预应力弦支穹顶结构

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联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨

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。

河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｔｒｉｎｇＤｏｍｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＨｅｂｅｉＮｏｒｔｈｅｒｎＣｏｌｌｅｇｅＧｙｍｎａｓｉｕｍ
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曹江、罗斌、郭正兴、陈宗学：河分析
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１工程概况河北北方学院体育馆钢犀盖弦支穹顶结构由上部单层
作者简介：曹江（１９９４一），男，硕士，工程师。通信地址：上海市浦东新区世纪大道１５６８号中建大厦８楼
（２００１２２）
电子邮箱：５９４７１２８０５＠ｑｑ．ｃｏｍ收稿日期：２０１７－０９２１
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曹江罗斌郭正兴陈宗学１．中建八局工程研究院上海２００１２２；２．东南大学土木工程学院江苏南京２１００９６；
３．河北建设集团股份有限公司河北保定０７１０００
网壳和下部索杆体系构成，是传统索穹顼与空问网壳的混合仆（图１）。
整个弦支穹顼的边界节点与环形钢梁通过焊接球点连接，环彤钢梁的部分节点柱的连接采』ｆＪ铸钢球铰支形式，设３２个支座，球铰支安装在下部钢筋混凝土架柱顾。

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
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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
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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。

工艺工法QC预应力弦支穹顶结构施工工法

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

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2

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

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。

郭正兴-武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工Word

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

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(2)

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。

连云港体育馆弦支穹顶结构预应力施工监测

图１，主体结构形式为钢筋混凝土结构与钢结构）其
相结合，按照甲级体育馆标准建设。体育馆主馆钢结
构屋盖为不规则圆形，用弦支穹顶结构体系（采见
备和人员需求量小、向索力易保证，要求拉索和环但
张营营，张其林，陈鲁，叶志燕
（济大学土木工程学院同上海，００２２０９）
摘要
采用弹性磁学传感器对连云港体育馆弦支穹顶结构施工过程进行了跟踪监测，有限元法模拟结构预应力将
在刚性壳体结构下部设置空间索撑体系。６道环索通过Ｖ字形布置的径向拉索和Ｖ形撑杆与上部壳体的径肋相连，而将下部索撑体系与上部壳体结构从
组合成整体。
弦索预应力的施加也相对简单＿］目前，】。有关弦支
施工过程得到的索力计算值与施工实测值进行了对比。果表明，拉完毕后的索力实测值与计算值比较吻合，结张施工方案合理，工过程受钢结构制作、索和温度的影响较大。施挂
关键词预应力数值模拟监测传感器弦支穹顶
拉点较多，设备和人员需求量大。对综合考虑决定采用张拉径向拉杆的施工方法。具体的张拉方案向拉
图２弦支穹顶结构
１工程概况

弦支穹顶结构施工技术措施研究

引言近年来，随着经济的高速增长，各国体育文化、娱乐休闲等产业也随之蓬勃发展，世界各地对更大更宽阔的室内空间的需求日益增加，然而传统的屋盖结构体系难以满足现代建筑的功能需求及艺术要求[1]。

在上世纪九十年代，日本著名建筑学家川口卫教授通过对索穹顶结构进行优化，首次提出了“弦支穹顶”这一概念，随后弦支穹顶结构凭借其受力合理、造型美观、造价经济等优点迅速受到了业内人士们的广泛关注。

在之后的三十余年里，弦支穹顶结构不断发展革新，其跨度持续增大，造型也逐渐丰富起来，这也无形中增大了现场的施工难度，并且弦支穹顶结构又多用于体育馆、会展中心等人流量较大的建筑结构，其重要性不言而喻，对其施工技术措施进行探讨，有着重要的理论价值与实践意义。

1 弦支穹顶结构的特点及施工成型方法1.1 弦支穹顶结构的特点弦支穹顶结构是一种突破传统思维的新型杂交空间结构体系，其结构组成如图1所示，该结构巧妙地融合了单层网壳和索穹顶这2个结构的优点，是一种受力科学合理的高性能结构[2]。

相比于传统的索穹顶结构和单层网壳结构，弦支穹顶结构具备了自平衡性、可适应更大的跨度及施工便捷等优势，弦支穹顶上部的网壳结构可以为整体结构体系提供足够的刚度，其在建设过程中相比于索穹顶这一柔性结构来说施工可控性大大提高，也更为便捷。

