弦支穹顶

摘要： 弦支穹顶结构由上部单层网壳、下部竖向撑杆以及拉索组成,它是结合了网壳结构和索穹顶结构的优点后发展起来的一种预应力空间结构体系。随着理论研究与工程应用的不断深入,已逐步显示出广阔的应用前景,弦支穹顶结构类型也得到了不断的创新和拓展,在总结已有结构形式的基础上,根据上部刚性结构以及下部索杆体系的类别对弦支穹顶结构进行了系统的分类,以此为基础并应用于工程实践中。

摘要： 张家界马戏城主馆屋盖是国内少见的带有大质量悬挂子结构的弦支穹顶屋盖,对其屋盖进行抗连续倒塌性能评估,先对结构进行了杆件敏感性分析,确定结构重要构件,然后采用替换路径法分别拆除弦支穹顶、子结构的重要构件,对屋盖结构进行了非线性动力分析。结果表明:拉索及支座处径向桁架下弦杆是整个屋盖的重要构件;拆除外圈环索引起的结构整体响应最剧烈,拆除靠近支座径向桁架下弦杆会引起结构较明显的局部响应;子结构中,悬挂于径向桁架上弦的矩形格构柱沿柱截面失效,会使楼面梁局部变形过大,所有拆除工况均不会引起屋盖结构的倒塌;该带悬挂子结构的弦支穹顶钢屋盖冗余度高,具有较强的抗连续倒塌性能。

摘要： 弦支穹顶结构的承载力由单层网壳与索撑体系共同提供,为明确上部单层网壳和下部索撑体系对结构性能的具体贡献度与其各自在弦支穹顶整体结构可靠性评估中所占的权重,以及厘清上部单层网壳和下部索撑体系对弦支穹顶结构稳定性的影响。以山东某弦支穹顶体育馆为例,采用ANSYS有限元模拟的方式,通过生死单元法来进行各个杆件对极限承载力的影响分析。结合层次分析法和稳定退化系数法,将弦支穹顶结构分解为上部子结构和下部子结构,并分别对各个子结构再分解成不同层次的构件,建立了各层次之间、层次内构件的影响关系,分析了各个杆件对弦支穹顶极限承载力的影响;确定了各子结构之间以及各子结构对结构体系影响的数学关系式,推导出了上部单层网壳和下部索撑体系在弦支穹顶结构中所占的权重分别为0.89和0.11。

摘要： 获奖情况:2022年中国安装协会科学技术进步奖二等奖一、成果研究背景商丘市文化艺术中心包含群艺馆、大剧院、科技馆等建筑。其结构包含型钢混凝土组合结构、平面型钢桁架、双曲面管桁架、空间网壳、弦支穹顶、双曲面盘旋桁架、空间悬挑桁架等。其中,大剧院内外不同心单层网壳嵌套结构内球直径44m,外球直径58m,鼓节点数量达2000多个,矩形管杆件7200多个,为全国首例。

摘要： 弦支穹顶结构进行张拉环索预应力施加时,索撑节点处会因摩擦产生较大的预应力损失.为降低这部分损失,设计一种内置滚动轴承装置的新型索撑节点,该滚动轴承节点固定内轴,外轴可随意转动,且在内外轴之间布置两层滚珠,实现从滑动摩擦到滚动摩擦的转变,降低摩擦系数.在此基础上,设计锁夹和铸钢外壳,通过两者的协同作用阻止环索的滑动.最后利用商用有限元软件ANSYS对其进行数值分析,并采用摩擦力学公式对节点预应力损失进行理论计算与对比.结果表明,该索撑节点设计满足各项节点设计要求,具备较好的抗滑移特性;实际工况下该节点的预应力损失设计值约为3.5％ ～5％,与传统节点的10.58％ ～21.65％相比有大幅度降低.

摘要： 贵阳奥体中心体育馆采用大跨度弦支穹顶结构,八边形环桁架作为网壳屋面的支撑系统.结合屋盖结构特点选择主动张拉径向钢拉杆的方式建立预应力,制订合适的张拉顺序并进行施工模拟数值分析.阐明了拉索安装和张拉施工的操作难点,对特殊四索索夹和张拉装置精细化分析.钢拉杆内力监测结果和屋面、撑杆变形监测结果均满足规范要求.

