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标题: 谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程 [打印本页]

作者: congc 时间: 2002-10-14 10:28 标题: 谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

我看到过中文的文献，不太详细。谁有geiger索穹顶专利中的施工张拉成形过程资料，帮忙贴一个，谢谢！

作者: congc 时间: 2002-10-25 17:49 标题: 回复：谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

怎么没人恢复呀，看来国内这方面做的挺少。

作者: hhux 时间: 2002-10-26 07:47 标题: 回复：谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

有关此话题，本想写个帖子和您交流一下，一直没有挤出时间。

下面的网站，既有Geiger、Fuller 等大师的论述，更有许多工程实例，建议您访问一下。欢迎您将访问后的收获和体会写成帖子，告诉其他朋友，谢谢。

http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/domes.html

作者: congc 时间: 2002-10-26 18:17 标题: 回复：谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

谢谢hhux，我看了以后一定把心得告诉大家！

作者: hcw 时间: 2002-11-1 16:55 标题: 回复：谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

请查阅《昆明理工大学》学报（2000.1）有相关内容。

作者: civilman 时间: 2002-11-12 20:14 标题: 回复：谁能贴一下索穹顶的施工张拉成形过程

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仅为转载，版权属作者，和本文无关！

606索穹顶的施工张拉及其模拟计算
黄呈伟陶燕罗小青田毅
（昆明理工大学建筑工程与力学系，昆明，650093）
摘要：本文介绍了索穹顶结构的连接方法、施工张拉过程及其模拟计算，并按模拟计算工序和参数架设了索穹顶模型。实施操作与测试结果证明了施工张拉及其模拟计算的可行性和正确性。关键字：索穹顶，张力调整中图分类号：
1、  概述
索穹顶结构是目前跨度最大的空间结构形式。该结构是八十年代由美国工程师盖格在富勒的整体张拉概念基础上开发的一种结构体系。在国外，已被成功地应用于一些著名的大跨建筑，例如，由盖格事务所为圣彼得堡、伊利诺依、旧金山、纽约、汉城、亚特兰大等地设计和建造的大跨建筑，都是采用索穹顶结构。其中以在圣彼得堡建成的太阳海岸穹顶，（直径为210m）和亚特兰大体育馆（椭圆平面 240m×193m）为世人瞩目,充分体现了其高新技术优势。近年来，索穹顶结构的应用和发展，引起了国际空间结构学术界和工程界的高度重视。
  索穹顶结构的技术要点主要表现在结构计算、节点设计与制作、施工张拉控制三个方面。我国对索穹顶的结构计算理论和方法进行了较深入的研究，已解决了结构设计计算问题，同时也开展了节点设计与施工技术方面的研究，但工程应用尚属空白。在施工技术上，索穹顶结构与其它刚性的空间结构不同。索穹顶结构是一种预应力空间结构，由柔性钢索和不连续的刚性杆件组成，具有整体性和初始（无应力状态）不稳定性。对于这样一种大跨结构，要对其实施整体张拉并不是一件容易的事，而它的成败直接关系到索穹顶结构能否实施。国外对此仅作了一点简单的工程报导，没有发表实质性的研究论文。事实上，实施整体张拉与控制并不是单纯的施工技术问题，它还涉及到结构的力学特性以及构件设计问题。因此，进一步研究索穹顶结构的整体张拉控制方法，对索穹顶结构在我国的实施有重要的意义。
    本文通过架设一个5m直径的索穹顶模型，探讨和介绍了索穹顶的构件连接、张拉工序及内力控制等主要施工环节。并采用考虑几何非线性的有限元法，结合索穹顶结构的连接与整体张拉过程，编制了施工张拉模拟计算程序，对模型的张拉过程作了模拟计算。这对于研究索穹顶结构在施工张拉过程中的调整控制方法，指导索穹顶结构的施工具有重要意义。