同时，下部的索系结构可以为上层网壳结构提供体系内支撑，能弦支穹顶结构施工技术措施研究马睿阳新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐 830047摘要：弦支穹顶是一种新型的预应力大跨度空间建筑结构，由于其受力合理、经济美观等优点，被广泛应用于体育馆、航站楼等大型公共建筑中。

随着弦支穹顶结构的大规模使用，其结构形式在不断改进，这就无形中增加了现场的施工难度，如何确保其顺利施工是目前研究的热点，与其相关的施工技术受到人们的关注。

鉴于此，本文以某建筑工程项目为背景，具体探讨弦支穹顶结构施工关键技术，针对弦支穹顶结构的施工张拉工序和杆件安装的变形控制问题展开分析，通过本文的研究为同类型结构的施工建设与研究提供些许参考和借鉴。

中间开孔弦支穹顶结构预应力优化后模态分析

种结构。运用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立结构的三维空间
ＰＲＥＳＴＲＥＳＳＯＰＴｌＭｌＺＡＴＩｏＮＭｏＤＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＨＥＳＵＳＰＥＮＤＥＤＤＯＭＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＷＩＴＨＡＮＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥＨＯＬＥ
ＷＡＮＧＡｉｑｉａｎｇＺＨＡＮＧＬｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｎｄｄｏｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｏｆｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙ．ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｍｏｄｅ１．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｔｅ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｄｏｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｍｉｎｉｍｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｆｏｒｃｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｎａｔｕｒａ１￣ｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍＭｉｓｅｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂｅａｒｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｍｉｄｄｌｅｈｏｌｅｗｅｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙｓｎａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌ１．ａｎｄｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｖｅｒｙｄｅｎｓｅ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｗａｓｔｏｒｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅ，ｔｈｉｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｇｏｏｄｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎｄｌａｒｇｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｗｉｔｈｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ·ｄｏｍｅ；ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ

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]。

浅谈弦支穹顶结构施工工艺及模拟方法

浅谈弦支穹顶结构施工工艺及模拟方法弦支穹顶结构是一种刚柔结合的新型复合空间预应力结构，在其施工过程中，因存在拉索的力，如果施工人员在施工过程中没有对其力学性能进行全面分析，其受力状态也就会受到一定的影响，影响到工程的施工质量。

因此我们很有必要对该结构的施工技术进行全面分析。

本文重点研究弦支穹顶结构，从其施工技术、施工全过程模拟方法两个方面着手进行深入研究，并试着论证了其计算模拟方式在保证弦支穹顶结构施工质量与稳定性中的重要性作用。

标签：弦支穹顶结构；施工技术；全过程；模拟方法在现代化社会发展中，经济水平、技术水平得到了显著的提高，促进了建筑行业的健康发展。

弦支穹顶结构是现代化建筑工程施工中常见的一种结构形式，其施工技术也相对比较成熟，这一结构施工也就是利用张拉预应力索而进行一系列施工的一种技术。

简单的说，弦支穹顶结构在施工过程中，施工人员的研究的重点也就是对张拉力全过程的分析。

但是从当前的实际情况来看，很多学者在对其进行研究的过程中，并没有将全过程模拟对施工工艺的影响考虑在其中，这就导致其张拉模拟计算方法与实际工程的施工无法保持一致，最终影响到工程的施工质量。

因此我们很有必要对其进行深入分析。

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，并借助于相应的时变模型与计算程序，现对其做详细分析与说明。

一、弦支穹顶结构施工技术的概述我们对大量弦支穹顶结构的建筑工程结构进行研究与分析，结果发现，弦支穹顶结构在施工过程中的受力情况取决于其施工技术，因此在对该结构进行施工的过程中，施工人员首先需要对其施工技术进行全面分析，从而实现对张拉全过程进行模拟算法的分析。

一般来说，要想达到这一目的，就需要我们注意到以下几个方面的问题：首先，弦支穹顶结构在实际施工过程中，必须要严格按照杆件拼装、结构张拉、结构吊装等步骤进行施工；其次，在施工過程中，施工人员需要在结构的预应力张拉方面施加形式，以保证结构的施工质量，使其受力情况达到均衡；其施加形式主要包括张拉环向索、张拉径向索、顶升撑杆三个方面；再次，在实际施工过程中，施工人员应该在结构中设置满堂脚手架、临时台架等临时支撑系统；第四，施工人员还需要在结构中设置预应力张拉形式。

