CN110258802B - 一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构 - Google Patents

一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，借鉴超大跨径飞燕式桁架拱桥的悬臂拼装施工技术，利用单叶双曲面直纹面状变截面钢管制作的飞燕式桁架拱，代替单层网壳，可增强弦支穹顶结构的承载力和稳定性，降低施工难度。采用径向缆索、环向缆索、环外锚固索和竖向撑杆构成蛛网状穹支缆索体系，采用柱上刚性拱、马鞍抛物面空间缆索、曲形吊梁、斜吊杆、尾部平衡缆索和竖向撑杆构成马鞍抛物面空间缆索体系，二套自平衡缆索结构体系协同工作，优势互补。屋面拱形支架、桁架式檩条和花瓣形屋面壳构成花瓣状拱壳屋面，造型美观。本发明具有悬臂拼装施工方便、承载力高和结构稳定性好等优点，可建造200～300米超大跨径的弦支穹顶结构。

Description

一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种穹顶结构的建造技术，具体是一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构。
背景技术
弦支穹顶结构体系由上部单层网壳、中部的竖向撑杆、下部的径向拉索和环向拉索组成的大跨预应力杂交结构，其整体稳定性能较好、施工难度相对较小，具有非常广阔的应用前景。
单层网壳弦支穹顶结构在单层网壳下部布置索杆体系形成一种预应力复合结构体系，改变了结构的传力路径，改善了上部单层网壳结构的整体稳定性，解决了单层网壳面外刚度较小、对初始缺陷敏感、结构承载力由整体稳定性控制的缺点。弦支穹顶结构具有一定初始刚度，刚性的上弦层取代柔性的上弦索，使施工大为简化，通过张拉拉索等方法在结构体系内施加预应力能够调整结构的内力分布、降低杆件的内力幅值、提高结构的承载能力。
随着人类发展的进步，弦支穹顶的跨度不断增加，单层网壳结构稳定性不断下降，如果改用双层网壳弦支穹顶，其施工难度将大幅度的增加。
针对超大跨径弦支穹顶的需求，必须创新改革弦支穹顶结构形体，工程界亟需研发一种跨径200～300米超大跨径的弦支穹顶结构。
飞燕式拱桥的造型美观，深受人们的喜爱，飞燕式拱桥是两边带悬臂半跨的中承式钢管混凝土系杆拱桥，通过锚固于两边跨端部的拉索来平衡主跨大部分推力，也称自平衡式或自锚式拱桥。
借鉴超大跨径飞燕式钢管拱桥的技术，采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，悬臂施工建造超大跨径的弦支穹顶结构，可增加超大跨径弦支穹顶结构的整体稳定性和结构承载力，可以使施工大为简化。采用蜘蛛网缆索和马鞍抛物面空间缆索二套缆索体系，协同工作，代替单一的径向拉索和环向拉索预应力体系，平衡飞燕式桁架拱推力，调整结构的内力分布，发挥飞燕式桁架拱受力优势的同时能充分利用索材的高强抗拉性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，包括飞燕式桁架拱，所述的飞燕式桁架拱是包括拱形上弦杆、拱形下弦杆、半跨副拱和桁架拱腹杆，拱形上弦杆在飞燕式桁架拱的上部，拱形下弦杆和左右两个半跨副拱在飞燕式桁架拱的下部，拱形上弦杆尾部与左右两个半跨副拱尾部相交于一点，飞燕式桁架拱的腹部设置有桁架拱腹杆，多个飞燕式桁架拱沿圆周均匀分布，在圆心中心处，环列布置的飞燕式桁架拱与圆柱筒状中央环相连，相邻飞燕式桁架拱之间设置多道拱架K形风撑桁架式系杆，环形布置的穹顶支柱支承环形布置的飞燕式桁架拱；在弦支穹顶结构的中央处，设置中心临时斜拉索独塔，在飞燕式桁架拱的悬挑最外端与穹顶支柱的基础顶面之间设置地锚临时拉索，中心临时斜拉索独塔和地锚临时拉索构成弦支穹顶结构的施工临时结构；在两榀飞燕式桁架拱之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架，屋面拱形支架上面设置花瓣形屋面壳，形成弦支穹顶结构的屋面结构层；飞燕式桁架拱之下部设置蛛网状穹支缆索体系、马鞍抛物面空间缆索体系以及竖向撑杆，形成弦支穹顶结构的缆索体系。
优选地，所述的飞燕式桁架拱的拱形上弦杆是矢跨比较小的坦拱，飞燕式桁架拱的拱形下弦杆是矢跨比较大的陡拱，在飞燕式桁架拱的跨中处，拱形上弦杆和拱形下弦杆相隔一定距离；飞燕式桁架拱的拱形上弦杆和拱形下弦杆为单叶双曲面直纹面状的变截面空心钢管，飞燕式桁架拱的半跨副拱是等截面的矩形截面钢管混凝土，飞燕式桁架拱的桁架拱腹杆是等截面的空心钢管，桁架拱腹杆钢管直径拱顶到拱脚线性变化。
优选地，所述的圆柱筒状中央环包括环箍、竖杆和钢隔板，多个竖杆沿着圆周布置，多道圆形的环箍设置在圆周布置的竖杆群的内部，在最上面二个环箍和最下面一个环箍处设置三个带有圆孔的钢隔板，钢隔板设置于环箍的内部。
优选地，所述的蛛网状穹支缆索体系包括径向缆索、环向缆索和环外锚固索，飞燕式桁架拱的拱形下弦杆与穹顶支柱相交点作为径向缆索的锚固点，沿圆周布置多股径向缆索，采用多边形形状布置多道环向缆索，径向缆索和环向缆索的交叉点处设置竖向撑杆，竖向撑杆的上端与飞燕式桁架拱的拱形下弦杆相连，在径向缆索与穹顶支柱交叉点的锚固点处，向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱的半跨副拱端部三个锚固点设置三条环外锚固索，环外锚固索围绕圆周布置一圈，通过环外锚固索将径向缆索拉力传递到飞燕式桁架拱的拱形上弦杆，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系。