图1、结构简图
2、索穹顶形态与内力的基本关系
    索穹顶结构由径向索、环索、压杆、外压环和内拉环组成，如图1所示。其中径向索又分为屋面脊索和与压杆下端相连的斜索。索穹顶结构在初始无应力状态是不稳定的，必须施加预张力才能使之成形为结构。施加预张力的过程就是一个收紧钢索的过程。由图1可见，在空间结构体系中，任何一根钢索张力变化，都会引起整个结构的内力发生变化。在实施整体张拉成形过程中，如何保证钢索张力不超过设计张力，这是索穹顶结构施工过程要解决的基本问题。为此，必须确定和有效控制索穹顶结构中各构件在张拉过程中的张力变化。为方便起见，这里用图1 所示的投影平面为圆形的肋环型索穹顶进行讨论。对于这样的轴对称结构，可取一榀索桁架讨论其内力基本关系.
一榀索桁架的受力关系如图2所示。图中P1 、P2、… 表示屋面节点荷载，T11 、T12、… 表示屋面脊索拉力，T21 、T22、…表示径向斜索拉力，T31 、T32、…表示环索等效拉力，F1 、F2、… 表示压杆的轴压力，R表示支反力。
图2、内力关系示意图       图3、三角形基本组合
一榀索桁架又可以划分为若干个三角形基本组合，如图3所示，即索桁架由三角形基本组合构成。索穹顶结构之所以能形成穹顶，就是通过环索的张力，托起每一个三角形，构成逐级向上的穹顶结构。显然，环索张力越大，屋顶隆起高度越高，环索张力减小，屋顶隆起高度降低；反之，径向索张力增大，屋顶隆起高度降低，径向索张力减小，屋顶隆起高度增高；这就是径向索与环索的内力与索穹顶结构形态的基本关系。

3、模型几何形态与内力参数
所谓几何形态，是指索穹顶结构的空间形态，几何形态由结构各节点的空间坐标确定。索穹顶在铺设屋面材料和承受外荷载之前的形态，也称设计预张状态。本模型是由十二组径向索、两道环索构成的肋环型索穹顶（图4），属轴对称结构，其空间形态可由平面参数旋转而成。表一列出一榀索桁架的节点坐标参数、单元原长和结构在设计预张状态的内力参数。表中节点编号位置及单元编号位置如图4所示，其中1、4、7是脊索单元，2、5、8是斜索单元，3、6是压杆单元。坐标系见图2。图4、模型及部分节点、单元编号。
表一、一榀索桁架的节点坐标、单元原长和内力
节点编号  X坐标(m)  Z坐标(m)   单元编号  单元原长(m)  单元内力(kn)
A  0.250  0.353  1  0.752  0.762E+00
B  0.250  0.203   2  0.755   0.543E+00
C  1.000  0.292  3  0.320  -0.235E+00
D  0.999  -0.028  4  0.761  0.132E+01
E  1.750  0.161  5  0.774  0.977E+00
F  1.749  -0.319  6  0.480  -0.498E+00
G  2.499   0.000  7  0.766  0.230E+01
      8  0.815  0.128E+01
      环索1  0.517  0.183E+01
      环索2  0.904  0.228E+01
4、构件连接与调整方法
4.1构件连接
索穹顶结构的构件连接是在张拉成形之前进行的，其基本连接过程如下：
a先在内拉环下面设一个中心临时塔架，将中心拉环放置在上面。
b.在地面上将各组径向屋面脊索与压杆上端连好。
c.将每道环索分为数段，分段与相应压杆下端相连。
d.完成上述连接后，即可将径向索两端分别提升到环梁和中心拉环上与环索和中心拉环相连，形成一松弛且环索不连续的悬吊索--杆体系。
e.最后连接每段环索，完成结构各组构件的连接。因径向索两端已经挂起，故连接各段环索时需要一可移动支撑设备。

