南宁国际会展中心旋转双曲面网壳钢结构穹顶设计

铸钢索夹节点在弦支穹顶结构设计中的应用

摘要：弦支穹顶结构是一种新型的空间结构，其是通过杂交空间结构构成的，以巧妙的技术手段和方式将建筑结构上弦网壳结构与下弦张拉整体索杆体系有效的结合成为一个整体，并通过给下弦整体张拉结构空间形成一个环向的索、径向来施加一个合理的预应力结构，进而控制上弦网壳的预应力和变形应力，确保上弦网壳的抗屈强度以及整体性强度，使得其在工作中能够真正的做到刚柔并济的工作要求和工作模式。一般而言，弦支穹顶结构中采用铸钢索夹节点预应力对于提高整体强度有着至关重要的作用与意义。

关键词：结构设计 网壳结构 承载力 节点

目前社会发展中，国内外对于中小跨度的弦支穹顶结构都提出了系统全面的优化与认识，并且在工作中对于工程的承载力和支撑点要求都提出了新模式和新管理工具方式，且在工作的过程中对于其中存在施工质量问题和技术缺陷都得到了一定的优化与处置。在目前的施工项目中，铸钢节点作为一种新的阶段模式，成为空间结构中的核心模式，是以铸钢节点中所特有的索夹节点、支座点三个部分构成的，但是就目前的工作中，人们对于大跨度的弦支穹顶结构结构应用较少，特别是施工技术的研究仍然是一片空白，因此对其进行优化与总结十分必要。

一、弦支穹顶结构概述

1、弦支穹顶结构产生背景

建筑与人们生活与社会发展紧密相连，古人主要是采用建筑物

来抵御各种自然灾害的侵袭和外地的入侵，而今天的建筑物，则是以人类的舒适、依据作为主要的追求重点，也是在工作中以新颖、个性的工作理念作为主要的工作基础。基于此，我们在生活中对于建筑结构的空间追求提出了新要求，并促进了相关的工作人员在工作与研究中对于各种新颖别致、复杂健全空间的研究，也为大跨度建筑空间和结构的产生带来了必然的基础依据。

近年来，建筑行业随着社会生产技术的提高而呈现出蓬勃之势，其发展前景和发展动力也得到了良好有效的完善。但是在这种社会基础上，人们对于公共活动空间的需求量也提出了明确的规范和标准，以体育馆、展览厅、歌剧院和工业厂房为基础的大型建筑结构空间要求越来越多，这位人们生活提供一个良好发展基础的同时，也给建筑施工跨度的增加和刚度的上升提供了相关的理论依据，这也要求我们在建设施工中对于各种屋顶结构理论的研究与总结。

第一节 概 述

网壳结构即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构，其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。

一、网壳结构的特点

(1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。

(2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。

(3)由于杆件尺寸与一整个网壳结构相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性连续体，利用钢筋混凝土薄壳结构分析结果进行定性的分析。

(4)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。

网壳结构按杆件的布置方式分类有：单层网壳和双层网壳两种形式，一般来说，中小跨度(一般为40m以下)时可采用单层网壳，跨度大时采用双层网壳。单层网壳由于杆件少、重量轻、节点简单、施工方便，因而具有更好的技术经济指标，但单层网壳曲面外刚度差、稳定性差，各种因素都会对结构的内力和变形产生明显的影响，因此在结构杆件的布置、屋面材料的选用、计算模式的确定、构造措施的落实及结构的施工安装中，都必须加以注意，双层网壳可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承载力。当屋顶上需要安装照明、音响、宇调等各种设备及管道时，选用双层网架能有效地利用空间，方便天花或吊顶构造、经济合理，双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分。

二、网壳结构的材料

网壳结构按材料分类有木网壳，钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃钢网壳等，木网壳结构仅在早期的少数建筑中采用，近年来在一些木材丰富的国家也有采用胶合木建造网壳，有的跨度已超过100m。但总的来说，木结构网壳用得并不多。钢筋混凝土网壳结构常常是单层且常采用预制钢筋混凝土杆件装配整体式结构，但由于自重大，节点构造复杂，一般川于跨度在60m以下的建筑中。钢网壳结构目前在我国应用最广泛，其钢材可以采用钢管、工字钢、角钢、薄壁型钢等。钢网壳具有重量轻、强度高、构造简单、施工方便等优点。铝合金网壳结构由于重量轻、强度高、耐腐蚀、易加I：、制造和安装方便，在欧美国家已被大量应用于大跨度建筑，其杆件可为圆形、椭圆形、方形或矩形截面的管材，我国由于铝材规格和产量较少，价格较高，目前尚未川于网壳结构。塑料网壳和玻璃网壳结构U前较少采用。

