弦支穹顶体系及其结构动力特性分析

新型弦支穹顶结构分析与设计弦支穹顶结构是一种由弦组成的平支撑结构特殊形式，其特点是外部形式美观极佳，具有抗风、抗压抗弯结构，而且表面质地完美，这种结构能够被广泛的使用于场馆的设计，例如体育馆，以及其它装饰类建筑。

从力学角度来看，弦支穹顶由一组无结而又呈曲率的弦组成，能够使结构的自重发挥抗压的能力，从而达到满足表面抗弯的目的。

而且由于弦两端固定，所以结构不能产生任何动态效应，所以结构也极易被大量应用。

新型弦支穹顶结构可以将采用了微小体积、重量轻、构造几何形状复杂的元素，在穹顶的整体构造中，这些元素的形态可以组成更大的空间曲面，从而赋予了弦支穹顶结构更大的灵活性和更多的设计元素。

当设计一个新型弦支穹顶结构时，应该首先考虑其结构力学性能，它的抗压、抗弯和抗滑移性能，以及在必要时要考虑其强度、可靠性和结构稳定性，其次要考虑弦支穹顶结构的形式，它的重量、特殊截面，以及选择结构材料和构件抗裂，抗冻性等的机械性能。

新型弦支穹顶结构的设计首先依据结构的特性，采用适合的计算方法和计算工具，结合工程实践经验，结合工程实际情况，综合考虑地质地质条件，确定所需弦支穹顶结构的型号、截面及其相关参数，并分析计算弦支穹顶结构的抗压、抗弯强度、稳定性及其结构的各种力学性能指标，以及它们在穹顶系统内部分布情况等。

在建筑构造过程中，应用新型弦支穹顶结构的方式有模板和叠加的方式，模板的塑形过程是施工中重要环节，要严格把控模板的正确安装和夹紧度，确保各模板构件无法滑移。

为了更好的利用材料特性，并合理组织支承构件，采用穹顶节点连接及网型连接要求，确保穹顶结构在一定范围内是固定状态，以确保结构可靠稳定性。

当在安装新型弦支穹顶结构时，还要注意安装条件，确保在构建过程中结构的稳定性，确保稳定性的保证不能仅靠立柱、横梁或支柱等纵横向构件，安装时需要均匀布置横杆来支撑结构以维持穹顶整体的构造及构件的稳定性。

几个大跨度弦支穹顶结构的比较与分析汇报内容一、弦支穹顶的结构特点二、结构组成对比与分析三、施工方案对比与分析四、小结一、弦支穹顶的结构特点结构特点弦支穹顶结构又称之为索承网壳结构，是传统的单层或双层网壳结构和索穹顶结构结合的衍生物，它综合了单层网壳和索穹顶结构优良性能于一体，是一个由单层或双层网壳代替索穹顶的上层索网后形成的一种新型杂交结构。

弦支穹顶结构通过下层索系、上层刚性网壳和竖向撑杆共同工作而承受外部荷载，结构通过对下层索系（径向索和环向索）施加预应力而为结构提供足够的竖向刚度，并在结构内形成水平作用自平衡的结构体系。

二、结构组成对比与分析典型工程近几年来国内对弦支穹顶结构进行了比较多的理论分析和试验研究，已经建成的弦支穹顶结构也不少，近几年建成的有：武汉体育中心体育馆(115X135m)、济南奥体中心体育馆（122m)、常州体育会展中心体育馆(120X80m)、北京工业大学体育馆（93m）、三亚体育中心体育馆（76m）、安徽大学体育馆(76.2m）等，我有幸参与了其中四个工程的施工。

这里将对其中体系、外形、施工方法上均有代表性的三个工程的施工技术做一个简要介绍。

安徽大学体育馆钢屋盖平面为边长44m的正六边形，对边距离为76.2m，正六边形柱网外接圆直径为88m，最大挑檐长度6m，屋盖最大高度11.55m；屋盖中央设置边长12m正六边形的采光玻璃天窗。

