大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用

苏州工业园区体育中心体育场工程采用国内最大跨度轮辐式单层索网索膜加压环梁加V形柱的结构形式,施工过程中可供参照的相关经验不多。结合施工实际,通过对体育场屋盖大跨度单层索网索膜结构的V形柱柱脚、屋面大型钢结构、体育场索结构、膜结构及屋盖钢结构健康监测等内容的施工技术研究,保证了工程的顺利施工,为类似工程提供了借鉴。     

大型索结构断索动力响应研究

在大型索结构中，拉索作为主要受力构件承担较大的荷载。分析断索对结构的影响，成为大型索结构抗连续倒塌设计的关键。选取FAST望远镜、国家速滑馆、卡塔尔卢塞尔体育场、三亚国际体育产业园体育场、日照奎山体育中心体育场、大连梭鱼湾专业足球场等多个大型索结构工程，针对结构中典型拉索发生断索的情况，采用动力分析方法研究断索后结构的动力响应，总结索网(双向正交、三角形网格)、轮辐式索桁架(单环索、双环索、内环带刚性挑棚)等不同类型索结构断索后动力响应的特点以及断索引发的动力系数。研究结果表明：除三角形网格单层索网外，其他类型的索网、轮辐式索桁架等索结构在断索后的动力系数均出现大于规范推荐取值的情况，推荐采用动力分析方法进行断索分析；双向正交单层索网刚度、稳定性和内力重分布能力较三角形网格单层索网小，拉索断索产生的动力效应较大；索桁架交错布置的单环索轮辐式索桁架结构同双环索轮辐式索桁架结构相比，径向索、环索断索后相互产生的动力效应较小；对于轮辐式索桁架结构，当上弦设有与径向索同向布置的膜拱及交叉次索时或当环索处设有刚性挑棚时，可有效降低断索产生的动力效应。     

弦支穹顶结构体系的应用

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和索穹顶的基础上发展起来的一种新型复合空间结构,能够发挥单层球面网壳与索穹顶结构两者的优点,弥补两者的不足。目前已有的研究局限于设计理论,少量的工程实践也是试验性的小跨径工程。因此,对大跨度弦支穹顶结构体系及其工程施工技术进行一体化研究具有重要的现实意义。概述了弦支穹顶结构体系产生的背景、定义、特点及工作机理,归纳了预应力索撑体系设置原则。简要介绍了国内外首个大型双层椭圆弦支穹顶——武汉体育中心二期工程体育馆的设计和施工工艺,该工程采用的非常规的安装方法和首次在大跨度弦支穹顶结构体系中通过撑杆调节法来施加预应力,并取得成功,为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考。     

会讯

<正>第十二届全国现代结构工程学术研讨会暨第二届全国索结构技术交流会于2012年7月21日在北京召开。会议的主要内容包括:索结构和预应力钢结构,各省市新建或已建的大型体育场馆、会展中心、大型机库、机场航站楼以及车站枢纽等,钢结构设计及新型结构研究成果,新型空间结构体系(索穹顶、弦支穹顶、张弦梁及张弦桁架、开合结构、玻璃结构及各种复合结     

苏州奥体中心单层索网屋盖结构关键创新技术研究与应用

苏州奥体中心(又称"苏州工业园区体育中心",简称"苏体")位于苏州工业园区核心区,包括"一场两馆一中心",总占地面积60 hm2,总建筑面积约38.6万m2,总投资约50.8亿元.苏体被称为"第五代体育建筑代表作",其体量巨大、建筑优美、结构精巧、施工精湛、功能完备、性价比合理.体育场、游泳馆屋盖结构采用大跨结构工程领域最前沿的技术和新材料、高强材料.体育场跨度为国内最大跨度的马鞍形大开孔轮辐式单层索网结构;游泳馆为国内首次将直立锁边金属屋面设置在单层正交索网结构体系上;结构体系简洁轻盈,填补了国内超大跨度单层索网结构的空白.苏州工业园区体育中心(体育场,游泳馆)获第十八届中国土木工程詹天佑奖.     

