预应力弦支穹顶结构

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。

预应力弦支穹顶结构施工工法xxxx集团有限公司1.前言随着奥运工程、世博工程、亚运工程等一系列国家重点工程的建设实施，我国的建筑技术出现了空前的辉煌。

建筑造型越来越新颖、新技术的应用越来越广泛、建筑跨度越来越大，所以预应力空间钢结构技术应用也逐渐增多。

但是作为一种新型的空间结构，国内外对弦支穹顶的结构理论方面的研究不是很多。

我省十大重点工程建设使得xx市建筑领域出现了翻天覆地的变化，其中煤炭交易中心预应力弦支穹顶结构就是其中的一项，它是弦支穹顶结构在我省的首次采用，并获得了良好的效果。

中国xx煤炭交易中心屋面钢结构的上层是由刚性较大的H型钢组成的单层壳体，具有一定的抗压和抗弯刚度，但整体稳定性较差。

结构的下层由环向拉索和径向拉索组成，拉索为高强材料，可以有效的减小结构自重，并达到轻巧、通透的建筑效果。

上层钢结构和下层拉索之间由撑杆进行连接，构成稳定的空间结构受力体系，可以有效提高整体结构的稳定承载力。

2.工法特点本工法属于预应力钢结构工程。

它具有施工难度大、施工前期准备工作量大的特点。

弦支穹顶结构形式新颖，可借鉴施工经验不多，因此施工的难度更大。

本工法的技术要点是贯穿在制索、挂索和预应力钢索张拉过程中,利用模拟仿真计算，使得施工具有科学的理论和检测依据，确保施工质量。

3.适用范围适用于预应力弦支穹顶结构施工体系。

4.工艺原理弦支穹顶是一种大跨预应力空间钢结构，其中高强度预应力拉索的引入使钢材的利用更加充分，结构自重及结构造价降低许多，所以弦支穹顶在跨越更大跨度方面具有较大的潜力。

我公司施工的煤炭交易中心宴会厅直径58米，高16.85米，屋盖主体结构采用弦支穹顶结构，在工程施工前，通过采用有限元计算软件，进行施工仿真计算分析。

根据仿真计算结果确定弦支穹顶结构上层单层网壳和预应力索安装顺序，并从技术角度上确定预应力索张拉方法，并进一步确定施工过程中的张拉顺序、分级张拉及不同阶段预应力索张拉力值等。

预应力拉索在每次张拉后，结构都要经历一个自适应的过程，结构会经过自平衡而使内力重分布，形状也随之改变，采用油压传感器及振弦应变计分别对钢索索力、径向杆拉杆及网壳杆件应力变化进行监测，并对结构起拱值进行监测，保证张拉过程安全顺利进行。

综述弦支穹顶结构施工前言随着跨度的增加，预应力的张拉工作量也会相应的有所增大。

穹顶结构的外型将对结构的静力性状、刚度极限承载力以及结构的耗钢量产生直接影响。

在确定几何外型时，可以从以下几个因素进行考虑：第一，穹顶跨度、工艺设备和建筑体型要求。

第二，结构的刚度、矢跨比、肋的倾角等设计制作安装具体要求。

对于直径为100M的肋环式穹顶结构可以采用穹顶结构落地斜基础支承形式，固定铰接支座的方案，由单片的格构式杆件组合成为整个穹顶的径向肋和环向肋，上、下弦采用扁放工字钢；将钢管腹杆，与上、下弦采用无节点板进行对接焊接。

采用此种焊接，工作量少、用钢量省、外形美观屋面采用压型钢板覆盖，呈多棱形式径向肋和环向肋等构件均在加工厂分段制作，然后运至现场用高强螺栓拼装成型。

本文着重讨论弦支穹顶结构施工技术在实际应用中的一些问题。

一、弦支穹顶结构施工技术分析对于弦支穹顶结构而言，受到拉索构件的影响，整个弦支穹顶结构施工过程当中的力学性能与使用阶段力学性能表现出了较为显著的差异性。

而改变此问题的关键在于针对弦支穹顶结构施工全过程进行精确的模拟分析，在当前技术条件支持下，弦支穹顶结构施工应用最普遍与成熟的方式即为张拉预应力索结構施工技术，这一点是毫无疑问的。

