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大跨空间结构弦支穹顶结构芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日2/85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芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日3/85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芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日4/854/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日5/855/371.1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。平面弦支结构平面弦支结构芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日6/856/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日7/857/371.1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。双向弦支结构芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日8/858/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日9/859/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日10/8510/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日11/8511/371.1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。肋环型弦支穹顶芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日12/8512/371.1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芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日13/8513/371.1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。联方型弦支穹顶芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日14/8514/371.1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。凯威特弦支穹顶芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日15/8515/371.1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）。改良的联方型弦支穹顶芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日16/8516/371.1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。三向网格弦支穹顶芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日17/8517/371.1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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日18/8518/371.1分类短程线型弦支穹顶（a）撑杆等长布置（b）环索水平布置芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日19/8519/371.1分类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。1-柱面网壳；2-拉索；3-撑杆；4-锚固节点；5-转折节点；6-支座节点芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日20/8520/371.2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。日本五洋建设研究所芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日21/8521/371.2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芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日22/8522/371.2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。上海浦东国际机场航站楼屋盖外景图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日23/8523/371.2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。机库效果图结构布置图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日24/8524/371.2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芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日25/8525/371.2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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日26/8526/371.2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。透视图纵剖面图剖面图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日27/8527/371.2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(374)屋顶平面剖面图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日28/8528/371.2工程应用东南大学九龙湖体育馆效果图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日29/8529/371.2工程应用东南大学九龙湖体育馆施工现场芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日30/8530/371.2工程应用东南大学九龙湖体育馆数值模拟芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日31/8531/371.2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。屋盖施工中屋盖建成外景图芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日32/8532/371.2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。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日33/8533/371.2工程应用茌平体育中心体育馆屋盖屋顶为部分球面外形，底面直径约为110m，底面标高约14.0m，曲面顶点标高约40.85m。屋面结构体系选用弦支穹顶结构体系，并与屋面顶部的两个空间曲线斜拱形成整体结构体系，空间曲线拱最高点截面中心标高45.5m。芦燕大跨空间结构SpatialStructures2015年10月28日34/8534/371.2工程应用济南奥体中心体育馆屋盖屋盖跨度122m，矢高12.2m，采用弦支穹