优选地，所述的马鞍抛物面空间缆索体系包括柱上刚性拱、马鞍抛物面空间缆索、曲形吊梁、斜吊杆和尾部平衡缆索，在两个穹顶支柱之上设置柱上刚性拱，将柱上刚性拱作为锚固塔，下垂的马鞍抛物面空间缆索锚固于柱上刚性拱之上，多道抛物线型的曲形吊梁覆盖于马鞍抛物面空间缆索之上，曲形吊梁两端设置斜吊杆，两个斜吊杆和蛛网状穹支缆索体系中的环向缆索一起构成三折线拉索托起竖向撑杆；在柱上刚性拱的背面设置尾部平衡缆索，尾部平衡缆索分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱的拱形上弦杆的端部，通过尾部平衡缆索和半跨副拱将荷载传递到飞燕式桁架拱的拱形下弦杆，形成弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系。
优选地，所述的竖向撑杆是空间桁架式撑杆，蛛网状穹支缆索体系和马鞍抛物面空间缆索体系中的竖向撑杆是共享的同一个撑杆。
本发明还提供一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构的施工方法，包括以下步骤：
第一步：选择场地，定位放样，开挖基坑，施工基础，安装沿圆周布置的穹顶支柱，在弦支穹顶结构中心位置，施工出屋顶的临时中心柱，并采用机械设备将圆柱筒状中央环提升到位，将圆柱筒状中央环临时固定在临时中心柱之上；
第二步：在预制加工厂，下料拱形上弦杆、拱形下弦杆、半跨副拱和桁架拱腹杆，现场预拼装成为飞燕式桁架拱；
第三步：利用沿圆周布置的穹顶支柱，类似连续梁桥悬臂拼装施工方法，悬臂拼装施工飞燕式桁架拱节段，并在飞燕式桁架拱的悬挑最外端与穹顶支柱的基础顶面之间安装地锚临时拉索；
第四步：筒状的临时中心柱穿过圆柱筒状中央环后出屋顶，临时中心柱顶部设置塔柱斜拉索，多股塔柱斜拉索拉紧飞燕式桁架拱的拱形上弦杆，利用由临时中心柱和柱顶的塔柱斜拉索组成的中心临时斜拉索独塔，类似斜拉桥悬臂拼装施工方法，高空悬臂拼装施工飞燕式桁架拱节段；
第五步：飞燕式桁架拱拼装合拢后，安装拱架K形风撑桁架式系杆；
第六步：将飞燕式桁架拱的拱形下弦杆与穹顶支柱相交点作为径向缆索的锚固点，施工安装径向缆索，安装多道环向缆索，在径向缆索和环向缆索交叉点处安装竖向撑杆，竖向撑杆上端支撑于飞燕式桁架拱的拱形下弦杆的桁架节点处，并且从锚固点开始向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱的半跨副拱端部三个锚固点设置三条环外锚固索，形成蛛网状穹支缆索体系，围绕圆周布置一圈，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系；
第七步：在两个穹顶支柱之上安装柱上刚性拱，将柱上刚性拱作为锚固塔，按照马鞍抛物面方程，将下垂的马鞍抛物面空间缆索锚固于柱上刚性拱之上，多道抛物线型的曲形吊梁覆盖于马鞍抛物面空间缆索之上，曲形吊梁两端设置斜吊杆，两个斜吊杆和蛛网状穹支缆索体系中的环向缆索一起构成三折线拉索托起竖向撑杆；在柱上刚性拱的背面设置尾部平衡缆索，尾部平衡缆索分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱的拱形上弦杆的端部，形成马鞍抛物面空间缆索体系，作为弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系；
第八步：拆除中心临时斜拉索独塔和地锚临时拉索等施工临时结构；
第九步：调整蛛网状穹支缆索体系和马鞍抛物面空间缆索体系缆索预应力，调整结构的内力分布，优化杆件的内力幅值，调节弦支穹顶结构的线形；
第十步：在两榀飞燕式桁架拱之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架，在屋面拱形支架上面，扇形布置安装张弦梁桁架式檩条，安装花瓣形屋面壳，形成屋面结构层；内部装潢，投入使用。
本发明的超大跨径弦支穹顶融合了飞燕式桁架拱和索穹顶的结构形式，该结构形式存在着“刚”和“柔”两种特性，上部飞燕式桁架拱可看作“刚性”部分，是连续的压杆，为主要承重结构，下部蜘蛛网缆索和马鞍抛物面空间缆索二套缆索体系和撑杆可看作“柔性”部分。
飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶由飞燕式桁架拱结构、蛛网形缆索体系、马鞍抛物面网缆索体系、屋顶结构体系和穹顶支撑体系等五大体系组成。
飞燕式桁架拱结构作用为主要承重结构，起到支撑屋面结构的作用，拱推力可由拉索平衡，飞燕式桁架拱肋钢管采用单叶双曲面变截面直纹钢管具有优良的力学性能，大幅度提高了上部拱结构“刚性”部分的承载力和稳定性，飞燕式外挑漂亮，并且方便缆索锚固。
蛛网形缆索体系、马鞍抛物面网缆索体系和撑杆作为预应力“柔性”拉索部分，二套缆索体系协同工作，优势互补，调整结构的内力分布。
屋顶结构体系由屋面拱形支架、桁架式檩条和花瓣形屋面壳组成，花瓣壳外观漂亮，屋面排水流畅，其使屋面材料更容易与刚性材料相匹配。
穹顶支撑体系由穹顶支柱和基础组成，由于二套穹顶缆索的存在，穹顶支柱推力和拉力全方位的平衡，自重荷载下穹顶支柱没有弯矩。
穹顶施工临时结构体系由中心临时斜拉索独塔和地锚临时拉索组成，利用中心临时斜拉索独塔，采用悬臂施工方法，悬臂拼装飞燕式桁架拱，施工方便，避免了满堂脚手架；地锚临时拉索紧紧地拉住飞燕式桁架拱悬挑端，施工节段，也可以大幅度提高飞燕式桁架拱结构的刚度和承载力。
