弦支结构体系概念与分类

编者按：张拉整体是先进高效的结构概念之一，虽然真正的大跨度张拉整体结构还没有实现，但张拉整体思想派生出了索穹顶、弦支穹顶和各种新型复合预应力结构形式。从20世纪末期美国的索穹顶结构领跑全球开始，中间经历了日本的BSS结构和Suspendome结构以及德国的预应力钢结构体系，

到现在中国的弦支穹顶结构技术已经领先世界。张拉整体中连续拉索（弦）和间断的压杆（支）与各种传统结构复合，可以形成不同的弦支结构形式，因此张拉整体带动了各种弦支结构形式的快速发展。

弦支结构的概念源于日本，最初，有学者根据日语写法直接将BSS称为张弦梁和张弦桁架，也有学者将其称为张悬结构、张弦结构、索承结构等。因此，对弦支结构的概念定义、体系分类、研究进展、应用现状和发展前景，进行及时的归纳总结是十分必要的。

天津大学钢结构研究所在较早开始张拉整体研究的基础上，从20世纪末期又较早开展了BSS和弦支穹顶等复合预应力结构的研究，近20年来对弦支结构进行了系统的研究，对弦支结构的本质、

关键技术和未来发展前景有清晰的认识。本期刊出他们近来取得的部分研究成果，以期与同行专家进行探讨，

共同促进弦支结构以及各种预应力大跨度结构的发展。弦支结构体系概念与分类

*

陈志华

荣

彬

孙国军

（天津大学建筑工程学院，天津

300072）

摘要：“弦支结构”明确定义了结构的各组成部分和特点：“弦”指结构下部犹如弓弦的拉索；“支”指结

构中部起到支撑作用的压杆；“结构”是指弦支结构上部的具体结构形式。在介绍结构概念的基础上，将弦支结构分为平面型弦支结构、

可分解的空间型弦支结构和不可分解的空间型弦支结构；提出弦支网架、弦支混凝土楼盖、弦支筒壳和弦支拱壳结构；结合相关研究成果，给出3种命名分类方案；建议将此类结构体系统一称为弦支结构体系，并按照结构概念明确和体系系统完整的原则对此类结构形式进行分类。

关键词：弦支结构；结构概念；体系分类

STRUCTURALCONCEPTANDCLASSIFICATIONOF

CABLESUPPORTEDSTRUCTURES

ChenZhihua

RongBin

SunGuojun

（SchoolofCivilEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China）

Abstract：“Cablesupportedstructure”isacleardefinitionforbothstructuralmembersandfeatures.“Cable”meansthearchedtensioncablesand“supported”denotestheeffectofcompressionstruts，while“structure”representstheupperlayerinthewholestructure.Basedonintroductionofstructuralconcept，cablesupportedstructuresaredefinedascablesupportedplanestructure，separatecablesupportedspatialstructureandinseparatecablesupportedspatialstructure.Fournewtypesofcablesupportedstructureswhicharecablesupportedspacetrussesstructure，cablesupportedconcreteroofstructure，cablesupportedbarrelvaultstructureandcablesupportedarch-domestructurearepresentedinthispaper.Accordingtoresearchworkinthisfieldofcablesupportedstructure，threekindsofclassificationswhichcanbecompatibletoallresearchoutcomesareproposed.Thedefinitionofcablesupportedstructureisalsorecommendedinthispaper.Usingthisclassification，cablesupportedstructurecanbedefinedasaclearintegrityandcanbeappliedinstudy，developmentandpracticeconveniently.Keywords：cablesupportedstructure；structuralconcept；systemclassification

1弦支结构的概念

当代中国，建设环境友好型和资源节约型社会

*国家自然基金资助项目（50778122）。第一作者：陈志华，男，1966年出生，博士，教授。

已成为时代主题。对于建筑结构，不但要满足安全E－mail：[email protected]

