索穹顶结构构件包括脊索、斜索、环索和撑杆。脊索和斜索必须锚固在周边刚性圈梁或基础上,索穹顶才能够通过施加预应力成型。
索穹顶结构源自美国建筑师R.B.富勒[注]于1962年提出的张拉整体体系[注]:使结构尽可能地减少受压而使其处于连续的张力状态,从而实现“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的设想。美国工程师D.盖格[注]对富勒的张拉整体思想进行了演进和发展,开创性地提出了索穹顶体系的概念。
索穹顶结构中钢索受拉且长度较长,而撑杆受压且短而少,所以能充分发挥高强度钢材的抗拉强度,结构效率极高,是一种现代大跨度结构体系。索穹顶结构自从20世纪末问世以来,便以其新颖的造型、巧妙的构思、合理的受力、经济的造价、快速的施工,赢得了工程师们的青睐,并被成功地应用于大跨度、超大跨度建筑屋盖,如1988年韩国汉城奥运会的体操馆和击剑馆屋盖、1996年美国亚特兰大奥运会的主体育馆乔治亚穹顶、中国江苏无锡新区科技交流中心索穹顶、中国山西太原煤炭交易中心索穹顶和中国内蒙古伊金霍洛旗体育中心索穹顶。
索穹顶的基本构成如图1所示。按照其曲面网格,索穹顶结构主要分为盖格索穹顶和富勒索穹顶两类(图2)。图3为中国山西太原煤炭交易中心索穹顶。