采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，利用超大跨径钢管混凝土拱桥斜拉索扣施工技术，建造超大跨径的弦支穹顶结构，可以使施工大为简化，采用蜘蛛网缆索和马鞍抛物面空间缆索二套缆索体系，平衡桁架拱推力，调整结构的内力分布，建造200～300米级的超大跨径弦支穹顶结构。
有益效果：本发明具有以下有益效果：
现有的单层网壳弦支穹顶结构体系由上部单层网壳、中部的竖向撑杆、下部径向拉索和环向拉索组成，单层网壳弦支穹顶通过对径向索和环向索下层索体系施加预应力而为结构提供足够的竖向刚度，径向拉索的拉力与上部网壳的推力作用相互抵消，使结构成为自平衡体系。
但是，单层网壳结构单薄，满堂支架施工工艺复杂，其整体稳定性和承载能力较弱，单一的径向拉索和环向拉索预应力体系调整结构的内力分布的能力不足，降低杆件的内力幅值的调控效果不理想，因此，单层网壳弦支穹顶结构体系发展出现瓶颈现象，仅仅可建造150米跨径以下的穹顶结构。
采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，大幅度提高穹顶结构的稳定性和承载力，采用悬臂拼装施工技术，避免满堂脚手架施工，可使施工大为简化；采用马鞍抛物面空间缆索等多道拉索预应力体系代替单一的径向拉索和环向拉索预应力体系，全方位的平衡桁架拱推力，调整结构的内力分布。本发明提供造型美观、结构受力合理、施工方便和结构稳定性好的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，可建造200～300米级的超大跨径弦支穹顶结构。
采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，飞燕式桁架拱上设置抛物线拱架，屋面结构层由屋面拱形支架、桁架式檩条和花瓣形屋面壳组成，形成美丽的花瓣拱形，外形非常美观，刚性屋面铺设施工方便，屋面整洁干净使用耐久，组织屋面排水流畅，穹顶内部马道安装施工方便。
飞燕式桁架拱弦支穹顶结构采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，飞燕式桁架拱由拱形上弦杆、拱形下弦杆，左右二个半跨副拱和斜腹杆组成，其自身竖向结构刚度很大，并具有良好的抗压、抗弯和抗剪承载力；飞燕式桁架拱弦支穹顶结构是轮辐状布置飞燕式桁架拱而成，形成圆周布置的提篮拱桥形式，且飞燕式桁架拱之间设置拱架K形风撑桁架式系杆，因而具有良好的结构整体性，大幅度改善了弦支穹顶结构的稳定性。
借鉴超大跨径飞燕式桁架拱桥的施工技术，采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，化繁为简，通过设置中心临时斜拉索独塔，通过设置飞燕式桁架拱外挑端部和基础顶面相连的地锚临时拉索，通过二个施工临时结构，悬臂拼装飞燕式桁架拱，建造超大跨径的弦支穹顶结构，避免满堂脚手架施工，避免了超高施工支架，可以施工大为简化，施工速度大幅度加快。
单层网壳弦支穹顶结构只有环形支撑柱和单层网壳相交点一个预应力拉索锚固点，只能安装一套索穹顶的径向索和环向索预应力索体系，其调整结构的内力分布的能力不足、降低杆件的内力幅值效果不明显，施工安装精度要求太高，需要专业性队伍施工，施工中内力平衡调控不方便。
飞燕式桁架拱是自平衡拱，飞燕式桁架拱的边跨副拱悬臂端作为预应力拉索的锚固点，该预应力拉索作用力可以对边跨副拱提供轴向推力，边跨副拱推力与主跨拱推力作用相互抵消，形成无推力拱形结构，改善了大跨径弦支穹顶结构的支撑柱的受力状况。
飞燕式桁架拱弦支穹顶结构是类似飞燕式桁架拱桥的自平衡预应力拉索体系，飞燕式桁架拱是有两个预应力缆索锚固点，拱形下弦杆、边跨副拱根部和穹顶环形支柱三者的交点作为第一锚固点，拱形上弦杆和边跨副拱端部二者的交点作为第二锚固点，可以布置二套预应力缆索体系，二套缆索体系协同工作，优势互补，调整结构的内力分布的能力强、施工中内力平衡调控非常方便。
飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的第一套蛛网缆索体系，蛛网缆索体系由径向缆索、环向缆索和环外锚固索组成，是飞燕式桁架拱的下弦拱的缆索体系。利用拱形下弦杆和环形支撑柱交点作为第一锚固点，类似索穹顶一样，布置径向索和环向索预应力索体系，布置竖向撑杆，形成第一套弦支穹顶结构体系；并从第一锚固点出发向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱的悬臂边跨拱端部第二锚固点设置三条预应力保护性拉索，当内部索穹顶拉索体系张拉预应力过大时，环形支撑柱发生内倾，保护性拉索受力，传力给悬臂边跨拱端部第二锚固点，拱形上弦杆承担压力，穹顶结构体系保持自平衡。
马鞍抛物面是凹凸相反的两条抛物线，一条凸抛物线沿着另一条凹抛物线移动而成的。马鞍抛物面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑上有着重要应用价值，常常用它来构成建筑物的骨架，应用直纹曲面建造的建筑物，具有优良的力学性能，直线布置钢筋或拉索施工工艺简单，其建筑物外观漂亮且结构坚固。
利用两对巨型拱结构，可以构建马鞍抛物面空间缆索网，下垂的马鞍抛物面空间缆索网可以构成悬索网，悬索网可以吊起桥面系形成悬索桥，借鉴自锚悬索桥时间理念，马鞍抛物面空间缆索网用于弦支穹顶结构，也可以吊起弦支穹顶结构的竖向撑杆，可形成飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的空间缆索网。
飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的第二套马鞍抛物面缆索体系，马鞍抛物面空间缆索体系由柱上刚性拱、马鞍抛物面空间缆索、曲形吊梁、斜吊杆和尾部平衡缆索组成是飞燕式桁架拱的上弦拱的缆索体系。在环形支撑柱之间设置柱上巨型拱，在两对岸的柱上巨型拱之间，设置马鞍抛物面空间缆索，马鞍抛物面空间缆索上设置多道曲形吊梁，曲形吊梁下设置斜拉杆，斜拉杆连接蛛网缆索体系的环向缆索，斜拉杆和环向缆索形成三折线预应力缆索体系支撑竖向撑杆，犹如降落伞状的马鞍抛物面空间缆索网吊起竖向撑杆，竖向撑杆传力支撑给飞燕式桁架拱；柱上巨型拱设置反向缆索，分为左右两批缆索分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱的悬臂边跨拱端部第二锚固点，第二套预应力拉索体系生根锚固，传力给悬臂边跨拱承担压力，传力给上弦杆和下弦杆承担压力，穹顶结构体系保持自平衡。
蛛网缆索体系和马鞍抛物面缆索体系两套缆索体系协同工作，优势互补，蛛网缆索体系主要是平衡飞燕式桁架拱的下弦拱推力，马鞍抛物面缆索体系主要是平衡飞燕式桁架拱的上弦拱推力，两套缆索体系共享竖向撑杆。
传统的飞燕拱桥梁桁架拱是中间为拱形，但其两端外形是水平面，如此外形，不利于弦支穹顶两端排水，其建筑外立面造型也不美观。依据弦支穹顶的花瓣壳结构特点，对飞燕拱桥梁的桁架拱进行改造，带有悬挑的拱形上弦杆是矢跨比较小的坦拱，飞燕式桁架拱的拱形下弦杆是矢跨比较大的陡拱，在飞燕式桁架拱的跨中处，拱形上弦杆和拱形下弦杆相隔一定距离，就可以确保花瓣壳屋面形状，又可确保半跨副拱的拱形轴线形状，两者兼顾。
单叶双曲面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，拱形钢管采用单叶双曲面变截面直纹钢管具有优良的力学性能。多个弯曲锥形钢管节段焊接拼装成为单叶双曲面状变截面钢管拱肋，减少了拱顶处截面尺寸，增加了拱脚处截面尺寸，减少跨中区域的荷载重量，可有效降低拱结构的内力值，同时也符合拱脚处轴力大拱顶处轴力小的拱桥结构受力特性，拱桥结构的质量中心和刚度中心有效降低，可增加了超大跨径飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的稳定性，同时，也减轻了跨中拱顶节段的吊装施工重量，有效地降低施工吊装风险难度。
飞燕式桁架拱的拱形上弦杆和拱形下弦杆均为单叶双曲面直纹面状的变截面空心钢管，采用变截面抛物线空心钢管拱符合大跨径拱结构轴向内力布置规律，可以减轻跨中结构自重，有利于提高飞燕式桁架拱受力性能；飞燕式桁架拱的半跨副拱是等截面的矩形截面钢管混凝土，可以确保半跨副拱受力性能可靠；飞燕式桁架拱的桁架拱腹杆是等截面的空心钢管，从拱顶到拱脚，桁架拱腹杆钢管直径线性变化，受力合理，造型美观。
单层网壳弦支穹顶结构由于网壳杆件单薄，球形曲面不符合椭圆抛物面的合理拱轴线，整体稳定性和承载力不足，有部分荷载传力到环梁结构，环梁抗裂度和承载力不能满足要求，单层网壳拼装施工精度要求太高，满堂高支撑脚手架施工费时费力，单一的径向拉索和环向拉索预应力体系调整结构的内力分布、降低杆件的内力幅值的调控能力不足。因此，现有的单层网壳弦支穹顶结构体系的不能满足200～300米超大跨径的弦支穹顶结构的建造的结构技术要求。
采用飞燕式桁架拱代替单层网壳，圆周布置一圈形成提篮拱结构群，飞燕式桁架拱群是椭圆抛物面的合理拱轴线结构方案，选用单叶双曲面变截面直纹钢管作为飞燕式桁架拱肋受力合理，可确保弦支穹顶结构的承载力和稳定性；设置蛛网缆索体系和马鞍抛物面缆索体系两套自平衡预应力拉索体系，蛛网缆索体系平衡飞燕式桁架拱的下弦拱推力，马鞍抛物面缆索体系平衡飞燕式桁架拱的上弦拱推力，两套缆索体系共享竖向撑杆，飞燕式桁架拱、竖向撑杆和两套预应力拉索体系协同工作，围绕圆周布置一圈，形成飞燕式桁架拱弦支穹顶拉索体系，调整结构的内力分布能力能力强，降低杆件的内力幅值的调控效果非常理想。新型飞燕式桁架拱弦支穹顶结构具有花瓣拱造型美观、悬臂拼装施工方便、承载力高和结构稳定性好等优点，可以建造200～300米超大跨径的弦支穹顶结构。
附图说明
图1是飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构的局部三维示意图；
图2是飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶结构的骨架三维示意图；
图3是图1中的单叶双曲面变截面钢管拱肋的构型示意图；
图4是图1中的马鞍抛物面索网的构型示意图；
图5是飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶结构的三维造型图；
图6是飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶结构的剖面图；
图7是飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶结构的屋面结构三维示意图；
图8是飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的蛛网状穹支缆索体系三维示意图；
图9是飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的马鞍抛物面空间缆索体系三维示意图；
图10是飞燕式桁架拱弦支穹顶结构的三维透视示意图；
图11是圆柱筒状中央环的三维示意图。