屋盖上层为箱型构件的正交正放网壳（中间采光顶为凯威特型），下层索系为4道环索、6道径索和撑杆组成，六边形的每边设置6个支座，在采光顶的正六边形周围和结构外沿正六边形周围分别各设置了一圈封闭的三管桁架，外沿的封闭桁架。

以人为本科技为先精工钢构集团JINGGONG STEEL GROUP 安徽大学体育馆斜拉杆斜脊梁撑杆环索以人为本科技为先安徽大学体育馆＋＋单层网壳支承索系与撑杆边缘支撑构件以人为本科技为先常州体育馆体育馆平面为椭圆形，长轴为120米，短轴80米，屋盖矢高23米。

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。

新型弦支穹顶结构分析与设计弦支穹顶又称弦拱顶，是一种非常常见的桥梁结构，它的起源可以追溯至古希腊时期，广泛应用于古建筑中。

近年来，随着技术的不断发展和材料的不断改善，弦支穹顶结构的设计和施工技术得到了极大的改进，并在各种新型结构中发挥着重要作用。

然而，在分析和设计中，弦支穹顶结构仍然存在一些挑战，需要进行进一步的研究来改进设计方法和解决相关问题。

弦支穹顶结构有许多优点，其中最重要的是结构轻质、刚度等级高、可以在较短时间内完成制作、重量轻、成本低廉、制作程序简单、可实现室内外统一的设计效果、可以利用标准化制作、以及可以从穹顶的非支撑位置设置大范围的空间。

弦支穹顶结构的分析与设计是一个极其复杂的过程，有很多变量需要考虑，如结构荷载、穹顶形状、穹顶材料、结构连续性等。

目前，已经有许多方法可以用于分析和设计弦支穹顶结构，如有限元方法、数值方法、经典理论方法和计算机辅助方法等。

不过，由于各种方法的限制，尚未有一种综合的方法可以同时考虑所有的变量，有效地实现分析与设计，从而大大限制了弦支穹顶结构的设计。

为了改进分析和设计方法，我们提出了一种基于完全平面分析和计算机辅助分析的新型弦支穹顶结构分析和设计方法，该方法具有以下优点：（1）采用简化穹顶，可以大大减少穹顶参数；（2）考虑了结构的线性和非线性特性，提高了计算准确度；（3）借助计算机，实现了对复杂的穹顶参数的模拟和分析，达到更高的分析准确度；（4）采用多种材料和结构连接，实现弦支穹顶结构的高效制作；（5）结合现实的实际情况，可以更深入地分析和设计弦支穹顶结构。

基于上述分析，我们提出了一系列的优化方案，包括采用静载荷分析、模态分析和定量破坏分析等，可以有效地提高弦支穹顶结构的性能。

另外，对弦支穹顶结构的膨胀性能进行评估，以确定结构的可行性，并进行合理的膨胀性能时用考虑，以改善结构性能。

最后，通过进一步的实验和研究，可以根据现实情况完善弦支穹顶结构的设计，实现更好的性能。

弦支穹顶结构动力反应分析
张增军;马人乐;张哲
【期刊名称】《世界地震工程》
【年(卷),期】2006(22)4
【摘要】以天津开发区商务中心大堂的弦支穹顶为研究对象,分析了弦支穹顶结构体系的自振特性,分别运用随机模拟风振分析方法和时间历程分析方法,对其进行了风振和地震反应分析,得到了结构在动力荷载作用下的响应时程,并对分析结果进行了频谱分析和统计分析。

研究发现弦支穹顶结构的自振频率呈密集型分布,且振型复杂;结构的风振响应基本以受迫振动为主,没有出现明显的峰值共振现象;结构的地震响应在前几阶基频处出现了较为明显的峰值共振现象;从振动的幅值角度看,风荷载的动力作用效应相对于地震荷载要显著。

