索穹頂新型節(jié)點設(shè)計及有限元分析

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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

文章編號：１００９—６８２５（２００６）２３．０００６ ０２

索穹頂新型節(jié)點設(shè)計及有限元分析

李煜照 張建華 張毅剛

摘要：在分析索穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，針對索穹頂這種特殊的結(jié)構(gòu)，介紹了適用于索穹頂結(jié)構(gòu)的新型節(jié)點

形式，并對其進行有限元彈塑性分析，分析結(jié)果表明節(jié)點整體受力性能較好。

關(guān)鍵詞：索穹頂結(jié)構(gòu)，節(jié)點形式，鑄鋼節(jié)點

中圖分類號：ＴＵ３１８ 文獻標(biāo)識碼：Ａ

引言

不一，所以要求節(jié)點具有互鎖的功能，保證索不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象：考

索穹頂（Ｃａｂｌｅ Ｄｏｍｅ）結(jié)構(gòu)是２０世紀(jì)８０年代以來風(fēng)靡全球的

慮到索穹頂結(jié)構(gòu)的成型是逐步完成的，最終避免不了進行索力大

所以還要求節(jié)點具有可調(diào)節(jié)功能。 小的調(diào)試工作，

大跨度空間結(jié)構(gòu)，美國工程師蓋格（Ｇｅｉｇｅｒ）［ ］發(fā)展和推廣了富勒

（Ｆｕｌｌｅｒ）ｌ１ｊ的張拉整體結(jié)構(gòu)思想率先應(yīng)用于大跨度工程中，著名

的大跨建筑如韓國漢城的奧運會體育館（直徑為１１９．８ ｍ）和喬治

亞穹頂（２４０ ｍ×１９３ ｍ）。節(jié)點設(shè)計是索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)

４）節(jié)點設(shè)計盡量避免局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。

５）節(jié)點構(gòu)造簡單，加工方便。

滿足了以上的力學(xué)和功能上的要求外，設(shè)計的節(jié)點還要盡力

節(jié)，也是發(fā)揮其結(jié)構(gòu)功能的關(guān)鍵所在。節(jié)點的剛度大小是影響結(jié)

做到經(jīng)濟、美觀、輕盈。索穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計的合理與否直接關(guān)

系到結(jié)構(gòu)的受力性能、施工工藝、工程造價等。

構(gòu)是否失效的因素，節(jié)點可否轉(zhuǎn)動、能否調(diào)節(jié)等性質(zhì)是影響結(jié)構(gòu)

的整體剛度水平及其預(yù)應(yīng)力水平分布、結(jié)構(gòu)的幾何形狀、結(jié)構(gòu)在

２新型索穹頂節(jié)點形式

成型態(tài)能否順利完成等方面的重要因素。從目前國內(nèi)外對索穹

從索穹頂結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系來看，節(jié)點的連接主要是柔性索與

頂結(jié)構(gòu)的研究來看，對節(jié)點的研究不足，基本上沒有深入展開。

索的連接，柔性索與剛性桿的連接。從節(jié)點與構(gòu)件的裝配方式

如果能設(shè)計出構(gòu)造簡潔、受力合理的節(jié)點，結(jié)構(gòu)的施工也會非常

看，可分為以下幾點：

簡便，而且施工精度也易把握。因此下面圍繞索穹頂?shù)墓?jié)點設(shè)計

１）索與外壓環(huán)的連接。外壓環(huán)一般為鋼筋混凝土圈粱，索與

展開研究。

外壓環(huán)連接是將索錨固在鋼筋混凝土圈粱（外壓環(huán)）上，可以直接

采用錨具錨固。

２）索與內(nèi)拉環(huán)的連接。內(nèi)拉環(huán)由豎桿和環(huán)向桿組成，索與內(nèi)

１ 索穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計要求

為保證索穹頂結(jié)構(gòu)的實際工程應(yīng)用，其節(jié)點設(shè)計應(yīng)該考慮以

下幾個方面：

拉環(huán)連接，可以參考采用索膜結(jié)構(gòu)中索和桿的連接方式，如直接

加設(shè)耳板。

１）節(jié)點傳力途徑明確，受力合理，節(jié)點的強度和剛度要滿足

３）脊索、斜索和豎壓桿之間的連接。脊索通過節(jié)點板錨固在

要求。

２）節(jié)點能保證各個構(gòu)件的連接方式符合計算理論中力學(xué)模

節(jié)點上（見圖１）；斜索和豎壓桿一端連接于節(jié)點?？紤]到在此節(jié)

點上張拉斜索，則需要有千斤頂?shù)某袎好?。文中簡稱此節(jié)點為上

型的計算假設(shè)。

３）功能要求：考慮到索穹頂結(jié)構(gòu)節(jié)點兩端連接的索內(nèi)力大小

節(jié)點

這座歐洲第一例由計算機控制的跨時代的太陽能追蹤住宅，引起

參考文獻：

了建筑設(shè)計領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。 ［１］ＪＧＪ ２６—９５，民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［ｓ］．

展望未來，人類的選擇必然是自然化，人性化。可以說智能

［２１６Ｂ ５０１８９—２００５。公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［ｓ］．

生態(tài)建筑作為一種可持續(xù)發(fā)展的低能耗建筑較好地適應(yīng)了這種

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趨勢。生態(tài)建筑除了要充分利用熱、聲、光、氣候等自然因素，更

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好地滿足人的需求外，還應(yīng)采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果作為有效的

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手段，使建筑環(huán)境最大程度地改善。如今智能生態(tài)原理已， 泛地

與自然社會相融合的生活環(huán)境必將在不久的將來成為現(xiàn)實。

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滲透到建筑設(shè)計中的許多方面，一種建筑與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)、人

［５］（馬來西亞）楊經(jīng)文．生態(tài)設(shè)計方法［Ｊ］．時代建筑，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?！蓿螅簦澹睿?ｂｕｉｌｄｉｎｇ

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙ，ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

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收稿日期：２００６．０５ ３１

作者簡介：李煜照（１９８１ ），女，北京工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院碩士研究生，北京１０００２２

張建華（１９８０ ），男，北京工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院博士研究生，北京 １０００２２

張毅剛（１９４９．），男，博導(dǎo)，教授，北京工業(yè)大學(xué)，北京１０００２２