图中：1-飞燕式桁架拱；11-拱形上弦杆；12-拱形下弦杆；13-半跨副拱；14-桁架拱腹杆；2-圆柱筒状中央环；21-环箍；22-竖杆；23-钢隔板；3-拱架K形风撑桁架式系杆；4-穹顶支柱；5-中心临时斜拉索独塔；51-临时中心柱；52-塔柱斜拉索；6-地锚临时拉索；7-屋面结构层；71-屋面拱形支架；72-花瓣形屋面壳；8-竖向撑杆；9-蛛网状穹支缆索体系；91-径向缆索；92-环向缆索；93-环外锚固索；10-马鞍抛物面空间缆索体系；101-柱上刚性拱；102-马鞍抛物面空间缆索；103-曲形吊梁；104-斜吊杆；105-尾部平衡缆索。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-11所示，本发明的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，包括飞燕式桁架拱1，所述的飞燕式桁架拱1包括拱形上弦杆11、拱形下弦杆12、半跨副拱13和桁架拱腹杆14，拱形上弦杆11在飞燕式桁架拱1的上部，拱形下弦杆12和左右两个半跨副拱13在飞燕式桁架拱1的下部，拱形上弦杆11尾部与左右两个半跨副拱13尾部相交于一点，飞燕式桁架拱1的腹部设置有桁架拱腹杆14，多个飞燕式桁架拱1沿圆周均匀分布，在圆心中心处，环列布置的飞燕式桁架拱1与圆柱筒状中央环2相连，相邻飞燕式桁架拱1之间设置多道拱架K形风撑桁架式系杆3，环形布置的穹顶支柱4支承环形布置的飞燕式桁架拱1；在弦支穹顶结构的中央处，设置中心临时斜拉索独塔5，在飞燕式桁架拱1的悬挑最外端与穹顶支柱4的基础顶面之间设置地锚临时拉索6，中心临时斜拉索独塔5和地锚临时拉索6构成弦支穹顶结构的施工临时结构；在两榀飞燕式桁架拱1之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架71，屋面拱形支架71上面设置花瓣形屋面壳72，形成弦支穹顶结构的屋面结构层7；飞燕式桁架拱1之下部设置蛛网状穹支缆索体系9、马鞍抛物面空间缆索体系10以及竖向撑杆8，形成弦支穹顶结构的缆索结构体系。
所述的飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11是矢跨比较小的坦拱，飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12是矢跨比较大的陡拱，在飞燕式桁架拱1的跨中处，拱形上弦杆11和拱形下弦杆12相隔一定距离；飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11和拱形下弦杆12为单叶双曲面直纹面状的变截面空心钢管，飞燕式桁架拱1的半跨副拱13是等截面的矩形截面钢管混凝土，飞燕式桁架拱1的桁架拱腹杆14是等截面的空心钢管，桁架拱腹杆14钢管直径拱顶到拱脚线性变化。
所述的圆柱筒状中央环2包括环箍21、竖杆22和钢隔板23，多个竖杆22沿着圆周布置，多道圆形的环箍21设置在圆周布置的竖杆22群的内部，在最上面二个环箍21和最下面一个环箍21处设置三个带有圆孔的钢隔板23，钢隔板23设置于环箍21的内部。
所述的蛛网状穹支缆索体系9包括径向缆索91、环向缆索92和环外锚固索93，飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12与穹顶支柱4相交点作为径向缆索91的锚固点，沿圆周布置多股径向缆索91，采用多边形形状布置多道环向缆索92，径向缆索91和环向缆索92的交叉点处设置竖向撑杆8，竖向撑杆8的上端与飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12相连；在径向缆索91与穹顶支柱4交叉点的锚固点处，向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱1的半跨副拱13端部三个锚固点设置三条环外锚固索93，环外锚固索93围绕圆周布置一圈，通过环外锚固索93将径向缆索91拉力传递到飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系。
所述的马鞍抛物面空间缆索体系10包括柱上刚性拱101、马鞍抛物面空间缆索102、曲形吊梁103、斜吊杆104和尾部平衡缆索105，在两个穹顶支柱4之上设置柱上刚性拱101，将柱上刚性拱101作为锚固塔，下垂的马鞍抛物面空间缆索102锚固于柱上刚性拱101之上，多道抛物线型的曲形吊梁103覆盖于马鞍抛物面空间缆索102之上，曲形吊梁103两端设置斜吊杆104，两个斜吊杆104和蛛网状穹支缆索体系9中的环向缆索92一起构成三折线拉索托起竖向撑杆8；在柱上刚性拱101的背面设置尾部平衡缆索105，尾部平衡缆索105分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11的端部，通过尾部平衡缆索105和半跨副拱13将荷载传递到飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12，形成弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系。
所述的竖向撑杆8是空间桁架式撑杆，蛛网状穹支缆索体系9和马鞍抛物面空间缆索体系10中的竖向撑杆8是共享的同一个撑杆。
所述的中心临时斜拉索独塔5包括临时中心柱51和塔柱斜拉索52，筒状的临时中心柱51穿过圆柱筒状中央环2后出屋顶，临时中心柱51顶部设置塔柱斜拉索52，多股塔柱斜拉索52拉紧飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11，悬臂拼装飞燕式桁架拱1。