换句话来说，弦支穹顶结构施工阶段分析的重点内容在于对张拉全过程的分析。

然而当前的实际情况在于：相关研究学者有关张拉过程的分析并未能够深入考虑施工全过程模拟相对于施工工艺的影响，并且有关张拉机理的研究也存在较为显著的缺失，以上问题均直接导致了所确定拉张模拟算法无法完全与工程实际相契合。

本文基于对弦支穹顶结构施工技术的分析，提出了包括施工顺序、预应力张拉施加形式、临时支撑系统以及预应力张拉形式在内的四大关键施工环节模拟参数，并借助于有限元分析方式构建相应的时变模型与计算程序，现对其做详细分析与说明。

大量工程实践研究结果表明：从某种角度上来说，弦支穹顶结构施工阶段的受力状态与施工技术存在着极为密切的联系，针对施工阶段张拉全过程进行模拟分析的前提在于对现阶段弦支穹顶结构施工技术做出合理分析与研究。

弦支穹顶结构设计分析来源网络作者：彭添刘振华刘祥字发布于2012/12/22 16:53:29 评论(0)有16人阅读1 工程概况三亚市体育中心(三亚市中等职业技术学校二期场馆)位于海南省三亚市，西临师部农场路，南接金鸡岭路，东靠东岸北路，北侧为技术学院一期工程用地，由体育馆、体育场、游泳馆三部分组成，是三亚市及职业学校新校区的标志性建筑群。

体育馆总建筑面积12 764．8 m2，总座位2 934席；屋盖覆盖面积6 550 m2，采用预应力弦支穹顶钢结构体系。

游泳馆总建筑面积4 621．3 m2，337座，屋盖覆盖面积3 700 m2，采用焊接球空间网架结构。

体育馆主馆钢结构屋盖形状为圆形，直径为75．36 m，屋盖矢高为8．288 m；整个屋盖覆盖面积为3 700 m2。

屋盖采用弦支穹顶结构体系。

该结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成，上部单层网壳网格布置形式为Kiewitt型；下部弦支索杆体系以肋环型布置，设置3道环索，径向为钢拉杆；其中撑杆采用圆钢管，上下端铰接。

该结构具有用钢量小、结构轻盈、钢结构构件截面类型少的特点。

计算简图如图1所示。

本工程索承单层网壳屋盖，除具有一般索承单层网壳的结构特点外，还具有以下特点。

1)网壳矢高为8．288 m，矢跨比为8．288／75．36=0．11。

网壳矢跨比不大，屋盖刚度一般，在施加预应力后，其网壳面外刚度有较大提高。

2)屋盖结构与下部混凝土结构采用三向铰支座。

3)在使用阶段，结构主要受力状况为：环向杆和拉索受拉，径向杆和撑杆受压。

而在预应力张拉阶段，除索受拉外，网壳各杆件和撑杆均受压。

4)在撑杆下节点处，撑杆、环索和径向钢棒的内力相互平衡，其中环索内力最大，撑杆内力最小。

改动其中任何一个构件的内力，其他构件的内力也相应改变。

5)索承单层网壳屋盖为圆球形，且各方向上的结构布置较为均匀，因此结构受力比较均匀，内力变化幅度比较小。

6)对结构的构件布置情况及传力特点的分析得知，中心处由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组成的屋盖可以作为一个自承重的结构受力单元；其内力通过外层钢管网壳传递至下一圈由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组成的结构单元，此单元不能自承重，而是通过与上一层结构单元联合组成能自承重的结构受力单元。

