索穹顶和弦支穹顶结构在我国的应用

索穹顶和弦支穹顶结构在我国的应用

摘要：本文主要就索穹顶结构和弦支穹顶结构体系的特点以及近几年在我国的工程应用进行了总结。

关键字：预应力；空间钢结构；索穹顶；弦支穹顶；工程应用

Abstract: In this paper, a cable domes structure chord and structural system of the dome characteristics will be introduced and the engineering application in our country in recent years also be summarized.

Key Word: prestressed; space steel structure; cable domes; string a dome; engineering application

1 引言

随着我国大型场馆的大量建设，预应力钢结构技术得到了有力的推动和发展，然而相比于预应力网格和斜拉网格等结构形式，索穹顶结构和弦支穹顶结构近几年才在我国有了实际的工程应用，因此文本对索穹顶结构和弦支穹顶结构的特点及近几年在我国的工程实践进行了总结。

1 索穹顶结构

索穹顶结构是由索穹顶结构主要由脊索、斜索、压杆和环索构成，是最近十几年发展起来的一种新型的空间结构形式。这种结构体系具有受力合理、自重轻、跨度大和结构形式美观、新颖等特点，是一种结构效率极高的全张力体系[2]，有着广阔应用和发展前景的大跨度空间结构形式，然而索穹顶在应用当中又有一系列的难题，主要是由于在施工和工作状态下索穹顶具有很强的非线性(特别是施工过程中)，这对结构分析设计及施工提出了很高的要求。国内目前在无锡新区科技交流中心和太原煤炭交易中心采用了索穹顶结构。

国内第1个刚性屋面的索穹顶是于2009年完工的无锡新区科技交流中心索穹顶[2]，见图1所示，该索穹顶平面为圆形，直径24 m，矢高2.109 m，采用铝板结合的刚性屋面和三环Geiger 型索杆系，其中脊索和环索均连续贯通。

太原煤炭交易中心是一个设点支承式玻璃的刚性屋面索穹顶[2]，见图2所示，于2011年1月完成索穹顶主体结构张拉，该索穹顶由三环Geiger 型索杆系和支承玻璃面板的次索网构成，跨度36 m，矢高1.636 m。这两个工程，所

有索杆系均在地面组装，通过设置在外压环上的支座斜向牵引内拉环和最外环脊索而使整个索网成“ω”形提升至设计位置附近，最后仅主动张拉最外环斜索而使整个结构成型。

图1 无锡新区科技交流中心索穹顶图2 太原煤炭交易中心索穹顶

2 弦支穹顶结构

弦支穹顶结构体系包括上层的单层网壳和下层的张拉整体部分，张拉整体部分包括竖向撑杆、径向拉杆和环向拉索，它综合了单层网壳和索穹顶结构的优势，通过在单层网壳下部设置张拉整体体系，降低对下部支承结构的要求，施工方便，综合造价较低[4]。弦支穹顶结构作为一种刚柔相济的新型复合结构体系，完美地融合了单层网壳和索穹顶结构的优点，一方面在单层网壳结构的下部引入张拉整体部分，改善了单层网壳的稳定性，另一方面由于使用单层网壳结构代替了索穹顶的上部索系，大大降低了结构的设计分析难度和施工难度。因此弦支穹顶自1993提出以来，已在国内外一些大型工程中得到了应用，如津保税区商务交流中心、武汉体育中心二期工程、北京奥运羽毛球馆、常州体育馆、济南奥体中心等，初步显示了它的应用前景。

图3 2008奥运会羽毛球馆图4 济南奥体中心体育馆

2008奥运会羽毛球馆屋盖采用了弦支穹顶结构，如图3所示[3]，单层网壳的平面形状为圆形，直径为93 m，矢高11 m，网壳由12圈环向杆件和56组径向杆件组成第1至第4环及第5至第12环为葵花型网壳，第4、5环间为过渡形式，网壳节点主要采用焊接球节点，与撑杆连接的部位采用铸钢球节点，节点与杆件的连接全部为刚接。

济南奥林匹克体育中心体育馆屋盖采用弦支穹顶结构，如图4所示[3]，网格布置形式为凯维特型和葵花形内外混合布置，跨度122 m；节点形式主要为铸钢节点和少量的插板式相贯节点，最外环支座节点为焊接球节点，下部张拉整体部分共布3环，环向索为平行钢丝束，径向钢拉杆为钢棒，另外局部设置构造钢棒，各环向索均为单索，撑杆采用圆钢管，上端与网壳沿径向单向铰接，下端与索夹固接。

4 结语

随着我国城市话建设的不断推进，预应力空间钢结构将会更加发挥其固有的优势和活力，获得更为广阔的发展空间。同时，要不断研究预应力空间钢结

构的新材料、新结构、新节点、新工艺，研究和完善预应力空间大跨钢结构的计算设计理论和施工工艺，以提高我国预应力大跨空间钢结构的技术和工程应用水平。

参考文献

[1] 詹伟东, 董石麟. 索穹顶结构体系的研究进展[J]. 浙江大学学报, 38(10): 1298-1307, 2004.

[2] 郭正兴, 罗斌. 大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用-大跨空间钢结构预应力技术发展与应用综述[J]. 施工技术, 40(340): 101-108, 2010.

[3] 陈志华, 刘红波, 王小盾, 周婷. 弦支穹顶结构研究综述[J]. 建筑结构学报(增刊), 210-215, 2010.

[4] 陈志华. 弦支穹顶结构研究进展与工程实践[J]. 建筑钢结构进展, 13(5): 11-20, 2011.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。