中国空间网格结构三十年的发展

简要回顾了中国空间结构三十年来的发展历程,侧重对近十年来我国空间结构特别是空间网格结构(网架、网壳以及一些新型网格结构如张弦梁(单向、双向)、弦支穹顶及索穹顶等结构)的发展及应用予以总结,并对空间网格发展中存在的问题和今后的发展方向进行了阐述。     

现代大跨空间结构在中国的应用与发展

现代大跨空间结构大致是在二十世纪七、八十年代左右,基于采用轻质高强的膜材、钢索、钢棒,应用新技术而发展起来的轻盈、高效的结构体系,诸如气承式充气膜结构、索膜结构、索桁结构、张弦梁结构、弦支网壳结构、索穹顶结构、索穹顶—网壳组合结构、张弦气肋梁结构等.另一方面,对于二十世纪中叶获得大量应用的近代空间结构,如薄壳结构、网架结构、网壳结构、一般悬索结构等,通过采用多种结构形式和建筑材料的组合、预应力技术、结构概念和形体的创新,从而提出并得到工程实践应用的新颖空间结构体系也可认为是现代空间结构,诸如组合网架结构、空腹网架(壳)结构、多面体空间刚架结构、局部双层网壳结构、斜拉网架(壳)结构、树状结构、预应力装配弓式结构等.本文按空间结构单元组成分类为序,分别对现代刚性空间结构、现代柔性空间结构、现代刚柔性组合空间结构的特点及在中国的应用与发展作了综述.     

环向悬臂索承网格结构预应力设计关键技术研究和应用

徐州市奥体中心体育场工程屋盖采用了新型杂交空间结构——环向悬臂索承网格结构,结构构造为开口形式,与弦支穹顶相似,径向钢梁变为悬臂构件,与周围结构通过销轴连接,这释放了悬臂构件端部弯矩,使钢拉索构件成为主要的受力构件,减小了悬挑梁的截面从而大大地减少用钢量。对本工程与预应力优化设计相关的关键技术进行了研究,包括钢拉索失效分析、预应力索夹节点的深化设计和抗滑移试验,并采用正搭法和倒拆法对预应力施工进行仿真分析等。结果表明,环向悬臂索承网格结构适用于超大型的体育场及其他公共建筑。     

弦支穹顶结构在济南奥体中心体育馆工程中的应用

通过材料选用、工程主要构件节点、工程难点及解决方法、应用总结等几方面介绍了这一传统索穹顶与空间网壳结构的混合体结构在济南奥体中心的应用。     

刚性网格索穹顶结构初始形态的确定方法

索穹顶结构是一种结构效率极高的空间张力结构体系,由于该结构节点较为稀疏使得上部刚性网格系统的设计和施工有一定难度,从而也限制了索穹顶结构的推广应用.为了解决这一实际工程问题,进一步拓展索穹顶结构的应用范围,本文提出了一种刚柔相济的组合空间结构--刚性网格索穹顶结构,并给出了三种具体的结构组合形式;同时为了能够较为精确地确定该结构形式的初始形态,本文结合空间杆系平衡矩阵理论和构件原长不变的概念,提出了"近似等效荷载生死单元法",该方法通过荷载的等效和构件单元的"生死"过程来找到结构的初始形态.算例分析表明该方法可以较为准确地确定刚性网格索穹顶结构的初始形念.本文工作可为该类结构的初始选型和设计提供依据.     

轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术研究

为研究适用于体育场建筑的大开口轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术，以乐山奥体中心体育场为研究对象，介绍了结构构形，分析了自重与预应力作用下结构的力学特点，提出了整体牵引提升、分批张拉锚固的总体成形方法，并采用非线性动力有限元分析方法，对比优选了径向索张拉的最后锚固批次和双层索网撑杆的安装时机，进行了全过程张拉成形分析。结果表明：混合索网结构与单层和双层索网结构受力特点存在较大差异，径向索索力最大值出现在单层索网区域两侧，索夹两侧环索索力最大差值出现在单双层交界处；为减小径向索张拉锚固力值和索夹两侧环索索力差值，确定径向索的分批张拉锚固顺序为上径向索、单径向索、下径向索，并确定在分批张拉锚固上径向索之后，张拉锚固单径向索之前安装撑杆；全过程张拉成形分析结果验证了成形方法的有效性和安全性，研究成果已成功应用于实际结构中。     

张拉穹顶建筑

张拉穹顶建筑是利用张拉整体体系建造的索穹顶结构的建筑。这种新的空间结构是在20世纪50年代开始出现的。所谓张拉整体体系就是一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单位组成的自支承、自应力的空间铰接网络结构。其索穹项覆盖层为柔性的织物膜。1992年在美国建成了世界上最大的这种体系的索穹顶体育馆——乔治亚穹顶,它是1996年奥运会的主体育馆,椭圆形平面(193m×240     

