索穹顶结构截面和预应力优化设计

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盖格体系索穹顶静力特性分析及体系改进

向：建筑结构设计。Ｅｍｉ７９３３４ｑｃｍ。－ａｌ１６５６＠ｑ．ｏ：
１２初始预应力的确定］．
采用文献３中提供的计算方法进行计算，计算
郭远翔，：等盖格体系索穹顶静力特性分析及体系改进
结果如表２所示。
表２各构件初始预应力及截面面积
第１１卷
第３期１
２１年１０１１月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ０１Ｎｏ３Ｎｏ．２１Ｌ１．１ｖ０１
１７一１１（０１３ —８６０６ｌ８５２１）１７１— ５
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｎｉｅｒｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｇｎｅｉｎ
顶、利维体系索穹顶以及凯威特体系索穹顶三种
形式，。
盖格体系索穹顶，也可称为肋环型网格索穹顶，是一种轴对称结构体系，由脊索、环索、索和斜
竖向压杆构成，与外环梁一起组成自平衡结构。并
盖格体系索穹顶可以分为不设内拉环和设有内拉
静力特性
体系改进Ａ
劲性索
中图法分类号
文献标志码
索穹顶结构（ａｌＤｍ）属于张拉整体体系。Ｃｂｏｅ，ｅ
根据索穹顶结构的组成形式可分为：盖格体系索穹
脊索、环索和斜索为索，弹性模量为１８×１ＭＰ，．０ａ线膨胀系数为１２×１～／Ｃ。．０￣
：坐标／０ｍ

预应力网壳-索穹顶结构动力性能分析

孙
可等：预应力网壳一索穹顶结构动力性能分析
５９
个结构的内力重新分布。对于撑杆施加适当大小的预应
力，可以使网壳的节点位移发生改变，导致柔性单元的内力
变化，而提高或者降低整个网壳的刚度。从文中分别分析了整个网壳在升温３０３５３０３５０、２、５、７、
５８
低
温建
筑
技
术
２１年第１期（００１总第１９４期）
预应力网壳一索穹顶结构动力性能分析
孙可，刘晚成
１０４）￥００（东北林业大学土木工程学院。哈尔滨
【摘
要】对预应力网壳一穹顶组合结构进行动力特性研究。利用ＡＳＳ有限元分析软件，用ＬＮ８索ＮＹ选ＩＫ
４０Ｃ时产生的预应力对于整个结构自振频率的影响。网壳０￣
在不同预应力下的基频如表１示。所表１不同预应力下结构的基频
图３不同外荷载下结构前１阶自振频率分布Ｏ
和ＬＮＩＩＫＯ单元建立有限元模型，采用分块ＢｏｋＬｎｚ￥ｌａｃｏ法对自平衡预应力网壳一索穹顶组合结构进行模态分ｃ析。通过模态分析得到预应力网壳一穹顶组合结构的自震频率和在外荷载作用下的结构自振频率，索以及结构的振型图。由于预应力网壳一索穹顶组合结构有多个对称轴，以出现多个相近的频率对，所振型图中也出现多个
模型中采用ＬＮ８单元模拟；构下部网壳中的预应力柔ＩＫ结

Geiger型索穹顶结构设计施工一体化研究20150518

第十五届全国现代结构工程学术研讨会*中国电子工程设计院2014年度科研业务建设资助项目作者简介：张相勇（1976-），博士，高级工程师，一级注册结构工程师，注册咨询工程师（投资），yongzx@ 。

Geiger 型索穹顶结构设计施工一体化研究张相勇朱朵娥(中国电子工程设计院，北京100142)摘要：本文以唐山勒泰中心项目中Geiger 型索穹顶结构为研究对象，对Geiger 型索穹顶在结构形态、静力弹性性能、动力性能、施工过程分析及施工工艺等方面进行较为全面的研究。

采用ANSYS 分析软件，建立结构有限元模型，分析在各个工况下结构的内力及变形情况、对结构各荷载态相对于初始态（预应力态）的内力变化进行分析对比、对模型前15阶振型进行分析、同时对索穹顶的张拉施工过程进行分析并对施工工艺流程进行研究。