性和适用性的要求，

还要兼具美观和经济的功能。收稿日期：2010－03－10

IndustrialConstructionVol.40，No.8，2010

工业建筑2010年第40卷第8期

1

顺应时代的要求，大跨度空间钢结构以其建筑外形灵活新颖，充分利用结构骨架形式和结构材料性能的特点，得到了广泛的研究和应用。

基于张拉整体概念的弦支结构是一种高效的大20世纪80年代一经提出，跨度空间钢结构形式，即在国外的多个实际工程中得到应用

［1－6］

构形式（如下沉式梁），只是没有进行命名和系统研究。弦支梁结构在引入国内工程应用时，由于直接“张弦梁”“张弦梁”取其日语定义，故的名称沿用至本文称之为弦支梁。今。为了准确地定义结构特点，

弦支桁架是在平面弦支梁基础上发展而来，采用平面桁架和立体桁架取代上部梁构件，就形成弦支桁架。近年来，将“弦支”概念应用于平面刚架，又出现了弦支刚架，如图2所示。

。我国对于

弦支结构的研究也起步较早。如1998年天津大学——张弦梁进行了受刘锡良教授等对典型弦支结构—力性能分析

［7－8］

。新世纪伊始，在国家自然科学基

基于张拉整体概念的弦金（编号：50008010/E0807，

2000年3月）和中国博士后科学支结构体系研究，

98］9号，张弦穹顶的静力性能研究，基金（中博基［

1997年7月）的支持下，国内学者对弦支结构进行了系统的理论分析和试验研究，为工程实践应用提供技术保证。随着国民经济的增长，诸如北京奥运会、上海世博会等大型社会文体活动的举行，如今弦展览馆、航站楼、影剧院、车支结构已在体育场馆、

站、大型商场、飞机库、煤棚与仓库等建筑中得到了大量采用

［9－21］

1—弦；2—撑杆；3—上弦图1

Fig.1

单向弦支结构

Cablesupportedplanestructure

。

弦支结构的概念是由连续受拉构件（索或钢拉杆）和独立受压杆件（撑杆）共同支承上部受压结构（或构件）而形成的结构形式。“弦支结构”明确定：“弦”义了结构的各组成部分和特点指结构下部犹；“支”如弓弦的拉索指结构中部起到支撑作用的压；“结构”是指弦支结构上部的具体结构形式。如杆

上部为梁就称为弦支梁（也称为张弦梁网壳

［23］

［3－7］

图2

Fig.2

弦支刚架

）；上部、索承

Cablesupportedportalframe

为网壳就称为弦支穹顶（也称为索撑网壳

和索托网壳

［24］

［22］

等）。结构本质是用撑杆连

平面型弦支结构在迁安文化会展中心（图3）、新中国国际展览中心（图4）和南京会展中心（图5）等多项工程应用。

接上部受压弯构件和下部受拉构件，通过在受拉构件上施加预应力，使上部结构产生反挠度，从而减小荷载作用下的最终挠度，改善上部构件的受力形式；并且通过调整受拉构件的预应力，减小结构对支座产生的水平推力，使之成为自平衡体系。2

弦支结构的类型

受力机理及传力根据各种弦支结构组成要素、

机制的不同，将弦支结构分为平面型弦支结构、可分解的空间型弦支结构（平面组合型弦支结构）和不可分解的空间型弦支结构。2.1

平面型弦支结构

单向弦支结构（图1）是典型的平面型弦支结构，各单榀弦支结构通常采用弦支梁（或弦支桁架）。弦支梁结构于1986年由日本大学M.Saitoh。其实早在M.教授首次提出并命名为“张弦梁”

Saitoh提出前，我国和欧洲一些国家就有类似的结2

图3

Fig.3

迁安文化会展中心弦支梁

CablesupportedbeamforQian’anHKCEC

2.2结构）

可分解的空间型弦支结构（平面组合型弦支可分解的空间型弦支结构又称为平面组合型弦

支结构，它是由平面型弦支结构组合形成的一种空间弦支结构，其受力机理具有空间特性，如双向张弦多向张弦结构和辐射张弦结构，如图6所示。结构、

工业建筑

2010年第40卷第8期

可分解的空间型弦支结构是目前国内应用最为25－26］广泛的弦支结构形式，文献［对近年来可分解的空间型弦支结构研究工作和实际工程应用进行本文在此不再赘述。了详细总结，2.3

