论文部分内容阅读
从国内外近几年大跨结构工程的建设来看，轻型和新颖的张力结构是国内外大跨空间结构的发展趋势之一，索穹顶结构以其新颖的结构造型、巧妙的构思，一经问世便引起了建筑师和结构工程师的青睐。
传统的索穹顶屋面一般采用膜结构，其具有很好的跨越性能，且自重轻、部分透光、柔性大。但膜结构价格较贵，且保温性能和抗环境污染能力较差，在一些环境污染地区难以适用。玻璃面板、彩钢板等传统刚性屋面材料，能避免一般膜结构的缺点，但刚性屋面的跨越能力小，需增设次结构来支承屋面，中国大陆第一座索穹顶——无锡索穹顶采用在主结构上铺设屋面檩条的方案。而太原煤炭交易中心索穹顶则借鉴一般结构竖向玻璃幕墙的设计，创新地利用上层次索网体系来布置刚性玻璃屋面。本文针对次索网支承屋面索穹顶结构设计和施工中的若干关键技术，以太原煤炭交易中心索穹项工程为背景，进行了分析研究。
文章首先根据次索网支承屋面索穹顶结构的特点，基于非线性有限元分析方法，对结构主次索网的协同工作性能进行了分析。对比纯索穹顶结构和含上层屋面次索网的索穹顶结构两种模型，在满跨均布荷载和非对称荷载作用下的不同响应，考察了次结构索网对索穹顶主体结构带来的力学性能影响。
基于索穹顶结构施工成型的难点，在对国外已建索穹顶的施工方法进行总结的基础上，介绍了改进的索穹顶结构施工成型方法——“索穹顶无支架提升索杆累计安装张拉成型方法”。同时，对太原煤炭交易中心次索网支承屋面索穹顶结构的施工总体方案及施工环节中的关键技术进行了深入的研究。
采用“确定索杆系静力平衡态的非线性动力有限元法(简称NDFEM)”跟踪太原煤炭交易中心索穹顶结构的整个施工过程，模拟分析施工过程中结构的响应。同时将张拉施工中现场的实时监测数据与分析值进行了对比研究，进行理论与实践的比较。
由于上层屋面次索网引入，太原索穹项中节点数量及构造相对一般结构要繁琐且复杂许多。另外诸如屋面环索等一些拉索，在节点处存在着一定的折角，这就要求其连接索夹提供可靠的抗滑力。如若索夹抗滑力不足将会导致索夹在脊索上产生滑移，改变整个结构的受力，影响了结构的拓扑关系。并且，索夹会刻伤脊索，损坏Galfan索表面的防护层，影响结构的耐久性。本文中，笔者在介绍太原索穹顶典型节点设计的基础上，还进行了索夹抗滑移试验研究，考察了索夹的抗滑能力。
文章最后对本文主要的研究内容和研究成果作了较为系统的总结，提出了尚待解决的一些问题及后续进一步的研究方向。