摘要： 为研究大跨弦支穹顶空间结构中上部钢结构屋盖-下部混凝土结构组合体系协同工作性能,以河北北方学院体育馆为研究对象,分别建立体育馆弦支穹顶屋盖单体模型和考虑下部混凝土结构整体模型,通过对两种模型自振特性及小震、中震、罕遇地震和极罕遇地震下的动力响应对比分析,研究下部混凝土结构对上部钢屋盖结构工作性能影响.结果表明:考虑下部混凝土结构后,结构自振周期延长,振型多为上部钢屋盖振动;上下部结构刚度差异使上部屋盖产生类似"鞭梢效应"导致其水平位移明显增加,屋盖结构在水平地震耦合方向产生以屋盖顶点为中心呈反对称模式的凹陷与凸起变形;上下部结构协同工作对钢屋盖环索具有不利影响.

摘要： 无环索弦支穹顶结构具有抗倒塌能力强、索力均匀、稳定性好等优点,但其下部预应力索支体系的撑杆分布较密集,既影响其整体结构性能又给施工造成不便,需要跳格布置撑杆以降低撑杆密集程度。以某体育馆80m跨无环索弦支穹顶结构方案为例,提出3种跳格方案。对比原结构和3种跳格方案的用钢量、稳定性、竖向位移、拉索和撑杆内力,确定最优跳格方案;分析荷载分布模式、外荷载大小、预拉力水平和初始缺陷程度对原结构和最优跳格方案静力性能的影响规律。结果表明:去除与虚拟内环相邻的1圈撑杆为最优撑杆跳格方案;撑杆跳格位置优先选择靠近虚拟内环的撑杆,虚拟内环处的撑杆以及分布稀疏的外圈撑杆不宜跳格;本算例的最优撑杆跳格方案对结构整体刚度和结构稳定性影响不大,但跳格附近区域的结构刚度略有减弱;本算例的最优撑杆跳格方案对拉索内力无影响,但跳格导致相邻撑杆内力显著增大,不应忽略。

摘要： 景德镇游泳馆建筑造型近似椭球形,建筑内部设置比赛池和训练池两个无柱大空间,室内不吊顶,屋盖结构外露,因此对屋盖钢结构的美观性和规则性要求较高。经过多方案比选和优化,比赛池屋盖采用鱼腹形张弦梁结构,训练池屋盖采用半圈弦支穹顶结构。本文介绍了景德镇游泳馆屋盖钢结构的选型和优化过程,阐述了半圈弦支穹顶结构分析和设计的关键问题,介绍了屋盖钢结构的静动力特性、极限承载能力和关键节点构造。分析结果表明,当半圈弦支穹顶环索锚固处的结构具有足够的抗侧刚度时,索撑结构有效提高屋盖钢结构的竖向刚度,减小屋盖结构对其支承结构的水平推力。结构构件的创新布置突出建筑概念,实现结构构件建筑化。

摘要： 雪荷载分布形式对弦支穹顶结构的稳定性有重要影响.本研究分析了凯威特型弦支网壳结构在不同雪荷载分布下的非线性稳定性能,结构在最不利雪荷载布置下失稳变形过程和失稳前后撑杆及预应力索的应力变化过程.研究表明结构在雪荷载沿半跨非均匀分布时的稳定承载力最小;结构失稳过程中,随着荷载的增加,索与撑杆构件的预应力逐渐减小,到达失稳点后失稳点对应的撑杆变为倾斜状态.

摘要： 拉索作为弦支穹顶结构的主要受力构件在结构中起着至关重要的作用,确定拉索预应力水平是弦支穹顶结构设计中的关键问题.因此,提出基于影响矩阵原理的弦支穹顶拉索预应力优化方法,并针对弦支穹顶的结构非线性特性,采用等效预应力法将环索预应力等效为网壳节点荷载,对某体育馆弦支穹顶模型应用该方法以位移平方和最小、拉压应变能最小等目标进行预应力优化,从网壳整体位移、杆件轴应力、应变能三个方面对各目标优化结果对比分析.结果表明;采用基于影响矩阵原理的弦支穹顶拉索预应力确定方法进行预应力优化后各优化效果明显.综合三方面考虑,以位移平方和最小为优化目标优化得到的预应力可视为最优预应力.