大跨张弦空间结构的发展与展望

回顾了随着大跨度空间结构的发展而不断涌现出的各种结构形式,在此基础上给出了大跨张弦空间结构的概念,分析了大跨张弦空间结构的特点,并总结了四种得到工程应用的大跨张弦空间结构,即斜拉网格结构、张弦梁结构、弦支穹顶结构、索穹顶结构的发展与研究状况。进而讨论了大跨张弦空间结构的发展规律,最后对大跨张弦空间结构进一步发展的方向和需要深入研究的课题进行了展望。     

索桁架结构体系找形分析的节点位移法

平面索桁架以及南平面索桁架组成的空间索桁结构是一种应用广泛的柔性结构,它依靠拉索的张力提供刚度.寻找柔性结构合理的预应力分布以达到建筑造型和力学性能的要求是其找形分析的主要目的.与索穹顶结构、单层索网结构相比,索桁架的拓扑关系更加简单明确.力密度法、动力松弛法等一般用于解决单层索网等结构由给定预应力确定初始位形的问题,且难以直接应用在通用有限元软件中(如ANSYS).如果套用索穹顶、单层索网等的找形方法(如力密度法、动力松弛法等)进行找形,则无法直接运用通用有限元软件进行分析.本文依据索桁架结构体系简单明确的拓扑关系,发展了一种通过给节点施加位移进行迭代计算的非线性有限元找形分析方法,该方法不同于单层索网或膜结构找形的小杨氏模量法.本方法求解速度较快,结果较为准确,同时便于在现有的通用有限元软件中应用.     

佛山世纪莲体育场水平钢管混凝土构件施工技术简介

介绍了佛山体育中心新体育场屋盖轮辐式索膜结构的水平钢管混凝土构件施工技术,阐述了其主要过程,并总结了一些适用于采用水平放置并后浇混凝土工艺的钢管混凝土构件的施工经验,供其他工程参考。     

深圳宝安体育场轮辐式索-桁屋盖整体张拉提升技术

深圳宝安体育场屋盖为轮辐式索-桁结构+膜结构组合形式。屋盖索-桁结构是膜结构的支撑骨架,由上内环索、下内环索、飞柱、外环梁及36片三角形径向索网组成,施工的关键是径向索的整体张拉。钢索数量多、荷载大、工期紧,施工难度非常大。在对各种张拉方案进行仿真模拟计算后,最终确定了先提升上径向索就位,再提升张拉下径向索就位,最后安装悬挂索的张拉方案,并采用计算机自动控制整体张拉系统进行张拉施工。     

大跨度体育场索网结构施工关键技术

郑州奥体中心体育场屋盖采用了大跨度索承网格结构,索系包含了径向索和环索。按以往经验,索网结构部分的施工与钢结构部分的施工要统筹考虑,施工过程中的胎架布设、索夹滑移等因素会对索网结构最后的成形及结构内力等产生很大影响。为此,制订了合理的施工张拉方案,并提前通过施工过程模拟分析来保证结构满足设计要求的形态,取得了良好的施工效果。     

一种新型预应力空间结构——劲性支撑穹顶

基于索穹顶结构的技术难点以及高强钢拉杆性能特点,介绍了劲性支撑穹顶结构的构造.劲性支撑穹顶结构是由上部的预应力空间索网与下部的刚性支撑杆系组成的一种新型预应力空间结构.通过对不同跨度下索穹顶结构的拉索截面和劲性支撑穹顶结构刚性杆截面以及劲性支撑穹顶结构内部拉索与刚性杆截面对比分析,确定了劲性支撑穹顶结构的拓扑形式,验证了劲性支撑穹顶结构的合理性,并探讨了劲性支撑穹顶结构的发展前景与面临的主要技术问题.     

高强度铸钢与合金钢组合索夹研究与应用

大跨度索网结构广泛应用到体育场馆中,索夹作为索网结构体系中的重要组成部分,其产品质量就显得至关重要。本文结合工程实例,主要从索夹铸钢件铸造、索夹铸钢件与合金钢异种材质焊接、索夹承载力试验研究3个方面来介绍高强度铸钢与合金钢组合索夹在大跨度体育场结构上的研究与应用。     

索穹顶结构设计与施工研究现状

随着社会经济的快速发展,膜结构得到了创造性的发展,已成为现代建筑中充满活力的新型大跨度空间结构体系。索穹顶结构是近年来发展的一种轻柔高效的结构体系,属于张拉整体结构。本文就索穹顶结构设计方案与施工方法进行总结并对其存在的问题进行讨论,并对索穹顶结构发展进行展望。