索穹顶新型节点设计及有限元分析

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６－ ２００６年１ ２月

第３２卷第２３期

山 西 建 筑

ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｑ＇ＵＲＥ

Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．２３

Ｄｅｃ．２００６

文章编号：１００９—６８２５（２００６）２３．０００６ ０２

索穹顶新型节点设计及有限元分析

李煜照 张建华 张毅刚

摘要：在分析索穹顶结构节点设计要求的基础上，针对索穹顶这种特殊的结构，介绍了适用于索穹顶结构的新型节点

形式，并对其进行有限元弹塑性分析，分析结果表明节点整体受力性能较好。

关键词：索穹顶结构，节点形式，铸钢节点

中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ

引言

不一，所以要求节点具有互锁的功能，保证索不出现滑移现象：考

索穹顶（Ｃａｂｌｅ Ｄｏｍｅ）结构是２０世纪８０年代以来风靡全球的

虑到索穹顶结构的成型是逐步完成的，最终避免不了进行索力大

所以还要求节点具有可调节功能。 小的调试工作，

大跨度空间结构，美国工程师盖格（Ｇｅｉｇｅｒ）［ ］发展和推广了富勒

（Ｆｕｌｌｅｒ）ｌ１ｊ的张拉整体结构思想率先应用于大跨度工程中，著名

的大跨建筑如韩国汉城的奥运会体育馆（直径为１１９．８ ｍ）和乔治

亚穹顶（２４０ ｍ×１９３ ｍ）。节点设计是索穹顶结构设计的关键环

４）节点设计尽量避免局部应力集中现象。

５）节点构造简单，加工方便。

满足了以上的力学和功能上的要求外，设计的节点还要尽力

节，也是发挥其结构功能的关键所在。节点的刚度大小是影响结

做到经济、美观、轻盈。索穹顶结构节点设计的合理与否直接关

系到结构的受力性能、施工工艺、工程造价等。

构是否失效的因素，节点可否转动、能否调节等性质是影响结构

的整体刚度水平及其预应力水平分布、结构的几何形状、结构在

２新型索穹顶节点形式

成型态能否顺利完成等方面的重要因素。从目前国内外对索穹

从索穹顶结构的拓扑关系来看，节点的连接主要是柔性索与

顶结构的研究来看，对节点的研究不足，基本上没有深入展开。

索的连接，柔性索与刚性杆的连接。从节点与构件的装配方式

如果能设计出构造简洁、受力合理的节点，结构的施工也会非常

看，可分为以下几点：

简便，而且施工精度也易把握。因此下面围绕索穹顶的节点设计

１）索与外压环的连接。外压环一般为钢筋混凝土圈粱，索与

展开研究。

外压环连接是将索锚固在钢筋混凝土圈粱（外压环）上，可以直接

采用锚具锚固。

２）索与内拉环的连接。内拉环由竖杆和环向杆组成，索与内

１ 索穹顶结构节点的设计要求

为保证索穹顶结构的实际工程应用，其节点设计应该考虑以

下几个方面：

拉环连接，可以参考采用索膜结构中索和杆的连接方式，如直接

加设耳板。

１）节点传力途径明确，受力合理，节点的强度和刚度要满足

３）脊索、斜索和竖压杆之间的连接。脊索通过节点板锚固在

要求。

２）节点能保证各个构件的连接方式符合计算理论中力学模

节点上（见图１）；斜索和竖压杆一端连接于节点。考虑到在此节

点上张拉斜索，则需要有千斤顶的承压面。文中简称此节点为上

型的计算假设。

３）功能要求：考虑到索穹顶结构节点两端连接的索内力大小

节点

这座欧洲第一例由计算机控制的跨时代的太阳能追踪住宅，引起

参考文献：

了建筑设计领域的广泛关注。 ［１］ＪＧＪ ２６—９５，民用建筑节能设计标准［ｓ］．

展望未来，人类的选择必然是自然化，人性化。可以说智能

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生态建筑作为一种可持续发展的低能耗建筑较好地适应了这种

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环境保护，１９９８

趋势。生态建筑除了要充分利用热、声、光、气候等自然因素，更

（１）：４５—４６．

好地满足人的需求外，还应采用现代科学技术的成果作为有效的

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手段，使建筑环境最大程度地改善。如今智能生态原理已， 泛地

与自然社会相融合的生活环境必将在不久的将来成为现实。

（３）：１２．１３．

渗透到建筑设计中的许多方面，一种建筑与自然环境相协调、人

［５］（马来西亚）杨经文．生态设计方法［Ｊ］．时代建筑，１９９９（３）：８９

９０．

Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｈｏｕｇｈｔ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｏｆ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ＭＥＮＧ Ｃｏｎｇ－ｌｉｎｇ ＱＩＡＯＷｅｉ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｂｉｎｇ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎａｌｉｓｅｄ ｉｔｓ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，

ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｓｙｓｔｏ＇ｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｄ ｇｎ ｍｅｔｌｘｘｉ，ｏｕｆｌｏｏｋｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅ。∞ｙｓｔｅｎ１ ｂｕｉｌｄｉｎｇ

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙ，ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

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收稿日期：２００６．０５ ３１

作者简介：李煜照（１９８１ ），女，北京工业大学建工学院硕士研究生，北京１０００２２

张建华（１９８０ ），男，北京工业大学建工学院博士研究生，北京 １０００２２

张毅刚（１９４９．），男，博导，教授，北京工业大学，北京１０００２２