不可分解的空间型弦支结构

不可分解的空间型弦支结构不能分解为单榀平面弦支结构，撑杆通过斜索和环索连接上部结构，成

图4Fig.4

新中国国际展览中心弦支桁架CablesupportedtrussforNewChinaInternationalExhibitionCenter

为整体空间受力体系，受力性能更好，刚度更大。弦支穹顶

［27－33］

是典型不可分解的的空间弦支结构。

除了弦支穹顶结构以外，还有几种其他的新型不可分解的空间型弦支结构体系，如弦支网架结构，弦支弦混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝土夹芯板），支筒壳结构和弦支拱壳结构等。2.3.1

弦支穹顶

弦支穹顶结构由单层网壳和下部撑杆、拉索组成，各环撑杆的上端与单层网壳对应的各环节点铰接；撑杆下端由径向拉索与单层网壳的下一环节点

图5Fig.5

南京会展中心弦支桁架

连接；同一环的撑杆下端由环向箍索连接在一起，使整个结构形成一个完整的结构体系。根据上层单层网壳形式，弦支穹顶又可以分为：肋环型弦支穹顶，

CablesupportedtrussforNanjing

ConventionandExhibitionCenter

a—双向弦支结构；b—多向弦支结构；c—辐射式弦支结构

图6Fig.6

可分解的空间型弦支结构形式Separatecablesupportedspatialstructure

施威德勒型弦支穹顶，联方型弦支穹顶，凯威特型弦支穹顶，三向网格型弦支穹顶及短程线型弦支穹顶，如图7所示。2.3.2

弦支网架结构

弦支网架结构是指由刚性网架结构和柔性索通过支杆相连而形成的一种结构形式。结构主要构成撑杆和下弦拉索等，结构构成方部分包括上层网架，式如图8所示。2.3.3

弦支混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝

土夹芯板）

弦支混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝土夹芯板）的主要部件包括：钢筋混凝土板、撑杆、穿心钢球和钢拉索等。结构构成方式如图9所示。2.3.4

弦支筒壳结构

弦支筒壳结构的主要部件包括：柱面网壳、拉

——陈志华，弦支结构体系概念与分类—等

索、锚固节点，撑杆、转折节点、支座节点等。结构构成方式如图10所示。2.3.5

弦支拱壳结构

弦支拱壳结构由两部分组成：上部的拱支网壳结构和下部的张拉整体部分。结构构成方式如图11所示。3

命名分类方案

目前，在弦支结构体系研究过程中，国内学者给出了几种不同的提法，如张弦结构体系和索杆结构“张弦”体系，前者所描述的源于日语，依据不足，并且这种提法并没有完全包含该结构体系的所有构成要素，如中间撑杆要素没有体现。后者索杆仅仅体现出了结构体系构成的元素，并没有体现出元素之间的关系，还有一些索承网壳、索撑网壳和杂交空间

