土木工程施工悬索结构和膜结构
膜结构建筑工程施工
膜结构建筑工程施工一、膜结构建筑施工流程1. 筹备阶段在膜结构建筑施工之前，首先需要进行充分的筹备工作。
包括确定项目的设计方案、确定施工队伍和配合单位、制定详细的施工计划和安排。
同时，还需要进行地面勘察、土质测试、环境评估等工作，为后续施工提供可靠的数据支持。
2. 场地准备在确定了施工方案之后，需要对施工场地进行准备工作。
包括清理场地的垃圾和杂草、平整场地的地面、修复场地的基础设施等，为接下来的施工工作做好准备。
特别是对于地基基础的处理，需要根据设计要求进行加固和支撑，确保膜结构建筑的稳定性和安全性。
3. 基础施工基础施工是膜结构建筑施工的重要环节，其质量和稳定性直接影响到整个建筑的安全性和持久性。
基础施工主要包括地基处理、地基承载力测试、基础桩基础施工等。
膜结构建筑的基础一般采用混凝土基础或桩基础，根据设计要求进行施工。
4. 钢结构安装膜结构建筑的钢结构是支撑整个建筑的主要承重结构，其质量和安全性至关重要。
在进行钢结构安装工作之前，需要制定详细的安装方案和施工工艺，保证结构的牢固性和稳定性。
钢结构安装过程中，需要严格按照设计要求进行，避免出现错误和事故。
5. 膜材料安装膜结构建筑的膜材料是整个建筑的外表皮，其质量和耐久性直接影响到建筑的美观和使用寿命。
膜材料安装首先需要进行仔细的检查和测量，确认尺寸和位置的准确性。
然后根据设计要求进行安装，确保膜材料的平整和拉紧度。
6. 吊装维护膜结构建筑的吊装是整个建筑施工的关键环节，需要专业的施工队伍和设备支持。
吊装过程中，需要严格遵守安全规定，确保人员和设备的安全。
同时，需要定期检查和维护吊装设备，确保施工进度和质量。
7. 完工验收膜结构建筑施工完成之后，需要进行详细的完工验收工作。
包括对建筑的结构、外观、功能等进行检查和测试，确认是否符合设计要求和施工标准。
同时，还需要进行相关的防水、防火、防腐等工程验收，确保建筑的安全和使用寿命。
二、膜结构建筑施工关键技术1. 膜材料选择在膜结构建筑施工中，膜材料的选择直接影响到建筑的外观和性能。
【土木工程概论】5.2.6 索-膜结构建筑
• 充气结构亦称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼
龙布罩内部充气形成一定的形状。日本东京后乐园的空气薄 膜结构棒球场，跨度201m，高度56.19m，
• 英国伦敦的千年穹顶
美国亚特兰大奥运会馆，圆顶为世界最大的的索支织物（fabric） 屋面， 70500个座位，天井高86m，覆盖面积34800m2。体育场呈 240m×192m长圆形。1996年建成。
• 薄膜材料主要有玻璃纤维布、塑料薄膜、金属编织物等，其中用得最多的 是玻璃纤维布，其表面可涂聚四氟乙烯等类涂料，以增加耐久性和防火性。 薄膜材料之间可用熔接、粘接或缝合等3种方法连接。
• 气承式或张拉式索－膜结构均属张力结构，和悬索结构相似，它具有重量 轻、构造简单、施工方便、造型灵活等优点（缺点是隔热、防火性较差）， 在大跨和超大跨建筑中极具应用前景，在发达国家已获得较大发展．但在 我国应用较少。
• 德国柏林索尼中心
• 1970年大皈万国博览会上的美国馆采用了气承式膜结构，首次使用聚氯乙 烯（PVC）为涂层的纤维织物，受到广泛注意，其准椭圆平面的轴线尺寸 达140m×83.5m，被认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。
• 日本东京后乐园棒球场是日本最大的室内体育场，56000个座位，地下2层， 地上6层，屋盖是钢索与气承漠组成的索－膜结构。屋盖直径201m，用双层 聚四氟乙烯玻璃纤维布制成，外膜厚0.8mm．内膜厚0.35mm．薄膜是用28根 直径为80mm、间距为8.5m双向正交配置的钢索支撑。屋顶总重406t，面积 28000m2，平均每平方米重12.5kg．是日本最轻的屋顶。
