质量，成为了当下建筑行业需要解决的重要问题之一。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是对弦支穹顶结构施工方法进行探究和研究，同时结合现代技术手段，运用CAD和结构仿真软件完成弦支穹顶结构施工过程的模拟分析。

具体的研究方法包括：1.对弦支穹顶结构的基本原理、构造特点、施工工艺等方面进行分析，探究其施工中存在的问题和待解决的难点。

2.利用CAD软件完成弦支穹顶结构的建模和绘制，在实际工程应用中进行验证，并确定合适的施工工艺方案。

3.结合现代工程结构仿真软件，对弦支穹顶结构的施工过程进行模拟分析，优化施工过程和工艺，提高施工效率和质量。

三、预期成果和意义本研究成功完成后，将具有以下预期成果和意义：1.针对弦支穹顶结构的施工方法进行深入研究和探究，为弦支穹顶结构的设计和施工提供重要的技术支持和参考。

2.利用CAD等现代技术手段对弦支穹顶结构的建模和绘制，实现施工工艺的优化和合理化，提高施工效率和质量。

3.通过结构仿真软件的应用，对弦支穹顶结构施工过程进行模拟分析和优化，为工程实施提供重要的技术保障，还可为弦支穹顶结构设计提供更加精准的荷载分析和结构优化方案。

总的来说，随着现代技术的不断发展和进步，结合CAD等先进技术手段对弦支穹顶结构施工方法进行研究和模拟分析，不仅可以提高施工效率和质量，还能为弦支穹顶结构的发展和应用提供更为广泛的应用前景和发展空间。

引言近年来，随着经济的高速增长，各国体育文化、娱乐休闲等产业也随之蓬勃发展，世界各地对更大更宽阔的室内空间的需求日益增加，然而传统的屋盖结构体系难以满足现代建筑的功能需求及艺术要求[1]。

在上世纪九十年代，日本著名建筑学家川口卫教授通过对索穹顶结构进行优化，首次提出了“弦支穹顶”这一概念，随后弦支穹顶结构凭借其受力合理、造型美观、造价经济等优点迅速受到了业内人士们的广泛关注。

在之后的三十余年里，弦支穹顶结构不断发展革新，其跨度持续增大，造型也逐渐丰富起来，这也无形中增大了现场的施工难度，并且弦支穹顶结构又多用于体育馆、会展中心等人流量较大的建筑结构，其重要性不言而喻，对其施工技术措施进行探讨，有着重要的理论价值与实践意义。

1 弦支穹顶结构的特点及施工成型方法1.1 弦支穹顶结构的特点弦支穹顶结构是一种突破传统思维的新型杂交空间结构体系，其结构组成如图1所示，该结构巧妙地融合了单层网壳和索穹顶这2个结构的优点，是一种受力科学合理的高性能结构[2]。

相比于传统的索穹顶结构和单层网壳结构，弦支穹顶结构具备了自平衡性、可适应更大的跨度及施工便捷等优势，弦支穹顶上部的网壳结构可以为整体结构体系提供足够的刚度，其在建设过程中相比于索穹顶这一柔性结构来说施工可控性大大提高，也更为便捷。

同时，下部的索系结构可以为上层网壳结构提供体系内支撑，能弦支穹顶结构施工技术措施研究马睿阳新疆大学建筑工程学院 新疆 乌鲁木齐 830047摘 要：弦支穹顶是一种新型的预应力大跨度空间建筑结构，由于其受力合理、经济美观等优点，被广泛应用于体育馆、航站楼等大型公共建筑中。

随着弦支穹顶结构的大规模使用，其结构形式在不断改进，这就无形中增加了现场的施工难度，如何确保其顺利施工是目前研究的热点，与其相关的施工技术受到人们的关注。

鉴于此，本文以某建筑工程项目为背景，具体探讨弦支穹顶结构施工关键技术，针对弦支穹顶结构的施工张拉工序和杆件安装的变形控制问题展开分析，通过本文的研究为同类型结构的施工建设与研究提供些许参考和借鉴。

凯威特—联方型弦支穹顶结构的动力分析凯威特-联方型弦支穹顶是一种新型的杂合型结构，上部网壳内部为凯威特型，具有内力分布均匀的特点，外部联方型抗震性能比较好。

鉴于凯威特-联方型弦支穹顶结构独特的结构形式，对于其整体受力特点，特别是在动力响应及动力稳定方面的性能，有必要进行相应的研究。

本文利用有限元软件ANSYS建立了凯威特-联方型弦支穹顶的模型，并对其进行了预应力设定，通过形态分析确定初始应变值，为下一步进行动力分析作了准备工作。

以矢跨比，环数比，支座形式，荷载及激励方向作为参数，进行了模态分析，研究了参数对该结构的自振特性的影响，同时对上部相应网壳作了对比分析。

其次，本文采用时程分析法，在X方向及Z方向分别输入典型地震波分量，得到了杆件的内力时程曲线及节点的位移时程曲线，掌握了凯威特-联方型弦支穹顶的地震响应基本规律。

通过参数分析，按环数提取了杆件的最大内力响应，总结了各种参数对结构动力响应水平的影响。

最后，本文在X方向及Z方向分别输入不同加速度峰值的地震波分量，通过计算得到了结构相应的动力稳定临界荷载，最大位移响应节点的位置，最大位移值以及对应的响应时间点，初步掌握了凯威特-联方型弦支穹顶在动力稳定方面的一些性能，为该类结构在抗震设计方面提供了有价值的理论依据。

