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。

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1 第 5 章 大跨空间结构新体系

2 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。 第 5 章 大跨空间结构新体系 1 、概念

3 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 。 第 5 章 大跨空间结构新体系

4 索穹顶 的结构 示意图

5 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。 第 5 章 大跨空间结构新体系

6 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。 第 5 章 大跨空间结构新体系

7 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 第 5 章 大跨空间结构新体系 1 、概念 2 、开合结构的开合方式

8 第 5 章 大跨空间结构新体系 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 。

9 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 。 第 5 章 大跨空间结构新体系

10 日本大分穹 顶采用了 沿曲面滑 移的开合 方式）， 最大跨度 274m ，开 口面积 29000m2 。 第 5 章 大跨空间结构新体系

11 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 第 5 章 大跨空间结构新体系

12 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。

13 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。