5.2.6 索－膜结构建筑
• 索－膜结构是用薄膜材料和钢索共同形成的结构型式。
• 气承式索－膜结构——在薄膜覆盖的空间内充气，利用内外气压差来承受 紧在刚性或柔性的边缘构件上（也可 能悬挂或支承在若干独立支点上），通过张拉建立预应力．获得确定的形 状。
《土木工程概论》重点考点归纳总结(详细版)
《土木工程概论》重点考点归纳总结（详细版）第一章绪论1．（1）我国古代建筑的特点：木结构占主导地位（2）土木工程建设的含义：土木工程是指建造各类工程设施的科学技术的总称。
它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修的等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中、直接或间接为人类生活、生产、军事、科学研究服务的各种工程设施。
（3）土木工程的内涵：土木工程在英语里称为Civil Engineering，译为“民用工程”。
它的原意是与“军事工程”（ Military Engineering）相对应的。
在英语中，历史上土木工程、机械工程、电气工程、化工工程都属于Civil Engineering，因为它们都具有民用性。
后来，随着工程技术的发展，机械、电气、化工都已逐渐形成独立的学科，Civil Engineering就成为土木工程的专用名词。
2．（1）土木工程基本属性1）综合性2）社会性3）实践性4）技术上、经济上和建筑艺术上的统一性2）现代土木工程的特点1）土木工程功能化2）城市建设立体化3）交通运输高速化3．简单应用：无4．综合应用：无第二章土木工程主要类型1．（1）钢筋混凝土楼盖按施工方法的分类分为现浇整体式楼盖和装配式楼盖。
（2）常见网架节点的种类网架的节点构件有焊接球节点和螺栓球节点两种。
焊接球节点有焊接钢板节点和焊接空心球节点。
（3）路面的排水坡度要求为了排水，路面及路肩应做一定的坡度，i1及i2。
它随路面的平整度而异，如混凝土路面i1为1%～1.5%；沥青路面i1为1.5%～2.5%；i2一般较i1大1%～2%。
（4）土木工程的主要类型：建筑工程、桥梁工程、公路与道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口城、海洋工程、给水及排水工程和环境工程等。
2．（1）房屋工程的分类房屋工程按其层数分，有单层、多层、高层、超高层。
房屋工程按其材料分，则有砌体结构的、木结构的、混凝土结构的、钢结构和混合结构的。
土木工程中的悬索桥施工技术
土木工程中的悬索桥施工技术悬索桥是土木工程中一种重要的桥梁类型。
它以悬索为主要承重构件，通过塔架和锚点将悬索连接在一起，具有承重能力强、跨度大、构造简单的特点。
悬索桥的施工涉及多个方面的技术，包括桥梁设计、材料选用、基础工程、悬索悬臂施工、主跨梁体施工等。
首先，悬索桥施工的第一步是桥梁设计。
设计人员需要根据实际需求和地理环境，确定悬索桥的跨度、桥面宽度、载荷要求等参数，并进行相应的结构计算和分析。
悬索桥的设计是非常复杂的，需要考虑到桥梁的强度、刚度、稳定性等因素，以确保桥梁能够承受各种荷载并保持结构稳定。
其次，悬索桥的施工需要选择合适的材料。
悬索桥的悬索一般采用高强度钢缆，其选用要考虑钢缆的抗拉强度、耐久性等因素。
此外，桥梁的主要梁体和塔架也需要选择适当的材料，如混凝土、钢材等，以满足桥梁的承重要求。
悬索桥施工的第三个步骤是基础工程。
悬索桥的基础是桥梁的重要支撑部分，需要进行地质勘探和承载力计算，以确定合适的基础形式和尺寸。
常见的悬索桥基础形式有混凝土桩基、钢筋混凝土基础等。
在基础施工过程中，需要进行地面清理、挖掘、灌注混凝土等工作，确保基础的强度和稳定性。
接下来，在悬索桥的施工中，悬索悬臂是一个重要的步骤。
悬索悬臂的作用是通过临时支撑结构将悬索临时悬挂在塔架上，以便进行主跨梁体的施工。
悬索悬臂的施工需要考虑支撑结构的稳定性和强度，同时还要防止悬索在施工过程中产生过大的变形。