研究内容对该类Geiger 型索穹顶结构设计及施工具有一定的指导意义;也为其它类型索穹顶工程提供参考，具有较重要的理论和实践意义。

关键词：索穹顶；静力弹性性能分析；模态分析；施工过程分析；施工工艺一、工程概况随着我国经济的持续发展，以及国家在工业、文化、体育、展览等各方面事业的不断进步，人们对于空间结构的跨度、造型要求越来越高。

同时，社会生活的需求驱动和人类自身的求知精神让全世界空间结构领域的学者和工程师们不断的探索和进取，使得空间结构今后向着跨度大、质量轻的方向发展，这种发展趋势要求在保证结构安全可靠的前提下，尽可能的降低结构自重；而降低结构自重的关键途径就是截面尽可能小、结构使用效率尽可能高。

Geiger 型索穹顶结构就是这样一种轻巧、美观、结构效率极高的结构形式[1]，而索穹顶结构也因此被称为21世纪结构工程领域最有魅力的结构体系。

唐山勒泰中心项目的Geiger 型索穹顶屋盖，直径60m ，建筑平面呈圆形；整个结构由索穹顶屋盖、外围钢桁架及支承钢桁架的树状柱三部分组成，索穹顶结构上面覆盖PTFE 膜材。

大跨度弦支穹顶预应力拉索施工要求方案

再安装环索
安
装
径
向
钢
步骤二：撑杆下节
拉
点安装
杆
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司预应力工程公司
16
弦支穹顶撑杆吊装
弦支穹顶环索吊装
弦支穹顶环索在楼面放索
弦支穹顶径向索、环向索安装完成
二、拉索施工的创新
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司预应力工程公司
21
1 选择36根径向索同步张拉
（1）弦支穹顶体系中的径向索、环索及撑杆为一有机整体，索力与撑杆轴力是密切相关的，相互影响、互为依托。因此拉索
张拉方法有：撑杆调节法、环向索张拉法和径向索张拉法。
武汉体育馆
常州体育馆
济南体育馆
（2）经反复对比，济南奥体中心体育馆采用36根径向索同步张拉技术。
东南大学土木工程学院东南施大学工土木研工究程学所院施工研究所南京南东京大东大现现代代预应力工程公司预应力工程公司
29
现场采用发明的张拉设备
现场张拉施工图片
3 创新实施三大调整技术
（1）制索的大容差技术由于索体制造、网壳节点安装误差的存在，施工过程中的环索索长和径向刚拉杆长度与设计图尺寸有差异，在环索索头以及径向拉杆的设计过程中设置了比较大的调节余量，以便根据实际长度对索长进行调整；（2）虚实结合技术(找力找形结合技术）张拉方案的确定采用虚拟张拉计算，确定理论施工张拉力以及张拉时撑杆偏摆量。实际拉索安装和张拉时，在计算分析的基础上，对拉索进行预紧，施工过程控制和目标控制；对撑杆垂直度，利用挂垂线测量法进行过程和目标控制。

索穹顶结构预应力施工工法

索穹顶结构预应力施工工法索穹顶结构预应力施工工法一、前言索穹顶结构预应力施工工法是一种常用于大跨度建筑物的施工工法，通过预先施加预应力力量，将结构内部的张力均匀分布，提高结构的稳定性和承载能力。

二、工法特点1. 高强度：预应力力量使结构内部产生的挠度和变形减小，提高了结构的刚度和承载能力。

2. 经济高效：通过预应力施工工法，可以减少建筑材料的使用量，提高施工效率，降低维修和维护成本。

3. 良好的空间性能：索穹顶结构可以实现大跨度无柱化设计，提供宽敞的空间，满足复杂建筑设计需求。

三、适应范围索穹顶结构预应力施工工法适用于建筑物、桥梁、体育馆、机场航站楼等大跨度结构的建设。

四、工艺原理1. 施工工法与实际工程之间的联系：索穹顶结构预应力施工工法是基于预应力技术的，通过将预应力钢束或预应力索穿过结构，然后将其预拉或预张，将结构产生的应力导向理想的位置，以提高结构的稳定性和承载能力。

