大跨结构 弦支穹顶(复习课)

大跨空间结构
弦支穹顶结构
内容
1、弦支结构体系的分类及工程应用 2、平面弦支结构整体稳定性分析 3、空间弦支结构整体稳定性分析 4、提高弦支结构稳定性的措施
大跨空间结构 Spatial Structures
芦燕
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内容
1、弦支结构体系的分类及工程应用 2、平面弦支结构整体稳定性分析 3、空间弦支结构整体稳定性分析 4、提高弦支结构稳定性的措施
1-柱面网壳；2-拉索；3-撑杆；4-锚固节点；5-转折节点；6-支座节点
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1.2工程应用
日本五洋建筑研究所的多功能试验楼 日本五洋建筑技术研究所的多功 能试验楼屋盖属于平面弦支结构，屋 面覆盖材料采用膜材，平面尺寸为 22.4m×35m，将三榀张弦梁结构以 8.75m的间距平行布置，用钢量约为 10kg/m2。
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1.1分类
凯威特型弦支穹顶 它是由n（n=6、8、12 ……）根通长的径向杆线把 球面分为n个对称扇形曲面，然后在每个扇形曲面内，再 由纬向杆系和斜向杆系将此曲面划分为大小比较均匀的 三角形网格。每个扇形平面中各左斜杆平行、各右斜杆 平行，故这种网壳也称为平行联方型网壳。常用于大、 中跨度结构。
机库效果图
结构布置图
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1.2工程应用
天津消防所研究基地雨棚 公安部天津市消防研究所南河试验基地工地消防 通道雨棚钢结构，平面尺寸16m×6m，采用了两榀张 弦梁体系，索垂度1.2m。
结构效果图
建成外景图
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1.2工程应用
东南大学九龙湖体育馆
效果图
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1.2工程应用
东南大学九龙湖体育馆
施工现场
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1.1分类
辐射式弦支结构 辐射式弦支结构，是各榀平面弦支构件按中央辐射 式放置，撑杆下端与环索或斜索连接。辐射式弦支结构 具有力流直接，易于施工和刚度大等优点。
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1.2工程应用
北京安福大厦中厅屋盖结构 采用平面尺寸为50.4m×16.8m的双向弦支结构体系， 张弦直梁的上弦截面为400×250×12×20箱形梁，撑杆采 用φ140×10圆钢管，撑杆与上弦梁铰接，下弦索横向采用 φ30钢索，纵向采用φ10钢索，桁架上下弦采用 400×250×12×20箱形截面，腹杆采用150×6方钢管。
纵剖面图
透视图
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剖面图
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1.2工程应用
天津宁发花园东苑四季厅屋顶 天津宁发花园东苑四季厅屋顶，采用辐射式弦支结 构，平面直径为25.2m，屋顶为圆形，每榀跨度12.6m。
预应力索(37
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剖面图 屋顶平面
上海浦东国际机场航站楼屋盖外景图
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1.2工程应用
塘沽农用机库屋盖 该工程平面长106m，宽21m， 最高处标高15m，中间设有4个 24m×21m的飞机库。 屋面为弧形，结构跨度21m， 两边悬挑部分最大为4.775m，在 悬挑最大处设置圆钢管柱进行支 承。屋面承重体系选用张弦梁结 构，每榀张弦梁布置间距2m，在 柱顶设置跨度24m托架以支承张 弦梁结构。
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1.2工程应用
上海浦东国际机场航站楼屋盖 屋盖张弦梁的上、下弦均为圆弧形，其上弦由三根平 行方钢管组成，中间主弦400× 600焊接方管，两侧副弦 为300×300方管，由两个冷弯槽钢焊成，主副弦之间由短 管相连。腹杆为圆钢管。张弦梁纵向间距为9m，通过纵向 桁架将荷载传给倾斜的钢柱或直接支承在混凝土剪力墙上。 钢柱为双腹板工字柱，按18m轴线间距成对称布置。
凯威特弦支穹顶
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1.1分类
改良的联方型弦支穹顶 复合的凯威特－联方型单层网壳作为弦支穹顶的上 层结构，以使网格尺寸相对均匀，减少了不必要的杆件， 受力更合理，同时也施工方便（肋环型、施威德勒型弦 支穹顶也可以采用相应的方式进行改良）。
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1.2工程应用
东南大学九龙湖体育馆
数值模拟
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1.2工程应用
天津市保税区国际商务中心大堂屋盖 屋盖弦支穹顶直径35.4m，周边支承于沿圆周布置的15根 钢筋混凝土柱及柱顶圈梁上。上层单层网壳部分采用联方型 网格，沿径向划分为5个网格，外圈环向划分为32个网格，到 中心缩减为8个。
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1.1分类
结构的布置方式和受力性能：平面弦支结构和空间弦支 结构。 平面弦支结构以张弦梁结构为主，也包括张弦桁架等。 空间弦支结构：平面组合而成的可分解型空间弦支结构、 不可分解的空间弦支结构。 可分解的空间弦支结构主要包括双向弦支结构、多向弦 支结构、辐射式弦支结构等。 不可分解的空间弦支结构包括弦支穹顶和弦支筒壳等。
改良的联方型弦支穹顶