为了保证施工的顺利进行，施工人员还需要根据实际情况进行悬索的张拉和调整。
最后，主跨梁体的施工是悬索桥施工的重要环节。
主跨梁体一般由预制段和现浇段组成。
预制段是在工厂中提前制作好的，而现浇段是在现场进行施工的。
在主跨梁体的施工中，需要使用吊装设备将预制段吊装至悬索上，并进行连接。
现浇段的施工则需要进行混凝土浇注和养护等工作，以确保梁体的强度和一致性。
综上所述，悬索桥的施工涉及多个方面的技术。
在实际施工中，需要合理安排各个施工步骤，严格控制质量和进度。
索膜结构
l0
H H0 当为小垂度时, s l0 tl0 EA
1 dz dz0 s几 ur ul dx 20 zx zx H s物 l0 tl0 EA 由s几 s物有
2. 索的平衡方程
T
单索
T
dz
dH qx 0 dx d Hdz qz 0 dx dx
X 0 Z 0
两个方程，两个未知数 H、z
当只考虑竖向作用，则 qx 0, H C
d 2z H qz 0 2 dx
第二节 悬索结构的分析计算
悬索结构的计算一般按弹性理论，假定索是理想柔性
的，既不能受压，也不能抗弯，但承重索和稳定索之间
的连杆绝对刚性。在基本假定的基础上可建立索曲线的 平衡微分方程，再根据荷载及边界条件求出索的张力。
一．单索基本力学性质 1. 基本假定
索是理想柔性的，只能承受拉力，不能承受 压力、 剪力和弯矩 ； 索材料的力学特性满足虎克定律。
q
ql 4f c H ，z 2 x l x x 8f l l
2
ds T H H dx
dx 2Biblioteka dz 22
dx
dz H 1 dx
2
4 f 2x c H 1 1 l l l
当竖向荷载沿索长均匀分布
二．悬索结构的分类
悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支承 系统三部分构成。
1. 单层悬索体系
第六章索膜结构
z
— qz与梁的关系方程
M
—
qz
索
H
d2z dx 2
qz
0
梁
d 2M dx 2
qz
0
zM H
对于（b）图有索曲线方程
z M x简 c x
Hl
3. 索长计算
ds dx2 dz2 dx 1 dz 2
dx
B
l
s ds
1 dz 2 dx
A
0
dx
由f x f 0
f n 0xn有
稳定索可以抵抗风吸力的作用，同时，相反曲 率的稳定索和相应的索杆能对体系施加预应力，使 每对索均保持足够大的张紧力，提高了整个结构的 稳定性与刚度。
承重索的垂跨比：1/20～1/15；稳定索的矢跨比 1/25～1/20。
➢双层单向布置
索桁架的一般形式 索桁架的平面布置与交错布置
➢双层辐射式布置
凸形布置
第一节 悬索结构的形式与选型
悬索结构是以只能受拉的索作为基本承重构件， 并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系。 一．结构特点
➢受力合理，材料强度利用效率高； ➢结构重量轻，适作各式大跨建筑；
➢施工方便，不需要大型起重设备； ➢边缘构件或支承构件受力较大，且其刚度对 结构受力影响较大； ➢属于柔性结构，受力时大变位、小应变，计算 复杂。
系，其平衡形状随荷载分布方式而变。在恒载作用下 呈悬链线形式，在不对称荷载或局部荷载作用下产生 大的位移（机构性位移）。索的张紧程度与索的稳定 性（抵抗机构位移的能力）成正比。
单层悬索结构的抗风能力差，在风吸力作用下悬 索内的拉力下降，稳定性进一步降低。
垂跨比的影响：垂跨比大，稳定性和刚度大，索拉
3.悬索结构和膜结构施工技术
① 钢索的制作。
钢丝的下料长度L 可由下式计算： L =两锚头之间钢丝束的净长＋2(锚头长＋锚头端部 露出钢丝长＋垫圈厚〕 例如，本工程钢丝束中钢丝的下料长度为： L = 54 . 8 + 2 ( 0 . 155 + 0 . 05 + 0 . 036 ) = 55 .282 ( m )
3.5 悬索桥的施工