3

1—柱面网壳；2—拉索；3—锚固节点；4—撑杆；

5—转折节点；6—支座节点图10

Fig.10

弦支筒壳结构

Cablesupportedbarrelvaultstructure

表1

Table1

3种命名分类方案

Threekindsofclassificationschemes

结构分类

结构名称

单向张弦梁、单向张弦桁架双向张弦桁架双向张弦梁、

多向张弦梁、多向张弦桁架辐射式张弦梁、辐射式张弦

桁架

（方案一）

平面型弦支结构

弦支结构可分解的空间型弦支结构

（平面组合型弦支结构）

a—肋环型；b—施威德勒型；c—联方型；d—凯威特型；e—三向网格型；f—短程线型

图7Fig.7

弦支穹顶形式Suspen-domestructure

（方案二）

不可分解的空间型

弦支结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳弦支拱壳

平面型张弦结构单向张弦梁、单向张弦桁架双向张弦梁、双向张弦桁架多向张弦桁架多向张弦梁、

辐射式张弦梁、辐射式张弦

桁架

张弦结构可分解的空间型张弦结构

（平面组合型张弦结构）

不可分解的空间型

张弦结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳

图8

Fig.8

弦支网架结构

（方案三）

平面型弦支结构

弦支结构可分解的空间型弦支结构

弦支拱壳

单向弦支梁、单向弦支桁架双向弦支桁架双向弦支梁、

多向弦支梁、多向弦支桁架辐射式弦支辐射式弦支梁、

桁架

不可分解的空间型

弦支结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳弦支拱壳

Cablesupportedspacetrussesstructure

1—钢筋混凝土板；2—撑杆；3—穿心钢球；4—钢拉索

图9

Fig.9

弦支混凝土楼盖结构

空间结构相比，在结构设计、施工、选材和创新等方面具有显著的优势：

1）结构设计方面：弦支结构体系受力合理。高强度预应力拉索的引入使上部结构和下部索杆部分形成整体，从而共同工作；索的预拉力通过撑杆使上部结构产生与荷载作用下相反的位移，部分抵消外荷载的作用；同时，下部张拉构件承担荷载作用下结构的外推力，不会对边缘环梁和支座产生过大的水

工业建筑

2010年第40卷第8期

Cablesupportedconcreteroofstructure

网格等，其实都属于同一种弦支结构体系，即不可分解的空间型弦支结构。本文给出目前国内学者可以接受的3种命名分类方案，如表1所示。4

结

语

弦支结构是刚柔结合的复合空间结构，与传统4

方法思想明确，系统完整，在促使弦支结构体系理论完善、技术成熟等方面起到积极作用。

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ofIASS

Cablesupportedarch-domestructure

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从而使矢高较小的上部结构在大跨度工程中的应用成为可能。

2）结构施工方面：施工过程得以简化。弦支结构的上部结构具有一定刚度，这使得结构的施工及节点构造较之柔性结构将大为简化。预应力拉索可以简单地通过伸长撑杆而获得张拉；同时，结构产生的水平推力由下部张拉构件来承担，而不是由支座承担。因此，结构支座可以设计成径向滑动铰支座，不限制结构的径向位移。考虑到施加预应力后结构的变形较大，约束方式可以在结构施加完预应力后，对支座加以处理即可。

3）结构选材方面：屋面材料容易选择。弦支结构的刚度相对于张拉膜结构等柔性结构要大得多，这使得屋面材料更容易与刚性材料相匹配。因此其屋面覆盖材料可以采用刚性材料，如压型彩钢板、混凝土预制或现浇板等的屋面结构；同时，与膜材料等柔性屋面材料相比，刚性屋面材料具有建筑造价低、施工连接工艺成熟和保温遮阳性能相对较好等优点。

4）结构创新方面：20世纪美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）提出张拉整体概念———由不连续的受压杆件与连续的受拉单元组成的自支承、自应力空间网格结构。由于理论上具有可以最大限度地利用结构材料特性，利用最少的钢材建造大跨度建筑结张拉整体结构一直是世界各国建筑结构构等优点，

领域的专家及研究院所的研究热点。但由于建筑技迄今为止，仍没有真正的张拉整体结构实术的限制，

际工程，仅有张拉整体雕塑作品。弦支结构体系的出现，使得将传统刚性结构和张拉整体概念结合形成新的结构体系成为可能。

为了便于学术交流，促进弦支结构体系的进一步发展，分类方法建议采用第3节中的方案三，统一称为弦支结构。本文所提出的弦支结构概念与分类

——陈志华，弦支结构体系概念与分类—等

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.建筑结构，2009，14（3）：59－64.合拱复合结构体系［J］