弦支穹顶结构施工控制理论分析与试验研究的开题报告一、选题背景和意义弦支穹顶结构是一种常用的大跨度屋面结构，具有轻量化、美观、灵活性等优点，被广泛应用于展览馆、体育馆、机场等建筑。

在弦支穹顶结构的施工过程中，如何保证结构的稳定性和安全性是保证结构顺利完成的关键。

因此，本研究旨在从理论分析和试验研究两个方面对弦支穹顶结构的施工控制进行研究，为弦支穹顶结构的施工提供更加科学的理论依据和规范。

二、研究内容和方法本研究将分为理论分析和试验研究两个部分：1. 理论分析本部分将以文献调研和理论分析的方式，研究弦支穹顶结构的整体稳定性和局部变形特性，分析结构施工过程中的主要影响因素，并针对施工过程中可能出现的问题，提出相应的控制措施和施工规范。

2. 试验研究本部分将采用物理试验的方法，对弦支穹顶结构的施工过程进行实验研究。

将根据实际结构，在试验室内建立弦支穹顶结构的模型，并对模型进行控制试验，探究结构施工过程中的各种影响因素对结构稳定性和形变的影响规律，以期制定更加科学合理的施工方案和规范。

三、预期成果本研究的预期成果包括以下几个方面：1. 通过理论分析，归纳出弦支穹顶结构施工控制的基本原则和规律，提出相应的施工规范和控制措施，为该类结构的施工提供科学的指导。

2. 通过试验研究，获得弦支穹顶结构施工过程中各种影响因素的具体数据，并根据实验结果制定相应的施工方案和规范，提高弦支穹顶结构施工的安全性和可靠性。

3. 综合理论分析和试验研究的结果，对弦支穹顶结构的施工控制进行深入探讨，并形成一定的理论体系，为后续研究提供基础和参考。

四、研究进度安排本研究计划在3年的时间内完成，具体进度安排如下：第一年：1. 文献调研和理论分析，明确研究的重点和方向；2. 准备试验所需的材料和设备，开始弦支穹顶结构模型的建立。

第二年：1. 将理论分析的成果应用于试验研究中，进行控制试验；2. 将试验数据进行分析，总结试验结果，进一步完善施工控制的理论。

凯威特—联方型弦支穹顶结构静力性能及稳定性分析
弦支穹顶结构结合了索穹顶和张弦结构的思想,将索穹顶的柔性上弦用刚性的单层网壳替代而形成杂交空间结构体系。

该结构体系受力合理,综合了张弦结构和单层网壳的优点,在大跨度空间结构领域有着广阔的应用前景。

本文针对凯威特—联方型弦支穹顶结构提出了以下主要研究内容:以非线性有限单元法为理论基础,应用大型结构有限元软件SAP2000,对典型的凯威特—联方型弦支穹顶
结构的静力性能进行计算分析,并将结果与对应的单层网壳的计算结果进行比较,从而掌握运用SAP2000对弦支穹顶结构进行静力分析的方法,了解弦支穹顶结构的基本受力特性及其较单层网壳的优越性。

对凯威特—联方型弦支穹顶结构进行参数分析。

通过结构在不同矢跨比、撑杆高度、预应力以及上部网壳节点形式下其径向支座反力、节点竖向位移以及构件内力的变化,来研究各种参数对弦支穹顶结构的影响规律。

对凯威特—联方型弦支穹顶结构进行静力稳定性分析。

从结构的特征值屈曲出发,对结构进行线性和几何非线性屈曲分析。

分析结果表明,弦支穹顶的极限承载力较单层网壳有了大幅提高;提出了本文所研究的凯威特—联方型弦支穹顶的建议矢跨比、撑杆高度、预应力以及上部网壳节点形式;针对结构顶点发生失稳而导致结构的极限承载力无法最大限度发挥的问题,提出了在结构顶点下部设置撑杆和径向拉索的解决方案。

最后,提出对弦支穹顶结构应用中有待进一步研究的问题,并对该结构体系的后续研究进行展望。

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 (10)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 (27)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 (31)3.4弦支穹顶的预应力 (31)3.5弦支穹顶结构温度效应研究 (31)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 (32)3.8超大跨度弦支穹顶结构的设计研究 (32)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。