该工法通过预应力的设定和施加，使结构内部的应力趋于均衡，从而提高结构的整体性能。

2. 采取的技术措施：在索穹顶结构预应力施工工法中，采取了以下技术措施来保证工法的成功实施：（1）合理选择预应力承载构件和预应力钢束或索的材质和规格。

（2）确定适当的预应力设计参数和施工工艺，确保结构可以承受设计荷载和外部环境的影响。

（3）进行预应力张拉和锚固作业时，严格控制预应力力量的施加和保持条件，确保施工质量和结构性能的稳定。

五、施工工艺索穹顶结构预应力施工工法主要包括以下施工阶段：1. 工程准备：进行现场准备工作，包括场地平整、设备布置与调试等。

2. 预应力构件制作：根据设计要求，制作预应力构件，包括预应力钢束或预应力索的加工与制作。

3. 预应力构件布设：根据结构设计，将预应力构件布置在结构内部，并进行固定。

4. 预应力张拉：使用专业设备进行预应力张拉作业，将预应力钢束或预应力索施加预拉力。

5. 预应力锚固：将预应力钢束或预应力索的两端锚固在结构中，确保预应力力量的稳定传递。

弦支穹顶结构预应力优化方法

弦支穹顶结构预应力优化方法摘要：初始预应力的分布方式是影响弦支穹顶结构整体性能的关键。

以预应力平衡态下，弦支穹顶结构竖向撑杆的内力能最大程度地抵消其上节点的等效节点荷载为优化目标来确定结构的初始预应力。

采用APDL语言在通用有限元软件ANSYS中实现该优化过程，通过改变环向拉索的初始预张力来调整预应力平衡态下撑杆的内力，经过反复迭代实现优化目标。

优化算例的结果表明，该优化方法迭代计算效率高、优化效果好、概念清晰、易于实现，具有良好的应用前景。

关键词：弦支穹顶；初始预应力分布；预应力优化方法；ANSYS 0 引言自1993年由日本法政大学教授川口卫提出以来，弦支穹顶结构在工程界(特别是近年在国内)得到了广泛的应用，文献[1]总结了现有的工程实例资料。

弦支穹顶结构在单层网壳下部布置索杆体系形成一种预应力复合结构体系，改变了结构的传力路径，解决了单层网壳面外刚度较小、对初始缺陷敏感、结构承载力由整体稳定性控制的缺点。

通过张拉拉索等方式在结构体系内施加预应力能够调整结构的内力分布、降低杆件的内力幅值、提高整体受力性能，从而使得结构能够跨越更大的跨度。

同时，径向拉索中的预张力可以抵消部分上部网壳在支座处产生的水平推力，减小结构体系对支承构件的依赖程度。

所以，预应力的分布方式是影响弦支穹顶结构整体力学性能的关键。

目前采用的弦支穹顶预应力优化方法大都基于两项优化目标：1)网壳杆件的轴力峰值最小；2)支座的水平反力最小。

文献[2]中采用的试算方法思路最简单，但计算效率和优化效果较差。

陈志华等提出的基于力学平衡原理的预应力优化方法应用简单，但优化效果一般[3]。

张明山、董石麟等基于平衡矩阵理论提出的局部分析法假定上部单层网壳为刚体，通过计算下部索杆体系的子应力模态和机构位移模态确定初始预应力的分布，并在济南奥体中心体育馆设计中得到应用[4]。

随着有限元软件的普及，研究者们开始使用有限元软件ANSYS的优化模块对弦支穹顶结构预应力分布进行优化，陈志华等通过该方法实现了单一的设计优化目标[5]，张明山等采用遗传算法的思路，对弦支穹顶结构进行了二级优化，但两级优化结果互相影响，无法同时达到最优[6]。