铸钢索夹节点在弦支穹顶结构设计中的应用

【摘 要】出于对大空间的功能需求，在很多建筑的结构设计中，都需要保留足够大的空间，同时又需要满足建筑结构的所有基本性能，如防风防雨、抗震隔音等等。而在建筑结构设计的发展中，钢结构的建筑设计方法逐渐得到了广泛应用。这是因为钢结构具有受力合理、结构简化且施工较为方便等多种优点，对于大跨度、大空间要求的建筑来讲，是最佳的结构选择方式。而在钢结构的应用中，铸钢节点的节点形式中较为常见的一种，其有多种节点形式。本文中主要来谈谈其中的一种，铸钢索夹节点在空间钢结构中的设计应用方式。文章以某大型体育馆的钢屋盖工程为例，通过对节点的设计、计算与分析等几方面的探讨来实现对铸钢索夹节点的应用分析。

【关键词】铸钢索夹节点；弦支穹顶；结构设计；计算分析

随着网架结构、钢结构等空间结构的建筑设计方式的应用越来越广泛，而这些结构中必须要用到的节点连接方式也随之有了很大的发展。铸钢节点作为一种具体可塑性较好、韧性较大，且能够进行有效焊接等多种优点的节点连接方式，一经推出，就得到了广泛的应用。在我国的很大大型空间结构的施工中，都是采用铸钢节点的节点形式。铸钢节点又可以按照连接方式的不同而分为多种不同的铸钢节点形式。一般在实际的工程应用中，多采用铸钢球节点、铸钢相贯节点与铸钢支座节点这三种节点形式。而本文中所要介绍探讨的则是一种新的铸钢节点形式，即铸钢索夹节点。笔者以某体育馆的屋盖施工为例，详细分析了铸钢索夹节点在弦支穹顶结构中的实际应用。

1、工程概况

在某体育馆工程的建筑施工中，结构施工设计将下部主体设计为钢筋混凝土结构，上部屋盖采用钢结构。体育馆钢屋盖采用了新型弦支穹顶结构，由上部的刚性空间网壳结构和去掉上层索的张拉整体结构组成的杂交结构体系，即屋盖上部采用双层网壳结构，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18 800m2。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，屋盖下部则采用了张拉整体索杆体系，共设置三环拉索，每环拉索由径向索、两根环向索组成，索系通过撑杆与上部网壳连接。上部网壳结构和下部张拉整体索杆体系形成一个整体共同作用，对拉索施加预应力后，将大大减小了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，从而改善了结构的受力性能。

SAP2000幕墙结构设计工程案例

基于《SAP2000在建筑异形幕墙工程中的设计实例解析》著作中

的案例解析（提纲）

（中国门窗幕墙专家学者设计师协会、港湘建设有限公司 屈铮）

一、SAP2000幕墙结构设计解析思路

前言

历时七年，把多年来的建筑幕墙设计与施工经验，通过不断地积累、整理、研究、论证、总结，才完成了这部由多个（21个）不同类型的已竣工的、非常规幕墙实例编著成的专著《SAP2000在建筑异形幕墙工程中的设计实例解析》。

本著作至少有5个亮点：

1.在行业内率先把铝单板幕墙定义为非线性分层壳(单层)模型进行分析计算；

2.在行业内率先用风工程学原理，把采光顶风荷载利用风压系数，分区域直接导入模型进行分析计算；

3.为我国高层建筑为何不宜采用平开方式，建立了分析计算模型提供了理论依据。

4.大跨度钢结构(包括钢板肋)幕墙，均按钢构规范计算了其稳定性并进行了校核；

5.双曲面幕墙或单层网壳结构，进行了人机交互方式，按空间网格规范进行了受力方式、无支撑长度比及有效长度系数修正设计。

1.目 的

让对幕墙结构设计有兴趣、但相关理论基础知识弱一点的初学工程技术人员，一看就基本明白、动手就渐渐学会，边熟悉相关理论基础知识边学会软件应用操作；让有一定相关理论基础的工程技术人员一看就懂、一动手就会、融会贯通、得心应手。

2.过程及方法

★ 建立模型

模板建模或CAD导入➩定义材料参数➩定义构件截面➩支座约朿➩构件连接释放➩定义荷载模式➩定义荷载工况荷➩定义荷载组合➩施加荷载➩有限元单元剖分。

★ 结构分析

有效自由度选项➩运行结构分析➩结构位移分析➩结构内力分析➩支座反力分析。

★ 结构设计

设置设计首选项和覆盖项➩运行结构设计➩交互式结构构件设计➩设计结果显示与输出（内力、位移、应力比）。

★ 其他参数

计算出杆件数量、杆件重量、每平方米用材耗量等数据➩为指导预算、施工提供了更直接的参数。