，欢迎订阅《环境工程》邮发代号：82－64

26

工业建筑

2010年第40卷第8期

编者按：张拉整体是先进高效的结构概念之一，虽然真正的大跨度张拉整体结构还没有实现，但张拉整体思想派生出了索穹顶、弦支穹顶和各种新型复合预应力结构形式。从20世纪末期美国的索穹顶结构领跑全球开始，中间经历了日本的BSS结构和Suspendome结构以及德国的预应力钢结构体系，

到现在中国的弦支穹顶结构技术已经领先世界。张拉整体中连续拉索（弦）和间断的压杆（支）与各种传统结构复合，可以形成不同的弦支结构形式，因此张拉整体带动了各种弦支结构形式的快速发展。

弦支结构的概念源于日本，最初，有学者根据日语写法直接将BSS称为张弦梁和张弦桁架，也有学者将其称为张悬结构、张弦结构、索承结构等。因此，对弦支结构的概念定义、体系分类、研究进展、应用现状和发展前景，进行及时的归纳总结是十分必要的。

天津大学钢结构研究所在较早开始张拉整体研究的基础上，从20世纪末期又较早开展了BSS和弦支穹顶等复合预应力结构的研究，近20年来对弦支结构进行了系统的研究，对弦支结构的本质、

关键技术和未来发展前景有清晰的认识。本期刊出他们近来取得的部分研究成果，以期与同行专家进行探讨，

共同促进弦支结构以及各种预应力大跨度结构的发展。弦支结构体系概念与分类

*

陈志华

荣

彬

孙国军

（天津大学建筑工程学院，天津

300072）

摘要：“弦支结构”明确定义了结构的各组成部分和特点：“弦”指结构下部犹如弓弦的拉索；“支”指结

构中部起到支撑作用的压杆；“结构”是指弦支结构上部的具体结构形式。在介绍结构概念的基础上，将弦支结构分为平面型弦支结构、

可分解的空间型弦支结构和不可分解的空间型弦支结构；提出弦支网架、弦支混凝土楼盖、弦支筒壳和弦支拱壳结构；结合相关研究成果，给出3种命名分类方案；建议将此类结构体系统一称为弦支结构体系，并按照结构概念明确和体系系统完整的原则对此类结构形式进行分类。

关键词：弦支结构；结构概念；体系分类

STRUCTURALCONCEPTANDCLASSIFICATIONOF

CABLESUPPORTEDSTRUCTURES

ChenZhihua

RongBin

SunGuojun

（SchoolofCivilEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China）

Abstract：“Cablesupportedstructure”isacleardefinitionforbothstructuralmembersandfeatures.“Cable”meansthearchedtensioncablesand“supported”denotestheeffectofcompressionstruts，while“structure”representstheupperlayerinthewholestructure.Basedonintroductionofstructuralconcept，cablesupportedstructuresaredefinedascablesupportedplanestructure，separatecablesupportedspatialstructureandinseparatecablesupportedspatialstructure.Fournewtypesofcablesupportedstructureswhicharecablesupportedspacetrussesstructure，cablesupportedconcreteroofstructure，cablesupportedbarrelvaultstructureandcablesupportedarch-domestructurearepresentedinthispaper.Accordingtoresearchworkinthisfieldofcablesupportedstructure，threekindsofclassificationswhichcanbecompatibletoallresearchoutcomesareproposed.Thedefinitionofcablesupportedstructureisalsorecommendedinthispaper.Usingthisclassification，cablesupportedstructurecanbedefinedasaclearintegrityandcanbeappliedinstudy，developmentandpracticeconveniently.Keywords：cablesupportedstructure；structuralconcept；systemclassification

1弦支结构的概念

当代中国，建设环境友好型和资源节约型社会

*国家自然基金资助项目（50778122）。第一作者：陈志华，男，1966年出生，博士，教授。

已成为时代主题。对于建筑结构，不但要满足安全E－mail：[email protected]