摘要： 通过对228m跨度钢桁架弦支穹顶组合网壳结构分析,根据工程特点进行方案设计,选择采用吊装机具、施工顺序、胎架计算等,并对该施工方法进行可行性验算.经验算技术有效,能够保证施工的可操作性和安全稳定性.通过工程实施,该技术得到有效验证,为类似项目提供参考.

摘要： 采用线性滤波器法结合逆傅里叶变换模拟脉动风时程,以Davenport风速功率谱作为目标谱,验证模拟得到的脉动风时程的稳定性和准确性.通过引入单元气动阻尼,考虑流固耦合效应,对实际大跨弦支穹顶结构进行了风振响应时程分析,通过对结构响应变异系数的分析,在数值上量化结构位移和内力响应对脉动风荷载的敏感度,可用于进一步的结构分析或设计.分析结果表明该弦支穹顶结构为位移控制型结构,流固耦合效应对结构脉动的风振响应影响较大.对比了考虑或不考虑流固耦合效应情况下的风振系数.

摘要： 弦支穹顶结构是把单层网壳和索网体系进行复合而形成的一种高效能的大跨空间结构体系.在目前大跨体育场馆常用的百米级左右的弦支穹顶结构的基础上,本文提出了一种大开口型超大跨度弦支穹顶结构(跨度在两百米级别),详细阐述其结构布置,并通过有限元分析对其结构变形、构件内力、自振特性和稳定性等力学性能进行研究.结果表明:大开口型超大跨度弦支穹顶结构是一种技术经济指标较好,有一定的推广前景的新型空间结构体系.

摘要： 模拟植物优化算法(PGSA)是受植物生长启发而创造的一种新型的智能优化算法.其基于植物的向光性机理,在整个算法运行过程中,根据产生的所有可行解的目标函数,确定植物的形态素浓度,模拟植物根据形态素浓度大小生长的特点,使得每一次迭代的可行解逐渐向全局最优解生长.与其他智能优化算法(如遗传算法)相比,PGSA无交叉率、编码长度、编码规则等一系列复杂的参数,因此PGSA更加具有实用性.本文以跨度80m的弦支穹顶结构为例,以此验证PGSA在预应力优化中的适用性.将PGSA得到的优化结果与ANSYS进行对比后发现,前者的优化效果明显优于后者.

摘要： 天津中医药大学新建体育馆采用具有不连续支撑的弦支穹顶结构.该结构的屋面造型复杂,支撑柱不等高且为不连续支承体系,尚无可供直接参考的工程实例.结合工程结构的特点,对预应力施加方案进行了比选,最终选择径向钢拉杆张拉法进行预应力拉索施工.在结构正式张拉前,采用有限元软件进行施工全过程的模拟分析.为确保张拉过程的可控性及结构在张拉过程的安全性,结合仿真计算结果,对索力、钢结构关键部位应力、屋盖变形等指标进行了监测.监测结果与模拟分析结果符合良好,验证了预应力施加方案的可行性.本项目的实施对今后类似工程提供了有益的参考和借鉴.

摘要： 弦支穹顶结构是将柔性的张拉结构与刚性的单层网壳相结合而形成的一种新型的空间结构体系,可以更加经济合理、新颖美观地实现更大的跨度.本文详细阐述了某工程的张拉方案和施工过程进行了模拟分析,验算了结构在张拉工程中的变形和应力,提出了处理此类工程的模拟计算方法,为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考.

摘要： 弦支穹顶结构是近年发展起来的新型预应力大跨度结构,本文介绍某弦支穹顶钢结构的现场检测,并进行了振动测试,经过计算分析表明该结构增设吊挂荷载后结构整体仍处于安全状态.