【总页数】6页(P89-94)
【关键词】弦支穹顶;模态分析;风振响应;地震响应
【作者】张增军;马人乐;张哲
【作者单位】同济大学建筑工程系
【正文语种】中文
【中图分类】P315
【相关文献】
1.中间开孔弦支穹顶结构水平地震作用瞬态动力响应分析 [J], 王爱强;张莉
2.考虑支座性能弦支穹顶空间结构静动力性能分析 [J], 于敬海;渠瑞娟;赵腾;闫翔
宇;李路川
3.地震作用下大跨度弦支穹顶结构的动力稳定分析 [J], 桂国庆;曾凡球;王玉娥;
4.大跨弦支穹顶结构的动力反应分析 [J], 钱曙珊
5.大跨度弦支穹顶结构在地震作用下动力稳定分析方法研究 [J], 周海峰[1];黄诚[1];曹芳凤[1]
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

弦支穹顶结构的可靠性分析的开题报告
一、选题背景
弦支穹顶结构（Cable-stayed dome）是一种新型的建筑结构体系，具有展现设计创新和美学表现力的特点。

该结构体系的主要特点是钢索和主体钢筋混凝土柱之间的高度集成度和非线性、非对称集合力体系，能够适应更宽阔的跨度，使用更少的材料，更加环保、经济的优势。

弦支穹顶结构的性能涉及复杂的载荷层和非线性材料，其结构设计的可靠性在实际工程中具有重要地位。

因此，对弦支穹顶结构的可靠性进行研究，对于推广其在工程中的应用，提高结构的安全性和经济性具有积极意义。

二、研究目的
本次研究旨在全面评价弦支穹顶结构的可靠性，分析其设计和施工过程中可能出现的问题和风险，为该结构的实际应用提供科学参考和支持。

三、研究内容
1、弦支穹顶结构的介绍及其特点分析。

2、弦支穹顶结构的受力性能分析。

3、弦支穹顶结构的可靠性分析方法研究。

4、弦支穹顶结构的可靠性评估指标的建立。

5、基于弦支穹顶结构的实际工程案例分析。

四、研究方法
1、文献资料搜集和综述分析方法。

2、弦支穹顶结构的数值模拟方法和理论研究方法。

3、有限元计算方法和Monte-Carlo方法在弦支穹顶结构可靠性分析中的应用研究。

五、研究意义
本次研究将有助于深入理解弦支穹顶结构在实际应用中具有的可靠性问题和解决方法，促进其在工程中推广和应用。

同时，研究成果也将为建筑设计和安全管控提供更为全面和科学的参考指导。

弦支穹顶结构动力分析张志宏;张明山;董石麟【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2005(22)6【摘要】基于局部分析法并且在以预应力作为自平衡的初始内力情况下对弦支穹顶结构的动力特性进行了初步分析.局部分析法采用将索杆体系和上部单层网壳分开的思想,使弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定得到简化.随着上部网壳结构的整体刚度的降低,预应力对体系的自振特性的影响逐渐增大.该体系的低阶振型大多为竖向振动振型.由时程分析的结果可见竖向常遇地震作用下索杆内力上下变化的幅度并不大(不超过7%).竖向常遇地震作用下结构响应由内环、中环到外环逐渐减弱.常遇水平地震作用下体系索杆内力上下变化的幅度更小.相比竖向常遇地震作用下的索杆内力的变化要小的多.同时,常遇水平或竖向地震作用下线性和非线性时程分析差别不大.【总页数】5页(P646-650)【作者】张志宏;张明山;董石麟【作者单位】浙江大学,空间结构研究中心,浙江,杭州,310027;浙江大学,建筑设计研究院,浙江,杭州,310027;浙江大学,空间结构研究中心,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TU394【相关文献】1.高烈度区某体育馆大跨弦支穹顶钢结构设计 [J], 刘伟;张正伟;刘涛;黄华桥2.港工海工结构动力分析(第五讲)——重力式港工海工结构动力分析 [J], 高明3.弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析 [J], 郄禄文;徐辰昱;刘静;赵若旭;陈宗学4.贵阳奥体中心体育馆弦支穹顶预应力拉索施工 [J], 张国栋;杨宗林;罗晓群;姜忠;张其林5.圆柱面弦支穹顶Levy型与无环索型索系性能对比研究 [J], 李宏胜;薛素铎;吴逸枫;刘人杰;李雄彦;付力因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。