性和适用性的要求，

还要兼具美观和经济的功能。收稿日期：2010－03－10

IndustrialConstructionVol.40，No.8，2010

工业建筑2010年第40卷第8期

1

顺应时代的要求，大跨度空间钢结构以其建筑外形灵活新颖，充分利用结构骨架形式和结构材料性能的特点，得到了广泛的研究和应用。

基于张拉整体概念的弦支结构是一种高效的大20世纪80年代一经提出，跨度空间钢结构形式，即在国外的多个实际工程中得到应用

［1－6］

构形式（如下沉式梁），只是没有进行命名和系统研究。弦支梁结构在引入国内工程应用时，由于直接“张弦梁”“张弦梁”取其日语定义，故的名称沿用至本文称之为弦支梁。今。为了准确地定义结构特点，

弦支桁架是在平面弦支梁基础上发展而来，采用平面桁架和立体桁架取代上部梁构件，就形成弦支桁架。近年来，将“弦支”概念应用于平面刚架，又出现了弦支刚架，如图2所示。

。我国对于

弦支结构的研究也起步较早。如1998年天津大学——张弦梁进行了受刘锡良教授等对典型弦支结构—力性能分析

［7－8］

。新世纪伊始，在国家自然科学基

基于张拉整体概念的弦金（编号：50008010/E0807，

2000年3月）和中国博士后科学支结构体系研究，

98］9号，张弦穹顶的静力性能研究，基金（中博基［

1997年7月）的支持下，国内学者对弦支结构进行了系统的理论分析和试验研究，为工程实践应用提供技术保证。随着国民经济的增长，诸如北京奥运会、上海世博会等大型社会文体活动的举行，如今弦展览馆、航站楼、影剧院、车支结构已在体育场馆、

站、大型商场、飞机库、煤棚与仓库等建筑中得到了大量采用

［9－21］

1—弦；2—撑杆；3—上弦图1

Fig.1

单向弦支结构

Cablesupportedplanestructure

。

弦支结构的概念是由连续受拉构件（索或钢拉杆）和独立受压杆件（撑杆）共同支承上部受压结构（或构件）而形成的结构形式。“弦支结构”明确定：“弦”义了结构的各组成部分和特点指结构下部犹；“支”如弓弦的拉索指结构中部起到支撑作用的压；“结构”是指弦支结构上部的具体结构形式。如杆

上部为梁就称为弦支梁（也称为张弦梁网壳

［23］

［3－7］

图2

Fig.2

弦支刚架

）；上部、索承

Cablesupportedportalframe

为网壳就称为弦支穹顶（也称为索撑网壳

和索托网壳

［24］

［22］

等）。结构本质是用撑杆连

平面型弦支结构在迁安文化会展中心（图3）、新中国国际展览中心（图4）和南京会展中心（图5）等多项工程应用。

接上部受压弯构件和下部受拉构件，通过在受拉构件上施加预应力，使上部结构产生反挠度，从而减小荷载作用下的最终挠度，改善上部构件的受力形式；并且通过调整受拉构件的预应力，减小结构对支座产生的水平推力，使之成为自平衡体系。2

弦支结构的类型

受力机理及传力根据各种弦支结构组成要素、

机制的不同，将弦支结构分为平面型弦支结构、可分解的空间型弦支结构（平面组合型弦支结构）和不可分解的空间型弦支结构。2.1

平面型弦支结构

单向弦支结构（图1）是典型的平面型弦支结构，各单榀弦支结构通常采用弦支梁（或弦支桁架）。弦支梁结构于1986年由日本大学M.Saitoh。其实早在M.教授首次提出并命名为“张弦梁”

Saitoh提出前，我国和欧洲一些国家就有类似的结2

图3

Fig.3

迁安文化会展中心弦支梁

CablesupportedbeamforQian’anHKCEC

2.2结构）

可分解的空间型弦支结构（平面组合型弦支可分解的空间型弦支结构又称为平面组合型弦

支结构，它是由平面型弦支结构组合形成的一种空间弦支结构，其受力机理具有空间特性，如双向张弦多向张弦结构和辐射张弦结构，如图6所示。结构、

工业建筑

2010年第40卷第8期

可分解的空间型弦支结构是目前国内应用最为25－26］广泛的弦支结构形式，文献［对近年来可分解的空间型弦支结构研究工作和实际工程应用进行本文在此不再赘述。了详细总结，2.3