索穹顶结构的预应力设计方法

Ｋｅｗｏｒｙｄｓ：ｃｂｅｄｍｅｐｓｒｓｅｉｆｒｅｄｎｉｔｏｈｍｏｅｅｕｉｅｒｅｕｔｎｓｔａｌｏｒｔｓｄｓｇｅｅｎｏｃｅｓｔｍｅｈｙｄｏｇｎｏｓｌｎａｑａｉｅｏ
ｔｅＦｒｅＤｅｓｔｔｏｒｍｅｂａｅｓｒｃｕｅ．ｈｅｉａｉｎｃｎｂｉｐｉｅａｅｎｔｅｓｍｍｅ￣ｏｈｔｃｕｅ．ｅｒｓｔｏｈｈｏｃｎｉＭｅｈｙｄｆｍｒｎｔｔｒＴｅｄｒｖｔａｅｓｍｌｉｄｂｓｄｏｈｙｏｕｏｆｔｆｔｅｓｒｔｒＴｅｕｌｆｔｅｕｈｐｅｔｅｓｄｓｇｓａｔａｌｈｏｕｉｎｓａｅｏｏｇｎｏｓｌｅｒｅｕｔｎｓｔＡｙｉａａｌｏｓａａｙｅｎｈｒｓｒｓａｕｒｓｒｓｅｉｉｃｕｙｔｅｓｌｔｏｐｃｆａｈｍｏｅｅｕｉａｑａｉｅ．ｔｐｃｃｂｅｄｍｅｗａｎｌｓｄａｄｔｅｐｅｔｅｓｖｅｎｌｎｏｌｌｗｓｃｍｐｔｄｗｉｈｓｍｅｈ．ａｏｕｅｔｔｉｈｔｏｄ
ｂｓｄｏＵＣＳｒｓｅｓｄｓｇＡｔｏｆｐｅｔｅｓｄｓｏａｌｄｍｅｉｒｓｎｅｅｅ．ｈｒｎｉｌｆｔｅｍｅｈｄｉｓｍｉｒｔａｅｎａＳＣＥＳｐｅｔｓｅｉｎ．ｍｅｈｄｏｒｓｓｅｉｆｒｃｂｅｏｓｐｅｅｔｄｈｒＴｅｐｉｃｐｅｏｈｔｏｓｉｌｏｒｒｎｇａ

索穹顶结构模拟施工预应力设计的研究

索穹顶结构模拟施工预应力设计的研究文章通过引用索穹顶结构初始预应力设计和理想预应力设计理论，提出了得到平衡、对称且随机的模拟施工预应力设计方法-同类杆非对称叠加法，并编制了相应的计算程序，进行算例分析。

通过调整多余杆的初始预应力值，得到不同差异程度的多组施工预应力模拟值。

所得到的模拟值可作为预应力水平评估数据。

标签：索穹顶结构；同类杆；非对称叠加；模拟施工预应力引言本文主要针对levy式索穹顶，研究了施工预应力水平的不均匀性，利用非对称叠加原理与设计预应力值组合，形成相对理想预应力存在不同差异程度的模拟施工预应力，并编制了相应的计算机程序，进行算例分析。

通过控制多余杆初始预应力值的输入，得到多组不同均值、方差的模拟值。

1 模拟施工预应力设计方法本文所设计的模拟施工预应力，是在结构初始预应力设计及理想预应力设计完成的基础上进行的，所以首先介绍初始预应力设计及理想预应力设计部分。

1.1 初始预应力设计理论索穹顶结构的平衡方程为（1）将[A]化为阶梯矩阵如下形式：考虑体系的自应力模态时取荷载向量{P}={0}，对该方程移项变化为（2）便得到了用多余杆轴力来表示非多余杆轴力的方程，通过对多余杆加预应力来给整体结构加预应力。

1.2 理想预应力设计理论理想预应力状态的标准主要体现在以下几个方面：1.2.1 要保证张拉整体结构在正常工作条件下所有的不能松弛，即在使用荷载作用下索中产生的内力不能为负值。

1.2.2 要使所施加的預应力状态能保证结构的几何形状。

1.2.3 在满足上述条件的情况下，使预应力水平最低。

1.3 模拟施工预应力设计理论设计模拟施工预应力时，要求各杆件的预应力值不完全相同，同时在每一节点又满足力的平衡条件。

本文提出同类杆非对称叠加法进行模拟施工预应力设计。

下面，对应图1介绍该方法，图中圆圈内的杆号为上层索，三角内的杆号为下层索，节点编号带有括号的为压杆下端节点。

1.3.1 如图示索穹顶结构，根据上文所讲的化平衡矩阵为阶梯行，求出该体系的多余杆件为31、32、56、57、59、60、61、62、63、64、65共计11个杆。