3.5.1 悬索的施工 一、悬索的制作 悬索由缆索制成。缆索在运输、丈量、切割和安装中应注 意避免扭转、松散。钢缆索安装时应做破断试验，要检查 破断所在部位，总破断力是否达到设计要求，钢索应不致 从锚头中拔出。① 下料 ；② 切割。
二、锚头的制作 锚头制作是将钢索端部钢丝散开并理直做成锚头套筒相似 的锥形，以便插入套筒后浇铸合金时能均匀分布。 三、索鞍的安装
六.悬挂薄壳与薄膜结构
①预应力悬挂薄壳 ②悬挂薄膜结构（钢悬膜结构 、涂层织物悬挂薄膜 ）
3.1.3 悬索结构的特点
① 受力合理，经济性好，悬索结构依靠高强度钢索 的轴向拉伸来抵抗外荷载作用，最充分地利用了 钢材的强度，因而可以较经济地跨越很大的跨度。 ② 施工方便。 ③ 建筑造型多样、美观。 ④ 悬索结构的边缘构件或支承结构受力较大，一般 需要强大的截面，耗费较多的材料，而且其刚度 对悬索结构的受力影响较大，因此边缘构件或支 承结构的设计极为重要。 ⑤ 悬索结构设计计算理论相对复杂。
目前世界桥梁基础工程实践尚未超过100m深 海。 直布罗陀海峡桥的悬索桥和多跨斜拉桥方案， 基础深达300m。 美国将在墨西哥湾修建的石油钻井平台基础， 水深达411m. 解决100~300m深海基础施工难题迫在眉睫。 基础及桥墩分大块预制安装。
大跨度桥梁应是建筑艺术精品
关于土木工程材料基本性质(1)
1.土木工程材料基本性质：物理性质：密度，孔隙率，含水率，几何尺寸。
力学性质：强度，弹性模量，抗冲击，抗剪性，抗扭曲性。
耐久性能：抗渗性，抗冻性，抗腐蚀性等。
2.胶凝材料：是在物理，化学作用下将其他物理胶结为具有一定力学强度的整体物质。
3.石灰：石灰的主要原料是以碳酸钙为主要成分的矿物，天然岩石，常用的有石灰石，白云石或贝壳等。
4.水泥：水泥是制造各种形式的混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土建筑物或构筑物的基本材料之一，它广泛应用于建筑，道桥，铁路，水利和国防等工程中。
5.水泥砂浆：水泥砂浆是以砂为主体材料，加入一定量的水泥或其他掺和料和水经拌和均匀而得到的稠状材料。
根据用途可分为：砌筑砂浆，抹灰砂浆，锚固砂浆，补修砂浆，保温砂浆等。
6.水泥混凝土：它是以水泥为胶凝材料，由粗细集料，水混合而成，必要时也可以加入适量的外加剂，掺和料以及其他改性材料改变其性能。
7.防水材料：是指能够防止雨水，地下水，工业污水，湿气等渗透的材料。
应具有防潮，防渗，防漏的功能，以及良好的变形性能与耐老化性能。
分为刚性防水（混凝土，防水砂浆），柔性防水防水卷材，防水涂料，密封材料等）8.绝热材料：是用于减少建筑结构物与环境热交换的一种功能材料。
按化学成分分为有机和无机两类。
按材料构造分为纤维状，松散粒状，多孔组织等。
9.装饰材料：装饰材料不但应具有良好的装饰性能外，还应具有良好的物理学性能，施工与加工性能以及房屋建筑所需的绿色环保特色。
装饰材料包括木，石，砖，石膏，石棉玻璃，陶瓷，金属等。
10.土木工程材料发展趋势：土木工程自身发展与其材料之间存在着相互依赖和相互促进的关系。
随着社会对工程安全，低碳，可持续额发展的需要，土木工程材料需向高强，轻质，耐久以及节能，环保，生态等方向发展。
11.地基：承受建筑物荷载的那一部分土层成为地基，建筑物向地基传递荷载的下部结结构称为基础。
地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。
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图5-5 预应力横向加劲单层索系
横向加劲单层索系一般有三个工作阶段 ：
a)第一阶段在锚固好的索上敷设横向构件 b)第二阶段为预应力阶段 C)第三阶段为荷载阶段
横向加劲单层索系不但受力合理，用料经济， 施工也比较方便。我国是世界上首先成功地将预 应力横向加劲单层索系应用于工程实践的国家之 一。先后在1989 年、1992 年建成安徽省体育馆、 潮州体育馆，上海杨浦体育馆等工程。如图所示：