不可分解的空间型弦支结构

不可分解的空间型弦支结构不能分解为单榀平面弦支结构，撑杆通过斜索和环索连接上部结构，成

图4Fig.4

新中国国际展览中心弦支桁架CablesupportedtrussforNewChinaInternationalExhibitionCenter

为整体空间受力体系，受力性能更好，刚度更大。弦支穹顶

［27－33］

是典型不可分解的的空间弦支结构。

除了弦支穹顶结构以外，还有几种其他的新型不可分解的空间型弦支结构体系，如弦支网架结构，弦支弦混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝土夹芯板），支筒壳结构和弦支拱壳结构等。2.3.1

弦支穹顶

弦支穹顶结构由单层网壳和下部撑杆、拉索组成，各环撑杆的上端与单层网壳对应的各环节点铰接；撑杆下端由径向拉索与单层网壳的下一环节点

图5Fig.5

南京会展中心弦支桁架

连接；同一环的撑杆下端由环向箍索连接在一起，使整个结构形成一个完整的结构体系。根据上层单层网壳形式，弦支穹顶又可以分为：肋环型弦支穹顶，

CablesupportedtrussforNanjing

ConventionandExhibitionCenter

a—双向弦支结构；b—多向弦支结构；c—辐射式弦支结构

图6Fig.6

可分解的空间型弦支结构形式Separatecablesupportedspatialstructure

施威德勒型弦支穹顶，联方型弦支穹顶，凯威特型弦支穹顶，三向网格型弦支穹顶及短程线型弦支穹顶，如图7所示。2.3.2

弦支网架结构

弦支网架结构是指由刚性网架结构和柔性索通过支杆相连而形成的一种结构形式。结构主要构成撑杆和下弦拉索等，结构构成方部分包括上层网架，式如图8所示。2.3.3

弦支混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝

土夹芯板）

弦支混凝土楼盖结构（弦支钢丝网架混凝土夹芯板）的主要部件包括：钢筋混凝土板、撑杆、穿心钢球和钢拉索等。结构构成方式如图9所示。2.3.4

弦支筒壳结构

弦支筒壳结构的主要部件包括：柱面网壳、拉

——陈志华，弦支结构体系概念与分类—等

索、锚固节点，撑杆、转折节点、支座节点等。结构构成方式如图10所示。2.3.5

弦支拱壳结构

弦支拱壳结构由两部分组成：上部的拱支网壳结构和下部的张拉整体部分。结构构成方式如图11所示。3

命名分类方案

目前，在弦支结构体系研究过程中，国内学者给出了几种不同的提法，如张弦结构体系和索杆结构“张弦”体系，前者所描述的源于日语，依据不足，并且这种提法并没有完全包含该结构体系的所有构成要素，如中间撑杆要素没有体现。后者索杆仅仅体现出了结构体系构成的元素，并没有体现出元素之间的关系，还有一些索承网壳、索撑网壳和杂交空间