多整体自应力模态索穹顶结构优化设计

多整体自应力模态索穹顶结构优化设计多整体自应力模态索穹顶结构优化设计一、引言随着现代建筑技术的不断发展和进步，越来越多的建筑采用了新型的结构形式，其中索穹顶结构是一种十分流行的设计方案。

索穹顶结构具有较高的刚度和稳定性，能够满足大跨度建筑的要求。

但是，在实际应用中，由于结构本身的特殊性质以及外部荷载等因素的影响，索穹顶结构存在着一些问题。

因此，对其进行优化设计显得尤为重要。

二、索穹顶结构简介1. 索穹顶结构定义索穹顶结构是指由多根钢缆拱形成一个空间网格系统，在其上覆盖上透光材料或其他材料所形成的一种轻型空间桁架系统。

2. 索穹顶结构特点（1）具有较高的自重比；（2）具有较好的刚度和稳定性；（3）施工方便，安装快速；（4）适用于大跨度场馆、体育馆等建筑。

三、多整体自应力模态优化设计1. 多整体自应力模态概念多整体自应力模态是指通过对结构进行优化设计，使其在受到外部荷载作用时，能够以较小的变形和应力响应来承受荷载的能力。

2. 多整体自应力模态索穹顶结构优化设计步骤（1）确定结构目标和限制条件；（2）建立索穹顶结构的有限元模型；（3）对有限元模型进行分析，计算出其初始状态下的变形和应力分布；（4）对模型进行优化设计，通过改变材料、几何形状等参数，使得结构在承受荷载时具有更好的性能；（5）再次对优化后的结构进行有限元分析，验证其可行性和效果。

四、案例分析以某大型体育馆为例，该建筑采用了索穹顶结构。

在实际使用中，由于外部环境因素以及人员活动等原因，该建筑存在着一些问题。

经过多整体自应力模态优化设计后，该建筑的稳定性得到了极大提升，在安全性、可靠性等方面都取得了显著进展。

五、总结与展望多整体自应力模态索穹顶结构优化设计是一种有效的方法，能够提高建筑的稳定性和可靠性。

未来，随着科技的不断发展和进步，该方法将得到更广泛的应用，并在实践中不断完善和优化。

索穹顶结构预应力施工工法(2)

索穹顶结构预应力施工工法索穹顶结构预应力施工工法一、前言索穹顶结构是一种具有特殊形状的建筑结构，常见于体育场馆、会展中心等大型建筑物中。

为了提高索穹顶结构的抗风能力和稳定性，在施工过程中采用预应力技术，对索穹顶进行施工工法的研究和设计。

二、工法特点索穹顶结构预应力施工工法具有以下特点：1. 索穹顶结构预应力施工工法具有施工速度快、经济实用、施工质量高等优点；2. 通过预应力技术，将索穹顶底部与支撑墙体相连接，增强了索穹顶的整体稳定性和抗风能力；3. 具有优异的空间承载能力，可以承受较大风荷载和自重荷载；4. 结构稳定性好，可以较好地抵抗地震和其他外力的影响。

三、适应范围索穹顶结构预应力施工工法适用于各种类型的大型建筑，特别适用于体育场馆、会展中心、大型剧院等大跨度、大空间的建筑。

四、工艺原理索穹顶结构预应力施工工法基于预应力技术和结构设计原理，通过在施工过程中施加张拉力，将索穹顶与支撑墙体相连接，增强其整体稳定性和抗风能力。

施工过程中采取的技术措施包括：1. 预应力张拉：在索穹顶的底部预埋钢索，通过张拉设备对钢索进行张拉，使索穹顶与支撑墙体建立紧密的连接；2. 支撑结构：设置临时支撑结构，确保施工过程中索穹顶的稳定性和安全性；3. 精确测量：通过精确测量技术，控制索穹顶的形状和尺寸，保证施工质量。