本发明还提供一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构的施工方法，包括以下步骤：
第一步：选择场地，定位放样，开挖基坑，施工基础，安装沿圆周布置的穹顶支柱4，在弦支穹顶结构中心位置，施工出屋顶的临时中心柱51，并采用机械设备将圆柱筒状中央环2提升到位，将圆柱筒状中央环2临时固定在临时中心柱51之上；
第二步：在预制加工厂，下料拱形上弦杆11、拱形下弦杆12、半跨副拱13和桁架拱腹杆14，现场预拼装成为飞燕式桁架拱1；
第三步：利用沿圆周布置的穹顶支柱4，类似连续梁桥悬臂拼装施工方法，悬臂拼装施工飞燕式桁架拱1节段，并在飞燕式桁架拱1的悬挑最外端与穹顶支柱4的基础顶面之间安装地锚临时拉索6；
第四步：利用由临时中心柱51和柱顶的塔柱斜拉索52组成的中心临时斜拉索独塔5，类似斜拉桥悬臂拼装施工方法，高空悬臂拼装施工飞燕式桁架拱1节段；
第五步：飞燕式桁架拱1拼装合拢后，安装拱架K形风撑桁架式系杆3；
第六步：将飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12与穹顶支柱4相交点作为径向缆索91的锚固点，施工安装径向缆索91，安装多道环向缆索92，在径向缆索91和环向缆索92交叉点处安装竖向撑杆8，竖向撑杆8上端支撑于飞燕式桁架拱1的拱形下弦杆12的桁架节点处，并且从锚固点开始向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱1的半跨副拱13端部三个锚固点设置三条环外锚固索93，形成蛛网状穹支缆索体系9，围绕圆周布置一圈，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系；
第七步：在两个穹顶支柱4之上安装柱上刚性拱101，将柱上刚性拱101作为锚固塔，按照马鞍抛物面方程，将下垂的马鞍抛物面空间缆索102锚固于柱上刚性拱101之上，多道抛物线型的曲形吊梁103覆盖于马鞍抛物面空间缆索102之上，曲形吊梁103两端设置斜吊杆104，两个斜吊杆104和蛛网状穹支缆索体系9中的环向缆索92一起构成三折线拉索托起竖向撑杆8；在柱上刚性拱101的背面设置尾部平衡缆索105，尾部平衡缆索105分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱1的拱形上弦杆11的端部，形成马鞍抛物面空间缆索体系10，作为弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系；
第八步：拆除中心临时斜拉索独塔5和地锚临时拉索6等施工临时结构；
第九步：调整蛛网状穹支缆索体系9和马鞍抛物面空间缆索体系10缆索预应力，调整结构的内力分布，优化杆件的内力幅值，调节弦支穹顶结构的线形和形体坐标；
第十步：在两榀飞燕式桁架拱1之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架71，在屋面拱形支架71上面，扇形布置安装张弦梁桁架式檩条，安装花瓣形屋面壳72，形成屋面结构层7，内部装潢，投入使用。
实施例
某城市国家奥林匹克体育馆，采用飞燕式桁架拱的超大跨径弦支穹顶结构，体育馆为圆形，直径为300米，场内建筑面积为706500米2，屋盖外挑36米，屋盖建筑面积为113354米2，穹顶中心高度为120米。
沿圆周设置24立柱支撑超大跨径弦支穹顶结构，每一个立柱直径为8米，采用外八边形内圆形的双重钢管混凝土组合巨型立柱，外八边形钢管直径为8米，壁厚为45mm厚钢板，内圆形钢管直径为4.8米，壁厚为28mm厚钢板，在八六边形外套钢管对角线方向，将八块连接钢板焊接在八边形外套钢管和内置圆形钢管之间，八块连接钢板厚度为30mm，内灌C80高性能混凝土。
飞燕式桁架拱由拱形上弦杆、拱形下弦杆、半跨副拱和桁架拱腹杆组成，其中，上弦拱杆跨度为380米，矢跨比为1/8，采用单叶双曲面直纹面变截面钢管，上弦拱杆直径为700～1200mm，壁厚为20～30mm。下弦拱杆跨度为300米，矢跨比为1/6，采用单叶双曲面直纹面变截面钢管，上弦拱杆直径为700～1000mm，壁厚为20～26mm，跨中处，拱形上弦杆与拱形下弦杆的距离为7.5米。半跨副拱跨度为36米，矢跨比为1/6，采用等截面矩形单叶钢管混凝土，半跨副拱截面尺寸为1200×1500mm，
内灌C80高性能混凝土。桁架拱腹杆从拱顶处钢管腹杆直径500mm壁厚14mm线型变化到拱脚截面处钢管腹杆直径700mm壁厚18mm。
本飞燕式桁架拱沿着圆周布置一圈，在超大跨径弦支穹顶结构中间设置鸟笼状圆柱筒状中央环，圆柱筒状中央环类似焊接环箍的圆形钢筋混凝土柱的钢筋笼骨架，圆柱筒状中央环的圆环外直径为30米，其圆环箍采用直径800×1000mm钢管混凝土环形箱梁，24根竖向撑杆采用直径360mm的实心钢棒。分别在飞燕式桁架拱的上弦杆与下弦杆处，圆柱筒状中央环设置二道12mm厚圆形钢隔板，分别在蛛网缆索体系和马鞍抛物面缆索体系处，圆柱筒状中央环设置二道10mm厚圆形钢隔板，加强圆柱筒状中央环处的节点强度和刚度。
飞燕式桁架拱轮辐式布置，在飞燕式桁架拱之间，设置多道拱架K形风撑桁架式系杆，确保超大跨径弦支穹顶结构的稳定性，风撑桁架式系杆从拱顶处钢管腹杆直径400mm壁厚12mm线型变化到拱脚截面处钢管腹杆直径600mm壁厚16mm。
