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       索穹頂和弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是兩種常見的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)形式，它們都利用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)提高結(jié)構(gòu)的受力性能和穩(wěn)定性。然而，它們之間也存在一些區(qū)別和聯(lián)系，本文將從結(jié)構(gòu)組成、受力特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)對(duì)比、參數(shù)分析、預(yù)應(yīng)力優(yōu)化和工程實(shí)例等方面進(jìn)行介紹。

       結(jié)構(gòu)組成

       索穹頂結(jié)構(gòu)主要由脊索、斜索、壓桿和環(huán)索構(gòu)成，是一種全張力體系。索穹頂結(jié)構(gòu)的上部由脊索和斜索組成一個(gè)柔性的索網(wǎng)，下部由壓桿和環(huán)索組成一個(gè)剛性的環(huán)梁。索網(wǎng)和環(huán)梁通過壓桿相連，形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系。

       弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由上層的單層網(wǎng)殼和下層的張拉整體部分組成，是一種剛?cè)嵯酀?jì)的復(fù)合體系。單層網(wǎng)殼是一種連續(xù)的壓桿，是主要承重結(jié)構(gòu)。張拉整體部分包括豎向撐桿、徑向拉桿和環(huán)向拉索，是輔助穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。單層網(wǎng)殼和張拉整體部分通過撐桿相連，形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系。

       受力特點(diǎn)

       索穹頂結(jié)構(gòu)的傳力途徑為：當(dāng)外荷載作用時(shí)，荷載通過上部的柔性索網(wǎng)傳到下部壓桿上；再通過壓桿傳給環(huán)梁；環(huán)梁受力后，產(chǎn)生對(duì)支座的反向拉力，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的下端約束環(huán)梁的推力大為減少。索穹頂結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的非線性特征，特別是在施工過程中，需要精確控制各個(gè)索桿的預(yù)應(yīng)力大小和順序，以保證結(jié)構(gòu)成型后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

       弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的傳力途徑為：當(dāng)外荷載作用時(shí)，荷載通過上部的剛性單層網(wǎng)殼傳到下部撐桿上；再通過撐桿傳給拉桿和拉索；拉桿和拉索受力后，產(chǎn)生對(duì)支座的反向拉力，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的下端約束環(huán)梁的推力大為減少。弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有剛?cè)岵?jì)的特征，上部單層網(wǎng)殼可看作剛性部分，下部拉桿和拉索可看作柔性部分。剛性部分為主要承重結(jié)構(gòu)，柔性部分為輔助穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。柔性部分對(duì)剛性部分施加預(yù)應(yīng)力，改善了剛性部分的受力狀態(tài)和穩(wěn)定性。

       參數(shù)分析

       索穹頂和弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能和穩(wěn)定性與一些參數(shù)有關(guān)，如索截面、環(huán)索預(yù)應(yīng)力、布索方式、撐桿長(zhǎng)度、矢跨比等。這些參數(shù)的變化會(huì)影響結(jié)構(gòu)的剛度、變形、承載力和水平反力等。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化，以達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)效果。以下是一些參數(shù)分析的結(jié)果：

       索截面：索截面可分為斜索截面和環(huán)索截面兩大類。一般來(lái)說(shuō)，索截面的變化對(duì)弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的剛度影響較小，但對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)的剛度影響較大。因此，在設(shè)計(jì)索穹頂結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的索截面。

       環(huán)索預(yù)應(yīng)力：環(huán)索預(yù)應(yīng)力是指在結(jié)構(gòu)成型前對(duì)環(huán)向拉索施加的預(yù)應(yīng)力。環(huán)索預(yù)應(yīng)力的增大使弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和索穹頂結(jié)構(gòu)在屈曲前相當(dāng)長(zhǎng)的階段內(nèi)保持線性或接近線性，在最大變形出現(xiàn)前較大幅度提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況確定合適的環(huán)索預(yù)應(yīng)力值。

       布索方式：布索方式是指在單層網(wǎng)殼或環(huán)梁上布置拉桿和拉索的方式。布索方式主要有Levy型、Geiger型、Kiewitt型等。不同的布索方式會(huì)影響結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)，Levy型布索方式具有最好的穩(wěn)定性和最小的水平反力，但也需要最多的材料；Geiger型布索方式具有較好的穩(wěn)定性和較小的水平反力，且材料用量較少；Kiewitt型布索方式具有較差的穩(wěn)定性和較大的水平反力，但材料用量最少。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的布索方式。

       撐桿長(zhǎng)度：撐桿長(zhǎng)度是指撐桿與單層網(wǎng)殼之間形成的夾角。撐桿長(zhǎng)度會(huì)影響結(jié)構(gòu)的變形和承載能力。一般來(lái)說(shuō)，撐桿長(zhǎng)度越小，結(jié)構(gòu)的剛度越大，變形越小，承載能力越強(qiáng)；撐桿長(zhǎng)度越大，結(jié)構(gòu)的剛度越小，變形越大，承載能力越弱。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的撐桿長(zhǎng)度。

       矢跨比：矢跨比是指結(jié)構(gòu)的最大高度與最大跨度之比。矢跨比會(huì)影響結(jié)構(gòu)的幾何形狀和受力狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，矢跨比越大，結(jié)構(gòu)的幾何形狀越接近半球形，受力狀態(tài)越接近純張力體系；矢跨比越小，結(jié)構(gòu)的幾何形狀越接近平面形，受力狀態(tài)越接近純壓力體系。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的矢跨比。

       工程實(shí)例

       索穹頂和弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在世界各地的工程中都有廣泛的應(yīng)用，以下是一些典型的工程實(shí)例：

       [北京工業(yè)大學(xué)體育館]：北京工業(yè)大學(xué)體育館是2008年北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球和藝術(shù)體操比賽的場(chǎng)館之一，也是國(guó)內(nèi)最大跨度的弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。它的跨度為93米，高度為27.1米，矢跨比為0.29。它的上層網(wǎng)殼由鋼管和鑄鋼節(jié)點(diǎn)組成，下層拉桿和拉索由鋼索組成。它的預(yù)應(yīng)力大小為500千牛，預(yù)應(yīng)力方向與拉桿和拉索的方向一致，預(yù)應(yīng)力分布為不均勻分布。

       [鳳凰山體育公園足球場(chǎng)]：鳳凰山體育公園足球場(chǎng)是成都2021年第31屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)和2023年第18屆亞洲杯足球賽的主場(chǎng)館之一，也是國(guó)內(nèi)最大跨度的索穹頂結(jié)構(gòu)。它的跨度為279米，高度為64米，矢跨比為0.23。索穹頂結(jié)構(gòu)由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成。它的預(yù)應(yīng)力大小為1000千牛，預(yù)應(yīng)力方向與拉桿和拉索的方向一致，預(yù)應(yīng)力分布為均勻分布。它采用了全球首例大開口整體張拉索穹頂結(jié)構(gòu)體系，具有輕盈高效、通透美觀、自清潔能力強(qiáng)等特點(diǎn)。