大跨张弦空间结构的发展与展望-论文.pdf

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1、第40卷第3期四川建筑科学研究2014年6月SichuanBuildingScience19大跨张弦空间结构的发展与展望李斌，杜文峰(1．河南大学土木建筑学院钢与空间结构研究所，河南开封475004；2．河南大学土木建筑学院，河南开封475004)摘要：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

2、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。关键词：大跨张弦空间结构；发展；展望中图分类号：TU32文献标志码：B文章编号：1008—1933(2014)03—019—04受力特征角度看，它们都引入了预应力，在引入预应0引言力之前，结构的刚度较小甚至没有刚度，因此预应力从20世纪初期兴建的钢筋混凝土薄壳结构算对结构的受力性能起着至关重要的作用。从大跨张起，空间结构在结构形式、理论研究、工程应用上得弦空间结构的技术水平来看，是集新技术、新工艺和到了迅速发展，

3、所建设的大型体育场馆、歌剧院、会高效率于一身，是空间结构的重要发展方向之一，是展中心、候机厅等大跨度公共建筑设施很多成为一先进建筑科学技术水平的反映。下面对得到工程应个国家和地区的标志性建筑，为世人所瞩目¨4。。用的斜拉网格结构、张弦梁结构、弦支穹顶结构、索至2O世纪9O年代以后，一些新型空间结构体穹顶结构这四种大跨张弦结构的发展历史进行回系，如组合网格结构、空腹网壳结构、斜拉网格结构、顾，以探讨大跨张弦结构的发展规律。张弦梁结构、弦支穹顶结构、索穹顶结构、开合空间1斜拉网格结构的发展结构、特种空间结构以

4、及各种混合体系也先后提出并得到应用。这些结构与以前结构相比，它们都采1．1斜拉网格结构的概念和特点用了一些新颖的几何造型、先进的技术或先进的材斜拉网格结构是斜拉桥技术及预应力技术综合料，如预应力技术、膜材料等。这些采用了预应力、应用到空间结构而形成的一种形式新颖的预应力大新材料、新形式的新型空问结构开创了空间结构的跨度空间结构，通常由屋面结构、伸高的桅杆或下置新局面，成为当代建筑工程领域中最前沿的空间结的塔柱、斜拉索等三部分组成，如图1所示。斜拉结构体系。构中屋面结构本身一般为刚性或半刚性传统结构，上述的

5、前沿空间结构，按其主要特征，可以进一如空间网架、网壳、平面桁架或梁系，再由塔柱或桅步归纳为新型空间网格结构、大跨张弦空间结构、特杆顶部挂下斜拉索与刚性屋盖构件相连。种空间结构三大类。其中，斜拉网格结构、张弦梁结构、弦支穹顶结构、索穹顶结构归为大跨张弦空间结构，它们的共同特征是采用了预应力技术。从组成大跨张弦空间结构的构件层次来看，都含有索单元，是由受拉的索单元和其他受压或受弯单元构成的杂交空间结构。从大跨张弦空间结构的收稿日期：2013-03—18图1斜拉网格结构作者简介：李斌(1972一)，男，河南开封

6、人，硕士研究生，研究方向为结构工程、岩土工程。基金项目：国家自然科学基金项目(50478079)；河南大学校自然科斜拉网格结构具有如下特点：学基金项目(07YB2R035)E—mail：libinfengke@163．corn1)斜拉索为空间刚性结构提供一系列中间弹20四川建筑科学研究第40卷性支承，改变结构的受力分布，可使结构不需要靠增自平衡体系，如图2所示¨。。张弦梁结构由三类大结构高度和构件截面即能跨越很大的跨度；基本构件组成，即可以承受弯矩和压力的上弦刚性2)斜拉索分担的部分荷载直接由桅杆传至基构

7、件(通常为梁、拱或桁架)、下弦的高强度拉索以础，传力路径简洁，结构受力合理；及连接两者的撑杆。张弦梁结构通过张拉下弦高强3)对承载能力已相对较高的刚性结构施加预度曲线拉索使得撑杆产生向上的分力，导致上弦构应力，更能充分发挥高强钢材的强度，使不同性质的件产生与外部竖向荷载作用下相反的内力和变位，材料与结构相互优化组合，扬长避短；从而降低上弦构件的内力，减小结构的变形。4)通过张拉斜拉索施加预应力，更能够主动调一＼、、／整结构的内力和变形，能够部分抵消外荷载作用下粱索张弦梁的内力和挠度，从而使得斜拉结构具有较

8、好的结构图2张弦梁示意性能和经济性能；(5)斜拉结构中的桅杆立柱以及斜拉索、锚固张弦梁结构具有如下特点：等都会增加费用，因此，只有在中大跨度的空间结构1)张弦梁结构通常为平面受力体系或由平面中才具有较好的经济性能。受力单元组合而成的空间受力体系。其腹层构件只因此，斜拉索和预应力技术的引入可以改善结有竖腹杆，不存在斜腹杆，结构构成简洁，力流传递构的受力状态，降低结构的内力峰值，使结构杆件受明确。从建筑设计的角度来看，张弦梁结构形