利用中心临时斜拉索独塔和地锚临时拉索，超大跨径弦支穹顶结构采用类似斜拉桥和连续梁的悬臂拼装施工方法，避免满堂脚手架施工。地锚临时拉索紧紧拉住飞燕式桁架拱的端部，锚固于穹顶支撑柱的基础顶面，24根地锚临时拉索均为φ5mm钢丝223根规格的平行高强钢丝索。中心临时斜拉索独塔的临时塔柱为装配式桁架柱塔，塔柱端部设置圆形塔帽，中心临时斜拉索独塔的缆索为φ5mm钢丝109～199根规格的平行高强钢丝索，缆索连接飞燕式桁架拱的桁架节点处。
屋面结构层由屋面拱形支架、桁架式檩条和花瓣形屋面壳组成，屋面拱形支架矢跨比为1/4，从拱顶处到拱脚处，屋面拱形支架钢管直径300mm壁厚8mm线型变化钢管腹杆直径500mm壁厚12mm，选用大跨径桁架式檩条密铺搁置在屋面拱形支架之间，花瓣形屋面壳由铝镁金属板拼装而成。
在超大跨径弦支穹顶结构支柱处，K形风撑桁架式系杆和屋面拱形支架均增加截面尺寸，形成加强构件节点，以便增加弦支穹顶结构的整体性。弦支穹顶结构支柱处，K形风撑桁架式系杆采用直径1000mm壁厚20mm钢管。弦支穹顶结构支柱处，屋面拱形支架采用直径1500mm壁厚30mm拱形钢管，以便锚固马鞍抛物面空间缆索体系。
超大跨径弦支穹顶结构的飞燕式桁架拱、竖向撑杆和蛛网缆索体系与马鞍抛物面缆索体系两套预应力拉索体系协同工作，两套自平衡预应力拉索体系两者共享竖向撑杆，竖向撑杆采用空间桁架格构柱形式，格构柱中间截面为正方形，两端收拢成为铰，格构柱四角设置4个圆形钢管柱，从拱顶处到拱脚处，格构柱的四角圆形钢管柱的钢管直径500mm壁厚10mm线型变化钢管腹杆直径800mm壁厚14mm，格构柱连系杆件的钢管直径200mm壁厚6mm线型变化钢管腹杆直径300mm壁厚10mm。
蛛网缆索体系由径向缆索、环向缆索和环外锚固索组成，径向缆索采用φ7mm钢丝547根规格的平行高强钢丝索，环向缆索采用φ5mm钢丝233根规格的平行高强钢丝索，环外锚固索采用φ5mm钢丝163根规格的平行高强钢丝索。
马鞍抛物面空间缆索体系由柱上刚性拱、马鞍抛物面空间缆索、曲形吊梁、斜吊杆和尾部平衡缆索组成，柱上刚性拱采用直径1500mm壁厚30mm拱形钢管，每一个开间的马鞍抛物面空间缆索和尾部平衡缆索均为10根缆索，每一根缆索采用φ5mm钢丝163根规格的平行高强钢丝索，斜吊杆均为φ5mm钢丝233根规格的平行高强钢丝索，曲形吊梁采用工字钢弯曲成型，从拱顶处到拱脚处，曲形吊梁14号线性变化为20号工字钢。
该工程300米跨径飞燕式桁架拱弦支穹顶结构，具有花瓣拱造型美观、悬臂拼装施工方便、承载力高和结构稳定性好等优点，超大跨径的弦支穹顶结构工作性能优良。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，包括飞燕式桁架拱(1)，其特征在于：所述的飞燕式桁架拱(1)包括拱形上弦杆(11)、拱形下弦杆(12)、半跨副拱(13)和桁架拱腹杆(14)，拱形上弦杆(11)在飞燕式桁架拱(1)的上部，拱形下弦杆(12)和左右两个半跨副拱(13)在飞燕式桁架拱(1)的下部，拱形上弦杆(11)尾部与左右两个半跨副拱(13)尾部相交于一点，飞燕式桁架拱(1)的腹部设置有桁架拱腹杆(14)，多个飞燕式桁架拱(1)沿圆周均匀分布，在圆心中心处，环列布置的飞燕式桁架拱(1)与圆柱筒状中央环(2)相连，相邻飞燕式桁架拱(1)之间设置多道拱架K形风撑桁架式系杆(3)，环形布置的穹顶支柱(4)支承环形布置的飞燕式桁架拱(1)；在弦支穹顶结构的中央处，设置中心临时斜拉索独塔(5)，在飞燕式桁架拱(1)的悬挑最外端与穹顶支柱(4)的基础顶面之间设置地锚临时拉索(6)，中心临时斜拉索独塔(5)和地锚临时拉索(6)构成弦支穹顶结构的施工临时结构；在两榀飞燕式桁架拱(1)之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架(71)，屋面拱形支架(71)上面设置花瓣形屋面壳(72)，形成弦支穹顶结构的屋面结构层(7)；飞燕式桁架拱(1)之下部设置蛛网状穹支缆索体系(9)、马鞍抛物面空间缆索体系(10)以及竖向撑杆(8)，形成弦支穹顶结构的缆索体系。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，其特征在于：所述的飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)是坦拱，飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)是陡拱，在飞燕式桁架拱(1)的跨中处，拱形上弦杆(11)和拱形下弦杆(12)相隔一定距离；飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)和拱形下弦杆(12)为单叶双曲面直纹面状的变截面空心钢管，飞燕式桁架拱(1)的半跨副拱(13)是等截面的矩形截面钢管混凝土，飞燕式桁架拱(1)的桁架拱腹杆(14)是等截面的空心钢管，桁架拱腹杆(14)钢管直径拱顶到拱脚线性变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，其特征在于：所述的蛛网状穹支缆索体系(9)包括径向缆索(91)、环向缆索(92)和环外锚固索(93)，飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)与穹顶支柱(4)相交点作为径向缆索(91)的锚固点，沿圆周布置多股径向缆索(91)，采用多边形形状布置多道环向缆索(92)，径向缆索(91)和环向缆索(92)的交叉点处设置竖向撑杆(8)，竖向撑杆(8)的上端与飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)相连，在径向缆索(91)与穹顶支柱(4)交叉点的锚固点处，向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱(1)的半跨副拱(13)端部三个锚固点设置三条环外锚固索(93)，环外锚固索(93)围绕圆周布置一圈，通过环外锚固索(93)将径向缆索(91)拉力传递到飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系。