摘要： 大跨空间结构是建筑发展史上最重要的结构形式之一,它不仅满足人们对大空间建筑的需求,而且提升了建筑的美感,给人们带来了丰富多彩的视觉享受.以唐山勒泰项目为工程背景,具体位置为冰场上方屋盖,网壳结构最大跨度为80m,在方案设计阶段,选定三种常用的大跨钢屋盖结构体系方案:单层网壳、索穹顶和弦支穹顶结构,分别进行了建模分析,确定结构模型本身的稳定性后进行了结构模型之间的经济性能对比.以极限承载力、最大位移值确认模型的可靠性,通过统计用钢量来衡量结构材料消耗,并综合其两个方面指标和施工成本对三种结构体系作出评价.通过分析对比,在80m跨度条件下,弦支穹顶结构既能够发挥材料强度,又能够减弱对支座的要求,同时由于刚性网壳的存在相对于索穹顶降低了施工成本,具有较大的优势,从而可以为工程的初步方案设计提供参考.

摘要： 我公司承建的山东省往平县文体中心体育馆钢结构工程由跨度108米的弦支弯顶和跨度204米的空间双曲巨型钢管拱两部分连接而成，共同受力，该类型的结构在国内绝无仅有。在该工程的施工中，采用了“格柱环网”新型支撑体系安装单层网壳，支撑体系还作为下部预应力构件安装平台，取得了良好的效果。本文对运用格柱环网新型支撑体系安装单层网壳的工艺和方法进行了总结，以便借鉴参考。

摘要： 本发明公开了一种适用于方形边界的弦支穹顶结构及其计算方法，弦支穹顶结构包含上弦单层网壳与下弦索杆结构，下弦索杆结构包含竖向撑杆、径向斜拉索和环向拉索，其分析过程包含求解竖向荷载需求、环向拉索与径向斜拉索的角度、根据环向拉索和径向斜拉索角度生成网格、迭代网格形态、计算环向拉索预应力等过程，本发明在穹顶初始形态的基础上，由上部荷载推导出理想的竖向撑杆支承力，进而推导出新的索杆形态和对应的上弦网格形态，再对新形态重复求解以上过程，迭代数次即可得到理想的穹顶形态。优点是：填补了方形边界采用弦支穹顶的空白，提出一种通过修正环向拉索角度生成环向拉索等内力弦支穹顶的显式解法，所得弦支穹顶结构受力性能理想。

摘要： 本发明公开了一种零弯矩等轴力弦支穹顶结构及其计算方法，弦支穹顶结构包含上弦单层网壳与下弦索杆结构，下弦索杆结构包含竖向撑杆，径向拉索和环向拉索，其分析过程包含求解理想变形，建立有限元模型、节点目标荷载计算、撑杆高度与钢索预应力大小计算等过程，本发明计算方法是将下弦索杆结构对上弦单层网壳的作用等效为外荷载，通过使节点的等效外荷载与上弦单层网壳在零弯矩等轴力的理想变形下的节点目标荷载相一致来求解撑杆高度与钢索预应力大小。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：计算效率高，过程简单，所得弦支穹顶结构位移、内力可控，网壳杆件适合进行规格化生产，受力性能好，结构用钢量较传统方法大大减少。

摘要： 本发明公开了一种模拟弦支穹顶结构施加预应力的方法，所述的弦支穹顶结构包括上部单层网格和下部索杆体系，所述下部索杆体系包括竖向撑杆、径向拉索以及环向拉索，其找力分析过程包括建立有限元模型、预应力值设定、非线性计算求解、误差比较、利用Halley迭代法计算应变、更新模型再计算等过程。本发明采用Halley迭代法具有三阶收敛速度，迭代次数少，收敛速度快。