五、施工工艺索穹顶结构预应力施工工法分为以下施工阶段：1. 基础施工：按照设计要求进行基础开挖和混凝土浇筑；2. 钢筋安装：根据设计图纸，在基础上安装钢筋骨架，确保结构的强度和稳定性；3. 预应力施工：在索穹顶底部预埋钢索，通过张拉设备对钢索进行张拉，形成预应力；4. 混凝土浇筑：将混凝土浇筑至索穹顶结构内部，形成整体结构；5.后期加固：根据需要，进行后期加固和维护工作。

六、劳动组织在索穹顶结构预应力施工过程中，需要组织以下劳动力：1. 现场经理：负责协调施工进度和安排工作任务；2. 工程师：负责技术指导和施工方案的制定；3. 钢筋工：负责钢筋安装和焊接工作；4. 泥水工：负责混凝土浇筑和维护；5. 预应力工：负责预应力张拉设备的操作和维护；6. 工地安全员：负责工地安全管理和事故预防。

新型索杆张力穹顶结构形态分析及力学性能研究-陆金钰.

前20阶自振频率
f (Hz) = [3.7356, 3.7357, 4.0665, 4.0665, 7.7179, 8.3871, 8.3871, 10.787, 10.787, 11.671, 11.671, 11.896, 13.257, 14.141, 14.141, 15.191, 15.191, 16.825, 16.826, 19.052]T
√ βTGTUmβ0
第十五届空间结构学术会议
单元拼装
3. 环形张拉整体结构
×12
俯视图
轴测图
局部坐标
xE0
12tancos
n
x A 0 1 ta n cn o ta s n z n A 0 si n y A 0 co s
xE xE0
xxA A 0
yyA A 0
zzA A 0
张拉整体: “由一组离散的受压构件与一套连续受拉构件组成的稳
定自平衡结构体系。”
三棱柱
截顶四面体
应用: 目前主要应用于建筑和艺术领域
四棱柱
三棱柱
拱形
塔形
雕塑
第十五届空间结构学术会议
1.引言
索穹顶:“一种支承于周边受压环梁上的张力集成或全张力空间结构体
系。” (Geiger, 1986)
混凝土环梁及钢桁架环梁
可行预应力
初始预应力及协同找形后的初始预应力
参数：
截面积：
环形张拉整体：8.243×10-3m2（杆）; 1.924×10-3m2（索）索穹顶：4.155×10-4m2（杆）; 2.886×10-4m2（索）
弹性模量： 2.06×105Mpa （杆）; 1.95×105Mpa （索）压杆屈服强度： 360Mpa 拉索极限强度： 1670Mpa

Kiewitt型索穹顶结构找力优化及索杆破断研究

Kiewitt型索穹顶结构找力优化及索杆破断研究索穹顶是一种结构效率极高的自平衡张力结构体系,目前已成为工程研究和应用的热点之一。

本文对Kiewitt型索穹顶的找力分析方法、预应力优化和索杆破断等问题进行了研究,主要工作如下:(1)对多整体自应力模态的Kiewitt型索穹顶结构的找力分析方法进行研究,并对单整体自应力模态索穹顶结构找力分析的比值更新法进行改进,应用最小二乘的误差分析方法对该找力方法相对于奇异值分解法的模态的误差进行评估。

研究表明:相比于奇异值分解法,比值更新法得出的自应力模态均整体可行,力学意义明确,且所得的结果误差小、精度高,由此验证了该方法的适用性;不考虑自重与考虑自重的找力分析结果相差较大,工程实践中,可采用考虑自重的附加预应力分布进行考量。

(2)对不同预应力水平、活载半跨分布和索松弛等影响因素进行合理性分析,以结构初始应变能最小为预应力优化的目标函数,并以原索松弛约束条件,对基本遗传算法和基于分组排挤机制的小生境遗传算法的优化结果进行对比分析。

在此基础上,提出了改进的索松弛约束条件。

结果表明:提高预应力水平对结构刚度的提升效果不明显,半跨活载对结构非中心部位的节点竖向位移更不利,全跨活载作用下的中心部位脊索较易松弛;相比于基本遗传算法,小生境遗传算法的优化结果更好、具有更强的局部搜索能力;为有效控制拉索在荷载态下不致松弛,在优化过程中对索段跨中垂度进行适当限制可保证结构的安全性和正常使用的相关要求。

