第5 章大跨空间结构新体系

第 5 章大跨空间结构新体系

六、张拉整体结构

• 张拉整体” (Tensegrity) 概念是由美国著名建筑师富勒 (R B Fuller) 提出的，它是“张拉” (Tensile) 和“整体” (Integrity) 的缩合。

• 张拉整体结构可定义为一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力、自平衡的空间网格结构。

• 张拉整体结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没有刚度，并且初始预应力的大小对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，最大限度地利用了材料和截面的特性，因此可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。


1 、概念

2 、索穹顶结构

• 索穹顶结构实际上是一处特殊的索 - 膜结构，是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系，其外形类似于穹顶，而主要的构件是钢索，由始终处于张力状态的索段构成穹顶，利用膜材作为屋面。

• 索穹顶结构主要由径向脊索、径向谷索、斜腹索、环向索、压杆和外环梁组成。

• 张拉整体索穹顶的高效能体现在结构设计上最明显的一个特点，就是随着跨度的增加，结构的重量增加并不明显。



索穹顶的结构示意图

3 、索穹顶结构的特点

• 全张力状态。索穹顶结构处于连续的张力状态。 • 与形状有关。与任何柔性的索系结构一样，索穹顶的工作机

理和能力依赖于自身的形状。如果不能找出使之成形的外形，索穹顶结构不能工作。如果找不到结构的合理形态，也就没有良好的工作性能。所以，索穹顶的分析和设计主要基于形态分析理论。所谓形态分析应是形状、拓扑和状态的分析。

• 预应力提供刚度。与索系结构相同，索穹顶的刚度主要由预应力（初应力）提供。结构几乎不存在自然刚度。因此，结构的形状、刚度与预应力分布及预应力值密切相关。由于形状不定，对结构分析带来相当大的困难。但这些预应力产生于索元的内部应力，而并不需要由外部加载张拉。


• 自支承体系。索穹顶结构是一种自支承体系。索系和压杆互锁。

• 自平衡。索穹顶在结构成形过程中不断平衡。在荷载态，压杆、下端的环索和支承结构中钢筋混凝土环梁或环形立体钢网架均是自平衡构件。

• 与施工方法和过程相关。索穹顶的形成过程即是施工过程。结构在安装过程中同时完成了预应力及结构成形。

• 非保守结构。索穹顶结构在加载后，尤其在非对称荷载作用下，结构产生变形，同时结构的刚度发生变化。当卸载后结构不能完全恢复到原来的形状和位置，也不能恢复原来的刚度。


七、开合结构

开合屋盖结构是一种在很短时间内部分或全部屋盖结构可以移动或开合的结构形式，根据使用要求或天气情况使建筑物在屋顶开启和关闭两个状态下都可以使用。

• 水平移动 • 重叠方式• 折叠方式

• 混合方式


1 、概念

2、开合结构的开合方式


1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶 (sky Dome)，其屋顶直径 205m，覆盖面积 32374m2，为平行移动和回转重叠式的空间开合钢网壳结构。整个屋盖由 4 块单独钢网壳组成，其中 3 块可以移动、中间部分为两块筒状网壳，可水平移动，两端为两块四分之一球壳，其中 1块固定， 1块可旋转移动 1800。屋盖开启后 91%的座位露在外面，赛场面积开启率可达 100%，开闭时间约 20min。

• 直径 222m 的日本福冈穹顶，该馆于 1993 年 3月建成，建筑面积 72740m2 ，是 1995 年在福冈举行的世界大学生运动会的主场馆。屋盖由 3片扇形网壳组成，最下一片固定，中间及上面两片可沿着圆的导轨移动，开合方式为回转重叠式，全部开启可呈 1250 的扇形开口，整个开启过程大约需要 20min 。


日本大分穹顶采用了沿曲面滑移的开合方式），最大跨度 2

74m ，开口面积 29

000m2 。


• 日本宫崎海洋穹顶

日本宫崎海洋穹顶（三菱重工设计， 1993建成，作为全天候型水上乐园


• 钓鱼台国宾馆网球馆是国内第一座开合式的网球馆，外围尺寸为 40m×40m 。整个屋面分为三个落地拱架，两片固定拱架跨度 40m ，一片活动拱架跨度 41.5m ，拱最高点净高 13m ，满足网球场地上空无障碍高度要求。可动屋面拱架开启宽度 10m ，驱动系统采用电控齿轮齿条驱动， 5min 可以完成开合操作。

• 钢屋盖为开合结构，其几何形状为球冠，固定屋盖采用拱支网壳，网壳为单层网壳。固定屋盖中的主拱、副拱、斜拱和内圈桁架的上弦轴线的节点位于半径为204m 的球面上，主拱、副拱、斜拱和内圈桁架的下弦轴线节点位于半径为 200m 的球面上。活动屋盖采用由移动台车多点支撑的多跨单层网壳，其单层网壳杆件轴线节点位于半径为 206.8m 的球面上，台车的轨道位于固定屋盖的主拱上弦上。

第5 章 大跨空间 结构 新体系

Documents

第5 章大跨空间结构新体系