3

1—柱面网壳；2—拉索；3—锚固节点；4—撑杆；

5—转折节点；6—支座节点图10

Fig.10

弦支筒壳结构

Cablesupportedbarrelvaultstructure

表1

Table1

3种命名分类方案

Threekindsofclassificationschemes

结构分类

结构名称

单向张弦梁、单向张弦桁架双向张弦桁架双向张弦梁、

多向张弦梁、多向张弦桁架辐射式张弦梁、辐射式张弦

桁架

（方案一）

平面型弦支结构

弦支结构可分解的空间型弦支结构

（平面组合型弦支结构）

a—肋环型；b—施威德勒型；c—联方型；d—凯威特型；e—三向网格型；f—短程线型

图7Fig.7

弦支穹顶形式Suspen-domestructure

（方案二）

不可分解的空间型

弦支结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳弦支拱壳

平面型张弦结构单向张弦梁、单向张弦桁架双向张弦梁、双向张弦桁架多向张弦桁架多向张弦梁、

辐射式张弦梁、辐射式张弦

桁架

张弦结构可分解的空间型张弦结构

（平面组合型张弦结构）

不可分解的空间型

张弦结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳

图8

Fig.8

弦支网架结构

（方案三）

平面型弦支结构

弦支结构可分解的空间型弦支结构

弦支拱壳

单向弦支梁、单向弦支桁架双向弦支桁架双向弦支梁、

多向弦支梁、多向弦支桁架辐射式弦支辐射式弦支梁、

桁架

不可分解的空间型

弦支结构

弦支穹顶弦支网架弦支混凝土楼盖

弦支筒壳弦支拱壳

Cablesupportedspacetrussesstructure

1—钢筋混凝土板；2—撑杆；3—穿心钢球；4—钢拉索

图9

Fig.9

弦支混凝土楼盖结构

空间结构相比，在结构设计、施工、选材和创新等方面具有显著的优势：

1）结构设计方面：弦支结构体系受力合理。高强度预应力拉索的引入使上部结构和下部索杆部分形成整体，从而共同工作；索的预拉力通过撑杆使上部结构产生与荷载作用下相反的位移，部分抵消外荷载的作用；同时，下部张拉构件承担荷载作用下结构的外推力，不会对边缘环梁和支座产生过大的水

工业建筑

2010年第40卷第8期

Cablesupportedconcreteroofstructure

网格等，其实都属于同一种弦支结构体系，即不可分解的空间型弦支结构。本文给出目前国内学者可以接受的3种命名分类方案，如表1所示。4

结

语

弦支结构是刚柔结合的复合空间结构，与传统4

方法思想明确，系统完整，在促使弦支结构体系理论完善、技术成熟等方面起到积极作用。

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弦支拱壳结构

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ofIASS

Cablesupportedarch-domestructure

平推力，整体结构形成应力自平衡体系。通过调整环索的预拉力可以达到控制结构构件应力、减小变提高抗屈曲性能及降低对边界水平推力的目的，形、

从而使矢高较小的上部结构在大跨度工程中的应用成为可能。

2）结构施工方面：施工过程得以简化。弦支结构的上部结构具有一定刚度，这使得结构的施工及节点构造较之柔性结构将大为简化。预应力拉索可以简单地通过伸长撑杆而获得张拉；同时，结构产生的水平推力由下部张拉构件来承担，而不是由支座承担。因此，结构支座可以设计成径向滑动铰支座，不限制结构的径向位移。考虑到施加预应力后结构的变形较大，约束方式可以在结构施加完预应力后，对支座加以处理即可。

3）结构选材方面：屋面材料容易选择。弦支结构的刚度相对于张拉膜结构等柔性结构要大得多，这使得屋面材料更容易与刚性材料相匹配。因此其屋面覆盖材料可以采用刚性材料，如压型彩钢板、混凝土预制或现浇板等的屋面结构；同时，与膜材料等柔性屋面材料相比，刚性屋面材料具有建筑造价低、施工连接工艺成熟和保温遮阳性能相对较好等优点。

4）结构创新方面：20世纪美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）提出张拉整体概念———由不连续的受压杆件与连续的受拉单元组成的自支承、自应力空间网格结构。由于理论上具有可以最大限度地利用结构材料特性，利用最少的钢材建造大跨度建筑结张拉整体结构一直是世界各国建筑结构构等优点，

领域的专家及研究院所的研究热点。但由于建筑技迄今为止，仍没有真正的张拉整体结构实术的限制，

际工程，仅有张拉整体雕塑作品。弦支结构体系的出现，使得将传统刚性结构和张拉整体概念结合形成新的结构体系成为可能。

为了便于学术交流，促进弦支结构体系的进一步发展，分类方法建议采用第3节中的方案三，统一称为弦支结构。本文所提出的弦支结构概念与分类

——陈志华，弦支结构体系概念与分类—等

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工业建筑

2010年第40卷第8期