(3)采用瞬态动力分析方法,对结构进行了局部索杆破断分析,探讨了局部索杆破断对其余索杆内力、支座反力和最大节点竖向位移的影响,揭示不同索杆单独破断的结构破坏机理,并对竖向荷载作用下索杆破断的破坏形态进行了分类,验证了基于应变能的敏感性指标对索杆连锁破断情形的适用性。

研究表明:仅考虑索杆破断后平衡态的索杆内力和支座反力,而忽略振动过程的放大效应,其结果偏不安全;仅自重作用下,中心撑杆和外圈环索的单独破断会导致大范围的拉索松弛;全跨活载作用下,外环索的单独破断会造成结构的整体坍塌,少数撑杆的单独破断会造成结构的局部坍塌。

索穹顶结构新型设计方法研究

Abstract： The load characteristics were not considered in form finding analysis of cable domes in traditional cable dome analysis，and also the form finding analysis were rarely considered in the optimization design． This paper proposed a new method which combines the form analysis and structural optimization in the design process． By taking the combination coefficients of selfstress mode，structural parameters，and the form parameters as design variables， and selecting structural requirements and economic targets as the multiobjective functions，an optimal models was established． Genetic Algorithm was applied to the double iteration analysis of form finding and structural optimal design． In the procedure of optimization，multidisciplinary design optimization platform iSIGHT was utilized，with calling for finite element analytical software ANSYS and the MTALAB form finding program． In the process of multiobjectives optimization，the influence of structure weight and expected loads on the geometry shape could be taken into account ； hence，the design results can meet both demands of structural optimization and form finding． Finally，a Geiger type cable dome design was analyzed as an example． The design results show that the new design method can ensure the geometry shape which architects demand while satisfying the structural behavior． At the same time，the obtained prestress distribution may also improve the economical index and the mechanical behavior． Keywords： new design method； cable dome； multiobjective optimization； form finding analysis； structural demand 属空间预应力结构体系，由一组离散受压构件与一套连续受拉单元所组成。它耗能少、效率高、造型美观、经济性能良好，一经问世便得到工程界的极大关注。目前国内外学者虽然对索穹顶结构进行了大量

索承网壳结构截面和预应力的优化设计研究

索承网壳结构截面和预应力的优化设计研究
李永梅;张毅刚
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】2007(37)2
【摘要】探讨了以预应力和截面尺寸为设计变量的索承网壳结构截面面积与索力同时优化的设计问题。

建立了该结构优化设计的数学模型,采用分层优化算法进行求解。

第一层以预应力为设计变量,采用基于连续变量的复形法求解;第二层以截面面积为设计变量,采用改进的离散变量两级优化方法求解。

算例表明,方法具有较好的计算效率和收敛性,可供索拱结构、张弦梁结构等空间杂交索结构体系的优化设计借鉴。

【总页数】3页(P40-42)
【关键词】索承网壳;分层优化法;构件截面;预应力
【作者】李永梅;张毅刚
【作者单位】北京工业大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
【相关文献】
1.大跨度椭球形索承单层网壳结构设计研究与应用 [J],
2.索承网壳结构工程设计实用计算方法的研究 [J], 李永梅;赵金鑫;李雪松;张毅刚
3.索承网壳结构的截面优化 [J], 李永梅;张毅刚;李雪松
4.拉索预应力网壳结构的优化设计 [J], 周学军;王建明;刘锡良
5.改进的复形法与索承网壳结构的索力优化 [J], 李永梅;杨庆山;张毅刚
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大跨度空间索穹顶结构的现状与发展趋势

大跨度空间索穹顶结构的现状与发展趋势摘要：索穹顶结构随着不断的工程应用而不断的走向成熟，全文回顾了索穹顶结构的发展与组成特性以及分类，并且以目前中国大陆的三个索穹顶结构为例，展示了索穹顶结构的工程应用。