弦支穹顶简介及分析技术要点一、弦支穹顶简介：弦支穹顶结构是将张拉整体、索穹顶等柔性结构的概念和单层网壳相结合而形成的一种新型的空间结构体系。

与单层网壳相比其具有结构刚度大、稳定性高、重量轻等特点，与双层网壳相比，其具有结构形式新颖，造型美观，节约空间等特点。

弦支穹顶可以更加经济合理、新颖美观地跨越更大的跨度。

弦支穹顶结构体系图二、预应力钢结构的特点预应力钢结构相对于普通钢结构具有以下特点：1．预应力钢结构能充分利用材料的弹性强度潜力以提高承载力。

2．预应力能改善结构的受力状态，实现力的转移、变性和重分布，节约钢材。

优秀的结构体系可分别在预应力荷载及普通荷载下，在结构的同一杆件或同一截面内，产生符号不同、力度相近的内力。

3．预应力钢结构能提高结构刚度和稳定性，调整其动力性能。

4．预应力钢结构可以改变结构的受力状态, 满足设计人员所要求的结构刚度、内力分布和位移控制。

5．采用预应力技术后,可构成一种全新的空间结构, 其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度降低, 具有明显的技术经济效益。

三、SAP2000非线性分析技术要点：预应力钢结构具有变形较大、几何非线性明显、预应力需多次加载等特点，需采用SAP2000程序进行非线性分析，主要技术要点如下：1、工况设置：首先进行自重状态结构非线性分析；其次进行预应力工况非线性分析，初始刚度取自重工况的末端刚度；预应力工况的末端刚度作为以后恒载活载风载地震等所有分析的初始刚度。

2、非线性分析的参数设置：荷载步的设置中起决定作用的是最小保存步数，可将总步数、最大空步数、最小保存步数、最大保存步数四个参数取统一数值。

查看全过程分析的破环荷载可按曲线上刚度退化点对应的基地反力除以单倍荷载标准值加自重引起的反力数值。

3、非线性阶段施工模拟：对于弦支穹顶部分可按非线性施工模拟工况进行计算，主要目的是考察单层网壳部分在自重下的强度及稳定性。

非线性阶段模拟施工分析需预先将结构按施工顺序分组，阶段定义中根据需要分成若干阶段，其中时间只和徐变及预应力松弛有关；阶段数据中分两步：添加结构和添加荷载。

武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工郭正兴石开荣罗斌张建（东南大学土木工程学院，江苏南京 210096）（南京东大现代预应力工程有限责任公司，江苏南京 210018）摘要武汉体育馆钢屋盖为一大跨弦支穹顶结构体系，结合该结构特点，详细介绍了预应力拉索安装及张拉的施工工艺，为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考。

关键词弦支穹顶，拉索，撑杆，施工，预应力1 工程概况与结构特点武汉体育中心二期工程——体育馆为2007年第六届全国城市运动会主要赛场之一，其下部主体为钢筋混凝土结构，上部屋盖采用钢结构，位于武汉经济技术开发区。

建成后将容纳1.2万至1.3万名观众观看比赛，为湖北地区规模最大的现代体育馆，不仅能满足高水平体育竞赛和大型文化活动的需要，同时还能满足市民日常健身娱乐和文化体育生活的需要。

该工程上部钢屋盖采用了一新型弦支穹顶（亦称索承网壳）结构（图1），是传统空间网壳与索穹顶的混合体，即：屋盖上部采用扁平双层网壳结构，其外形为椭圆抛物面，水平投影为一椭圆，长轴方向总长165m，短轴方向总长145m，投影面积约18800m2。

网壳上弦曲面由下弦曲面向上平移3m形成，网格由三向交叉桁架单元组成，采用焊接球节点连接。

屋盖下部采用整体张拉索杆体系，共设三环拉索，每环均设双根环向索，环向索、径向索和网壳之间通过撑杆（Ф299×7.5）相连。

三者之间为一有机整体，对拉索施加预应力后，将大大减小屋盖结构对支座的水平推力，网壳的竖向变形及杆件内力也得到降低，从而改善了结构的整体受力性能。

（a）整体效果图（b）钢屋盖平面图（c）钢屋盖立面图（d）索杆布置图图1 武汉体育中心二期工程——体育馆郭正兴，男。

1956.8出生，教授，博导2 预应力拉索材料及规格该工程采用1670级Ф5.3镀锌钢丝双护层扭绞型拉索，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为白色PE。