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1.1分类
三向网格弦支穹顶 在球面上用三个方向相交成60度的大圆构成，或在 球面的水平投影面上，将跨度n等分，再做出正三角形网 格，投影到球面上后，即可得到三向网格型球面网壳。 每一杆件都是与球面有相同曲率中心的弧的一部分；其 结构形式优美，受力性能较好。
日本五洋建设研究所
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1.2工程应用
日本光球穹顶 该弦支穹顶跨度35m，建于前田会社体育馆的屋顶上， 屋顶最大高度为14m，结构总重量为1274kg，上层网壳由 工字形钢梁组成。
光球穹顶外景
光球穹顶施工中
1.1分类
（3）不可分解的空间弦支结构 当单层球面网壳作为上弦 构件时称为弦支穹顶。之所以称 弦支穹顶为不可分解的空间弦支 结构，是因为弦支穹顶中找不到 成榀的平面弦支结构构件，整体 结构呈空间受力体系，受力性能 更好，刚度更大，撑杆通过斜索 和环索连接。结构较适用于圆形 平面 。
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1.1分类
施威德勒型弦支穹顶 施威德勒单层球壳是肋环型单层球壳的改进形式， 由径向杆、纬向杆和斜杆组成。斜杆的设置可以提高网 壳的刚度，提高抵抗非对称荷载的能力。 斜杆布置方法主要有：左斜单斜杆、右斜单斜杆、 双斜杆及无纬向杆的双斜杆等。
施威德勒型弦支穹顶
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1.2工程应用
迁安会展中心弦支结构体系 迁安文化会展中心屋盖为平面弦支结构结构，跨 度48m，梁间距8m，屋盖最高点标高21.098m。
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1.1分类
肋环型弦支穹顶 在肋环型单层球面网壳的基础上形成的。上弦网壳 是由径肋和环杆组成。在此穹顶结构下部加上撑杆及斜 向、环向拉索之后，便形成肋环型弦支穹顶结构，主要 用于中、小跨度结构。
肋环型弦支穹顶
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平面弦支结构
平面弦支结构
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1.1分类
（2）可分解型空间弦支结构 可分解型空间弦支结构是指结构可以拆分为多榀平 面弦支构件的组合，而每榀构件都是平面的，根据各榀 构件的组合方式，可以将其分为双向弦支结构、多向弦 支结构和辐射式弦支结构等。
双向弦支结构
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1.1分类
多向弦支结构 多向弦支结构，是将数榀平面弦支结构构件多向交 叉布置而成，结构呈空间传力体系，受力合理，但与平 面弦支结构、双向弦支结构比较，其制作更为复杂，较 适用于多边形平面。
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1.1分类
联方型弦支穹顶 典型的联方型单层球面网壳是由左斜杆和右斜杆形 成菱形的网格，两斜杆的交角为30~50。，造型优美。为 了增强这种网壳的刚度和稳定性，一般都加设纬向杆件 组成三角形网格。在较大的风载和地震作用下有良好的 受力性能，可用于较大的跨度。
联方型弦支穹顶
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屋盖施工中
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屋盖建成外景图
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1.2工程应用
天津博物馆贵宾厅屋盖 天津博物馆贵宾厅屋盖跨度18.5m，矢高约1.3m，在 施工过程中分别形成了半杆半索和刚性弦支穹顶结构体系。
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Hale Waihona Puke Baidu
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1.1分类
短程线型弦支穹顶
（a）撑杆等长布置
（b）环索水平布置
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弦支筒壳结构 筒壳可采用单层柱面网壳结构，也可采用厚度较小 双层柱面网壳结构。锚固节点可设置在筒壳跨间或筒壳 支座节点处。
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1.1分类
（1）平面弦支结构 将数榀平面弦支构件平行布 置，通过连接构件将相邻两榀平 面构件在纵向进行连接，即为平 面弦支结构，整个结构由上弦杆 件、撑杆和弦以及纵向连接构件 组成。 在平面弦支结构中，连接构 件为各榀平面构件提供纵向支点， 屋面荷载由各榀构件单向传递， 整体结构呈平面传力体系；纵向 连接构件往往采用高强索，并要 对其施加预应力。
三向网格弦支穹顶
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1.1分类
短程线型弦支穹顶 以等二十面体的球面划分为基础，然后对每个球面 三角形再进行不同频数（NF）的细划分形成的。短程线 型球面网壳最常见的应用形式有四分之一球面（包含五 个球面三角形）、四分之三球面（包含十五个球面三角 形）和整球三种类型。 第一种布置方式是每个弦支层撑杆长度相同。另一 种布置方式则是在每个弦支层采用不同的撑杆长度，旨 在保证下弦各节点的高度一致，也即环向拉索保持水平， 环索的受力较第一种布置更加均匀。
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1.1分类
双向弦支结构 双向弦支结构，是将数榀平 面弦支构件沿纵、横向交叉布置 而得，结构也是由上弦杆件，撑 杆和弦组合而成。因为上弦杆件 交叉连接，侧向约束相比平面弦 支结构明显加强，结构呈空间传 力；但比平面弦支结构节点处理 变复杂。该型式较适用于矩形， 圆形和椭圆形平面。