全文论述了大跨空间索穹顶结构在设计与施工中要解决的关键问题，最后对索穹顶结构的未来发展进行了展望。

关键词：索穹顶结构、工程应用、设计、施工1前言索穹顶结构自20世纪80年代开始风靡全球，是美国工程师盖格尔发展和推广富勒张拉整体结构思想后实现的一种大跨空间结构，并在汉城奥运会的体操馆和击剑馆得以首次应用，随后在伊利诺斯州立大学的红鸟体育场、佛罗里达州的太阳海岸穹顶、亚特兰大奥运会的主体育馆的佐治亚穹顶和中国台湾桃园体育场的成功应用使索穹顶结构迅速发展，在结构设计和施工方法上都取得了极大进步。

索穹顶结构采用高强钢索作为主要受力构件，配合使用轴心受力杆件，巧妙的张拉成穹顶结构。

该结构由径向拉索、环索、压杆、内拉环和外拉环组成，其平面可建成圆形、椭圆形或其他结构。

索穹顶结构的特点十分突出，主要表现在以下方面[1][2]：全张力状态，让压力成为海洋中的孤岛，由始终处于张力状态的索段构成穹顶；与形状有关，索穹顶的工作机理和能力依赖于自身的形状；预应力提供刚度，结构几乎不存在自然刚度，结构的形状、刚度与预应力分布和预应力值密切相关；自支撑体系，索穹顶可以分解为三个功能迥异的部分，包含索系、桅杆及箍索，索系支承于桅杆之上，索系和桅杆互锁；自平衡，在载荷态，桅杆下端的环索和支承结构中的钢筋混凝土环梁或环形立体钢网架均是自平衡构件；与施工方法和过程有关，索穹顶的成形过程就是施工过程；非保守结构，结构在加载后，结构产生变形，结构刚度发生变化，当卸载后，结构无法恢复到原来的形状和位置，刚度也无法回到初始状态；造型优美；造价低；施工速度快，结构所用的钢索、压杆、节点锚具及外压环梁均可在工厂中生产成形，可以节约施工场地并能加快工程进度。

一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法——预载回弹法

一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法——预载回弹法引言索穹顶结构因其独特的形态和良好的结构性能，在现代建筑设计中得到了广泛的应用。

其中，预应力技术是索穹顶结构中不可或缺的一部分，可以提高结构的承载能力和稳定性。

为了保证索穹顶结构的安全和稳定，预应力系统的预应力水平必须得到严格控制。

传统的预应力预设法对预应力预设算量的控制存在困难，而普遍采用的预应力均匀附加法又存在浪费预应力资源的问题。

本文提出一种新的方法——预载回弹法，利用材料的弹性回弹特性，可准确计算预应力预设算量，避免了预应力资源的浪费，适用于索穹顶结构的初次预应力预设。

正文一、预应力预设的现状在设计索穹顶结构时，预应力预设是非常重要的一步。

传统的预应力预设法是通过对结构受力进行分析，得出预应力大小和施工的预应力位置。

但这种方法存在的问题是，对预应力算量的控制不够精确，往往会出现预应力过多或过少的情况，从而导致结构的安全性和稳定性降低。

此外，传统的预应力预设法在计算施工位置时，因为无法考虑材料弹性回弹的影响，导致预应力位置与结构实际受力位置存在误差。

为解决这个问题，普遍采用的方法是预应力均匀附加法。

这种方法是将预应力均匀附加在整个结构中，以确保结构整体承载能力和稳定性。

但遗憾的是，这种方法会浪费预应力资源，增加预应力的使用成本。

因此，需要一种新的方法来准确计算预应力预设算量，避免预应力资源的浪费。

二、预载回弹法的基本原理预载回弹法是利用材料的弹性回弹特性，准确计算预应力预设算量的方法。

在应用预载回弹法时，需要先确定结构的受力情况和预应力筋的数量，然后将一定大小的预应力施加于预应力筋上，使结构发生一定的弹性变形。

此时，预应力筋的预应力被部分转移至结构中，从而使结构存在了一定的混凝土初始预应力。

然后，通过测量结构的回弹值，计算出初始预应力的大小和分布，即可得到准确的预应力预设算量。

该方法不仅准确可靠，而且可以有效利用预应力资源，降低使用成本，得到广泛的应用。