图5、有中心临时支撑的松弛状态

在以上步骤中，最后一步十分重要。因各段环索是通过索端的正、反螺扣相连，形成闭合的环索，而正、反螺扣的调节量是有限的。在环索调节范围内，必须即能将各段环索轻松地连接起来（环索调节到最长），又能张紧到结构的预张状态（环索调节到最短）。因此，环索的连接问题与索穹顶结构各构件的原长和可调节长度设计有关。
4.2 中心临时支撑塔架高度
如前所述，索穹顶构件的连接是在基本无应力状态下进行的。所谓基本无应力状态指的是构件中仅有因自重作用而产生的很小的应力。在一定的构件原长及可调节范围内，可确定一个合理的中心临时支撑塔架高度，来实现索穹顶在连接过程中保持基本无应力状态。形态不同的索穹顶结构，其内力分布不同，中心临时支撑塔架高度与结构形态及其内力分布有关。经计算，本例取索穹顶环梁轴线到中心临时支撑塔架顶面高度h=0.197m时，可使索穹顶在连接过程中的内力较小，有利于环索的连接。
完成整体连接后，此时的索穹顶尚未形成稳定的结构，如图4所示。还必须对其施加预张力，逐步调整形成索穹顶结构。
4.3 调节方式
钢索有两种基本的调节方式。一种是收紧环索。这种方式是在松弛状态下将各组径向索调整到设计长度，然后逐步收紧环索。在此调节方式中，调节点较少，易于将结构调整到设计状态。另一种是收紧径向索。这种方式是在松弛状态下将各道环索调整到设计长度，然后逐步调整径向索。径向索有屋面脊索和斜索，要将结构调整到设计状态，必须分别调整最外圈的屋面脊索和斜索，故该节点设计时必须具有分别调整功能，且调整过程较难控制。
无论采用那种调节方式，都必须在实施整体张拉之前作好具体的安排与调整工序设计。包括中心临时塔架高度、调整索张力时每次的调整顺序及调节量、调整过程中结构张力变化如何等，都要在索穹顶结构的全过程设计中统一协调考虑。

5、调整过程模拟计算
模拟计算的目的是通过模拟各种不同的张拉工序，计算出调整过程中结构内力的变化情况及其规律，以便实现对索穹顶结构预张拉过程的有效控制。模拟计算采用考虑几何非线性的有限元法，参见文献[1]。本文结合索穹顶结构的施工过程，编制了相应的调整模拟计算程序，可对模型的各种张拉工序进行模拟计算。这里仅给出其中一种调节工序的模拟计算结果，介绍模拟计算的基本过程。
模拟计算从索穹顶构件的连接工作完成开始，一直到调整结束达到设计预张状态。调节工序采用设定径向索索长，逐步交替收紧环索的调节方式。调节工序从收紧环索1 开始，然后交替收紧环索1和环索2，共经8次调节后达到设计预张状态。表二列出了调整过程、每次的调节量及内力的模拟计算结果。
表二、调节过程中各单元的内力(kn)
  续表二、调节过程中各单元的内力(kn)

为检验模拟计算结果的正确性，我们按模拟计算的工序及调节参数，对索穹顶模型进行了实施张拉，并测定了调节过程中的单元内力及节点坐标变化。测定结果表明：初调阶段因内力很小，测量误差较大。随着内力增大，测试结果与模拟计算结果吻合很好。测试方法与过程请参阅文献[2]，这里不在赘述。

参考文献
[1].黄呈伟，"拉索穹形屋盖结构计算分析"，昆明理工大学学报，第3卷第1期，1998.1
[2].黄呈伟等，"索穹顶结构模型试验"，空间结构，第5卷第3期，1999.9
[3].钱若军等，"索穹顶结构的特性及分析"，建筑结构学报，第19卷第2期，1998.4
[4].刘锡良，"现代空间结构的新发展"，现代土木工程的新发展，东南大学出版社，1998.12
[5].袁行飞，董石麟，"索穹顶结构几何稳定性分析"，空间结构，第5卷第1期，1999.3

Simulating of construction process for cable dome
Huang cheng wei , Tao yan , Luo xiao qing , Tian yi
(Department of Civil Engineering and Mechanics，
Kunming University of Science and Technology, Kunming, 650093)

Abstract: This paper introduce the connection ,construction process and simulating calculation for cable dome. According to the procedure and parameters in simulating, a model of cable dome is made. The feasibility and exactness are testified by the operation and testing for the model.
Key words: Cable dome, Tensioning

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