4.根据权利要求1所述的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，其特征在于：所述的马鞍抛物面空间缆索体系(10)包括柱上刚性拱(101)、马鞍抛物面空间缆索(102)、曲形吊梁(103)、斜吊杆(104)和尾部平衡缆索(105)，在两个穹顶支柱(4)之上设置柱上刚性拱(101)，将柱上刚性拱(101)作为锚固塔，下垂的马鞍抛物面空间缆索(102)锚固于柱上刚性拱(101)之上，多道抛物线型的曲形吊梁(103)覆盖于马鞍抛物面空间缆索(102)之上，曲形吊梁(103)两端设置斜吊杆(104)，两个斜吊杆(104)和蛛网状穹支缆索体系(9)中的环向缆索(92)一起构成三折线拉索托起竖向撑杆(8)；在柱上刚性拱(101)的背面设置尾部平衡缆索(105)，尾部平衡缆索(105)分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)的端部，通过尾部平衡缆索(105)和半跨副拱(13)将荷载传递到飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)，形成弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系。
5.根据权利要求1所述的一种基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构，其特征在于：所述的竖向撑杆(8)是空间桁架式撑杆，蛛网状穹支缆索体系(9)和马鞍抛物面空间缆索体系(10)中的竖向撑杆(8)是共享的同一个撑杆。
6.一种权利要求1-5任一项所述的基于飞燕式桁架拱的超大跨径轮辐式弦支穹顶结构的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步：选择场地，定位放样，开挖基坑，施工基础，安装沿圆周布置的穹顶支柱(4)，在弦支穹顶结构中心位置，施工出屋顶的临时中心柱(51)，并采用机械设备将圆柱筒状中央环(2)提升到位，将圆柱筒状中央环(2)临时固定在临时中心柱(51)之上；
第二步：在预制加工厂，下料拱形上弦杆(11)、拱形下弦杆(12)、半跨副拱(13)和桁架拱腹杆(14)，现场预拼装成为飞燕式桁架拱(1)；
第三步：利用沿圆周布置的穹顶支柱(4)，类似连续梁桥悬臂拼装施工方法，悬臂拼装施工飞燕式桁架拱(1)节段，并在飞燕式桁架拱(1)的悬挑最外端与穹顶支柱(4)的基础顶面之间安装地锚临时拉索(6)；
第四步：筒状的临时中心柱(51)穿过圆柱筒状中央环(2)后出屋顶，临时中心柱(51)顶部设置塔柱斜拉索(52)，多股塔柱斜拉索(52)拉紧飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)，利用由临时中心柱(51)和柱顶的塔柱斜拉索(52)组成的中心临时斜拉索独塔(5)，类似斜拉桥悬臂拼装施工方法，高空悬臂拼装施工飞燕式桁架拱(1)节段；
第五步：飞燕式桁架拱(1)拼装合拢后，安装拱架K形风撑桁架式系杆(3)；
第六步：将飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)与穹顶支柱(4)相交点作为径向缆索(91)的锚固点，施工安装径向缆索(91)，安装多道环向缆索(92)，在径向缆索(91)和环向缆索(92)交叉点处安装竖向撑杆(8)，竖向撑杆(8)上端支撑于飞燕式桁架拱(1)的拱形下弦杆(12)的桁架节点处，并且从锚固点开始向本榀和左右两榀飞燕式桁架拱(1)的半跨副拱13端部三个锚固点设置三条环外锚固索(93)，形成蛛网状穹支缆索体系(9)，围绕圆周布置一圈，形成弦支穹顶结构的第一套自平衡预应力缆索结构体系；
第七步：在两个穹顶支柱(4)之上安装柱上刚性拱(101)，将柱上刚性拱(101)作为锚固塔，按照马鞍抛物面方程，将下垂的马鞍抛物面空间缆索(102)锚固于柱上刚性拱(101)之上，多道抛物线型的曲形吊梁(103)覆盖于马鞍抛物面空间缆索(102)之上，曲形吊梁(103)两端设置斜吊杆(104)，两个斜吊杆(104)和蛛网状穹支缆索体系(9)中的环向缆索(92)一起构成三折线拉索托起竖向撑杆(8)；在柱上刚性拱(101)的背面设置尾部平衡缆索(105)，尾部平衡缆索(105)分为左右两批分别锚固于左右两榀飞燕式桁架拱(1)的拱形上弦杆(11)的端部，形成马鞍抛物面空间缆索体系(10)，作为弦支穹顶结构的第二套自平衡预应力缆索结构体系；
第八步：拆除中心临时斜拉索独塔(5)和地锚临时拉索(6)；
第九步：调整蛛网状穹支缆索体系(9)和马鞍抛物面空间缆索体系(10)缆索的预应力，调整结构的内力分布，优化杆件的内力幅值，调节弦支穹顶结构的线形；
第十步：在两榀飞燕式桁架拱(1)之间搁置多道带有刚性拉杆的屋面拱形支架(71)，在屋面拱形支架(71)上面，扇形布置安装张弦梁桁架式檩条，安装花瓣形屋面壳(72)，形成屋面结构层(7)，内部装潢，投入使用。
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