弦支穹顶结构

北京工业大学体育馆创造了世界建筑史上的一个纪录——世界上跨度最大的预应力弦支穹顶结构，最大跨度达93米。

随着北京奥运会羽毛球、艺术体操比赛陆续在这里举行，将会有更多的人关注这座建筑的独特魅力。

怀着对这座建筑特殊钢结构的探究心情，我们走进了这座建筑，访问了负责该项目预应力弦支穹顶结构施工技术的北京市建筑工程研究院副总工秦杰博士。

北京工业大学体育馆建筑总面积24383平方米，屋盖最大跨度93米，矢高9.3米，其结构形式为下部钢筋混凝土框架结构，上部采用新型空间结构体系——弦支穹顶结构。

如果用单层网壳支撑如此大的跨度，势必要增大构件的截面尺寸，进而会导致建筑整体结构笨重，用钢量增大。

目前采用的弦支穹顶结构上部是一个球冠顶面的单层网壳，下部是径向高强度钢拉杆和环向高强度钢索，借助垂直的竖向撑杆支撑网壳。

这种新型结构形式，结构新颖，构思巧妙，受力合理。

也正是弦支穹顶结构这种“刚柔并济、柔中带刚”的特性，才使得体育馆呈现出一种轻盈飘逸的形态，使人们自然联想到羽毛球、艺术体操的项目所表达的清灵飘逸。

仿真计算与施工监测确保安全施工和结构质量虽然体育馆已经竣工，但秦杰依然保留着他们最初制作的弦支穹顶结构模型，因为这个工程项目的施工确实让他们呕心沥血。

他谈到，大跨度预应力钢结构是由高强度、抗腐蚀、抗疲劳钢索与各种形式的空间钢结构组合而成的一种新型结构形式。

对于直径93米的世界最大跨度弦支穹顶结构，其最外圈环向索预应力张拉值达到250吨，钢结构施工的难度实属世界罕见，其中预应力拉索施工是这个工程的最大特色和难点。

由于北京工业大学体育馆工程的特殊性，在施工前工程师们必须进行大量的深化设计和仿真计算等准备工作。

在施加预应力完成前结构尚未成形，弦支穹顶的结构整体钢度较差，因此必须应用有限元计算理论，使用有限元计算软件ANSYS进行弦支穹顶结构的施工仿真计算，并采用APDL语言编写仿真计算程序，以期能很好地模拟该结构形式的施工过程，保证结构施工过程及结构使用期的安全性。

平面预应力弦支穹顶组合网壳结构施工关键技术

平面预应力弦支穹顶组合网壳结构施工关键技术论文
平面预应力弦支穹顶组合网壳结构具有良好的抗风、抗震及耐久性能，在现代工程建设中得到了广泛运用，其施工关键技术是作为保证结构安全可靠运行的重要因素，是质量和造价控制的核心内容。

在此基础上，本文将对平面预应力弦支穹顶组合网壳结构的施工关键技术进行分析，旨在为今后的工程施工提供参考。

首先，就支撑结构的施工而言，一般采取集中精力施工的方式，在进行安装前，要充分动员、整理、施工配合，确保材料的到位和质量标准的达到。

特别是对支撑结构中钢管、螺栓、端板等较多的螺母紧固件，应做到超张力控制，控制其紧固扭矩，保证结构各部分组合焊接牢固，避免各组件变形。

其次，组合网架的施工要求更高，在安装时要严格控制结构垂直度及网架间距，并做到端板与支穹间的压扁要求，网架牢固，不存在空鼓现象，并且网架整体重力线要垂直于支穹底板。

为此，在施工工程中要采用钢丝绳或铁丝绳卡紧设定好的网架位置，确保网架间隙精度满足设计要求。

最后，在组装支穹顶组合网壳结构时，要注意采用正确的施工方法，如：采用液压类起重设备小心翼翼将建筑物的支穹、网壳、节点及各元件依次拆装；采用电脑控制系统进行坡度精度管理；采用应力测试和形变测试来进行网壳结构整体稳定性检测；采用气密性检测工具，检查网壳结构的气密性，等等。

总之，平面预应力弦支穹顶组合网壳结构的施工关键技术是完
成工程施工的重要环节，需要综合考虑结构构件的位置精度、气密性及稳定性要求，充分准备施工材料，施工过程中不断加强管理，确保最终完成高质量和经济的工程建设任务。