其中，径向索索头为热铸锚，环向索索头为冷铸锚，环向索采用双索体系，由连接钢棒相连。

倒圆角三角形弦支穹顶结构施工仿真及预应力优化分析
预应力空间钢结构是预应力技术与空间结构体系相结合而衍生出来的新的结构形式,具有良好的受力性能。

弦支穹顶结构是近二十年发展起来的新型预应力空间钢结构体系。

通过对下弦索施加预应力,使上层网壳产生与荷载作用相反的内力和位移,增强结构的整体稳定性。

弦支穹顶结构实际工程应用还不多,施工经验也不充分,倒圆角三角形形状在弦支穹顶结构中尚无工程经验可以参考,针对此结构的施工过程分析和预应力优化很有必要。

本文总结了弦支穹顶结构的特点和国内外研究成果,介绍了弦支穹顶结构施工过程中采用的非线性有限元理论和求解方法。

以重庆空港体育馆工程建设为契机,对大跨度倒圆角三角形弦支穹顶结构的施工过程和预应力优化设置方法进行理论分析。

弦支穹顶结构施工仿真分析包括找形分析和索张拉过程分析两方面的内容。

基于非线性有限元原理,区分结构的初始态、几何零状态和荷载态,指出弦支穹顶的施工过程是结构从几何零状态到初始态的连续变化的过程,通过有限元程序对倒圆角三角形弦支穹顶结构成形过程进行仿真分析。

采用张力松弛法,分析了此弦支穹顶结构在张拉成形过程中,随着索力的增加而引起的杆件内力、节点位移和不同索之间的预应力变化。

通过对同一倒圆角三角形弦支穹顶结构的4种预应力方案静力分析,比较了不同的预应力设置方案下结构的最大竖向位移、上部网壳构件的最大轴力和支座径向位移的不同。

在此基础上提出了更能提高此类结构受力性能指标的综合优化方案。

大跨度环肋型弦支穹顶结构预应力张拉全过程自动化监测施工工法一、前言大跨度环肋型弦支穹顶结构是一种采用预应力张拉技术施工的特殊工法。

该工法通过合理的施工工艺和控制措施，能够实现结构的高强度、轻量化和良好的整体性能。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。

二、工法特点大跨度环肋型弦支穹顶结构的特点是具有较大的跨度、较轻的自重、良好的整体性能和适应性。

该结构采用了环肋型弦支结构形式，通过预应力张拉技术对结构进行加固和稳定。

具体特点包括：结构轻量化、自重减小；受力均匀、承载能力强；建造周期短、施工效率高；适应性强、可实现多样化设计等。

三、适应范围大跨度环肋型弦支穹顶结构适用于体育馆、展览馆、剧院、空间结构等大跨度建筑工程。

其适应范围包括但不限于以下几个方面：支撑体育场地、满足大型演出需要、实现灵活布局的展馆、提供多功能空间的剧院等。

四、工艺原理大跨度环肋型弦支穹顶结构的工艺原理是通过预应力张拉技术将混凝土构件进行加固和稳定，使其具有更高的承载能力和整体性能。

具体来说，工艺原理包括以下几个方面：1. 施工工法与实际工程之间的联系：根据实际工程的要求和条件，选择合适的工法进行施工，确保施工和设计之间的一致性。

2. 采取的技术措施：通过预应力张拉技术，对混凝土构件进行张拉和固定，使其达到设计要求的强度和稳定性。

3. 理论依据和实际应用：工艺原理基于科学和实践经验，经过实际工程应用的验证，具有可靠性和可行性。

五、施工工艺大跨度环肋型弦支穹顶结构的施工工艺包括以下几个阶段：1. 基础施工：进行岩土勘测、地基处理和基础施工，确保结构基础的稳定和承载能力。

2. 立柱施工：安装支撑立柱，并进行预应力张拉，使立柱能够承受水平荷载和重力荷载。

3. 弦杆张拉：在立柱之间安装预制弦杆，并进行预应力张拉，使其达到设计要求的张力。

4. 环肋施工：安装预制的环肋，并进行预应力张拉，使其与弦杆紧密相连，形成整体稳定的结构。