摘要： 本发明提出了一种弦支穹顶网格结构施工方法，其步骤如下：S1，根据施工图纸预埋柱脚锚栓；S2，吊装钢柱；S3，钢柱吊装完成后，根据钢柱安装位置进行安装钢柱支撑；S4，根据钢柱位置以及钢柱支撑位置进行安装支撑格构柱；S5，搭设满堂脚手架操作平台；S6，进行屋盖安装；S7，空中分段处管构件对接安装；S8，进行拉索安装和预应力张拉；S9，进行防腐和防火涂装。本发明通过增加格构柱支撑，对结构分片吊装，根据弦支结构特点分两级张拉，大大减少了传统繁琐的施工工序，搭设满堂支撑体系和搭建操作平台，增加施工可操作性和安全性，达到高空质量的有效控制。

摘要： 本发明提供一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，借鉴超大跨径飞燕式桁架拱桥的悬臂拼装施工技术，利用单叶双曲面直纹面状变截面钢管制作的飞燕式桁架拱，代替单层网壳，可增强弦支穹顶结构的承载力和稳定性，降低施工难度。采用径向缆索、环向缆索、环外锚固索和竖向撑杆构成蛛网状穹支缆索体系，采用柱上刚性拱、马鞍抛物面空间缆索、曲形吊梁、斜吊杆、尾部平衡缆索和竖向撑杆构成马鞍抛物面空间缆索体系，二套自平衡缆索结构体系协同工作，优势互补。屋面拱形支架、桁架式檩条和花瓣形屋面壳构成花瓣状拱壳屋面，造型美观。本发明具有悬臂拼装施工方便、承载力高和结构稳定性好等优点，可建造200～300米超大跨径的弦支穹顶结构。

摘要： 本发明公开了一种弦支穹顶和索穹顶组合穹顶，包括弦支穹顶和索穹顶，弦支穹顶在外，索穹顶在内，索穹顶的最外圈斜索和脊索和弦支穹顶的最内圈环向的刚性杆件相连。弦支穹顶的整体平面投影为圆环形，其上部为刚性杆件组成的单层网壳，下部为斜索、环索和撑杆组成的索杆体系。索穹顶的整体平面投影为圆形，由斜索、环索、脊索和撑杆组成。本发明提出的组合穹顶，充分发挥了弦支穹顶和索穹顶的优点，避免了两者的缺点，力学性能好，整体用钢量和支座反力小，所需拉索截面和预应力小，施工张拉方便。

摘要： 本发明提供了一种弦支穹顶结构及其施工方法，弦支穹顶结构包括若干支柱、若干径向梁、外封边梁、内封边梁、第一圈梁、第二圈梁、第一环索、第二环索、若干第一撑杆及若干第二撑杆，通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；同时通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界，整个结构受力合理且经济性好。在弦支穹顶结构的施工方法中，在预应力张拉完成后再安装封边梁，避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩。

摘要： 本实用新型提供了一种弦支穹顶结构，包括若干支柱、若干径向梁、外封边梁、内封边梁、第一圈梁、第二圈梁、第一环索、第二环索、若干第一撑杆及若干第二撑杆，通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；同时通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界，整个结构受力合理且经济性好。在弦支穹顶结构的施工方法中，预应力张拉完成后再安装封边梁，避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩。

摘要： 本申请涉及一种弦支穹顶用稳固吊索具，属于穹顶吊装的领域，其包括过渡梁以及吊索，吊索与过渡梁进行连接，吊索远离过渡梁的一端设置有穹顶，穹顶上设置有多个吊耳，吊耳围绕穹顶圆周环绕设置，且吊耳设置有多排，每根吊索分别与吊耳进行连接。本申请具有提高穹顶连接稳定性的效果。

摘要： 本实用新型公开了一种基于弦支穹顶屋盖系统的提升平台架，属于建设工程领域。本实用新型包括支腿、卡座和台座，台座位于支腿的顶部一侧并延伸与支腿形成L形分布，卡座位于支腿的另外一侧，且卡座的高度低于支腿的高度，卡座的顶部和支腿的顶部之间通过斜向支架连接，卡座内开设有贯通厚度的安装腔。本实用新型克服现有技术中弦支穹顶结构安装困难的不足，拟提供一种基于弦支穹顶屋盖系统的提升平台架，可用于场馆屋盖钢结构的提升支撑平台，有助于解决钢结构的吊装难题。