图5-6 安徽省体育馆的结构示意图
5-7
图 潮 州 体 育 馆 鞍 形 横 向 加 劲 单 索 结 构
二.预应力双层悬索体系
双层悬索体系是由一系列下凹的承重索和上凸的稳 定索以及它们之间的连系杆组成。双层索系中的每 对承重索、稳定索一般位于同一竖向平面，二者之 间通过受拉或受压的连系杆相连（图5一8 ) ，其外 形与受力特点类似于承受横向荷载的传统平面桁 架，所以又称为索桁架。
甚至可被风力掀起。
为增大单层悬索体系的稳定性，一般可采取如下措施：
a)采用重屋面，如装配式钢筋混凝土屋面板等； b)采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 ； c)采用横向加劲构件（如图5-5）。
a)采用重屋面，如装配式钢筋混凝土屋面板等
b)采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳
c)采用横向加劲构件（如图5-5）
5.1.2 悬索结构的分类
单层悬索结构
悬索结构 双层悬索结构
一、单层悬索体系:
由一系列按一定规律布置的单根悬索组成，悬 索两端锚挂在稳固的支承结构上。在悬索结构中， 单层悬索体系在构造和理论计算上都比较简单。单 层悬索体系又可细分为单层单向悬索结构、单层辐 射状悬索结构和单层网状悬索结构三种。
图5 一8 预应力双层悬索体系的平面布置简图
图5 一9 预应力双层悬索体系的一般形式
☆双层索系的布置也有平行布置、辐射式布置和网状布 置三种形式: ① 双层单向悬索结构（平行布置）。双层单向悬索结构 是由一群平行走向的索桁架组成，图5一10 ，多用于矩 形、多边形建筑平面，并可用于单跨或多跨建筑结构 （图5 一11 ）。
★索拱体系包括平面索拱体系和鞍形索拱体系两 种。
★吊挂式混合结构应用悬索桥的结构原理， 用一系列吊杆把刚性的屋面构件连接在悬索，由 悬索承担大部分刚性屋盖构件荷载，不仅节省了 结构所占空间，而且总体受力较为合理。
★斜拉式混合结构应用斜拉桥的结构原理，
由塔柱顶部挂下斜拉索直接与刚性的屋盖构件相 连，大部分刚性屋盖构件荷载经斜拉索传递到塔 柱，最终传至基础。
图5-3 网状布置的单层索体系
图5-4 淄博市化纤厂的单层悬索屋盖
单层悬索体系与单根悬索相似，其稳定性较差 ： a) 单层悬索体系是一种可变体系，平衡形式随
荷载分布方式而变。 b)单层悬索体系抗风能力差。作用在屋盖上的风
力主要是吸力，而且分布不均匀，会引起较大的
机构性位移，降低屋盖稳定性。当屋面较轻时，
课程内容 悬索结构和膜结构施工技术
1 悬索结构的形式和特点 2 悬索结构的构造 3 悬索结构施工 4 悬索桥的构造 5 悬索桥的施工 6 空间膜结构
5.1 悬索结构的形式和特点 5.1.1 概述 悬索结构：以一系列受拉钢索为主要承重构件， 按照一定规律组成各种不同形式的布置方式，并 悬挂在边缘构件或支承结构上而形成的一种空间 结构。钢索一般采用由高强钢丝组成的钢丝束， 钢绞线或钢线绳用圆钢筋或带状的薄钢板。边缘 构件或支承结构用于锚固钢索并承受悬索的拉 力，其结构形式可依据建筑物不同类型采用圈 梁、拱、桁架或框架等。
图5一10 双层单向悬索结构 图5一11 平行布置的多跨双层索系
② 双层辐射状悬索结构。当平面为圆形时，常将
承重索、稳定索沿辐射状布置，周边锚固在受压 圈梁上，中心宜设置受拉环。
③ 双层双向悬索结构。双层双向悬索结构是将 平面索桁架沿相互正交的两个方向布置的结构 形式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三.预应力鞍形索网
六.悬挂薄壳与薄膜结构
①预应力悬挂薄壳
②悬挂薄膜结构（钢悬膜结构 、涂层织物悬挂薄膜 ）
5.1.3 悬索结构的特点
① 受力合理，经济性好，悬索结构依靠高强度钢索 的轴向拉伸来抵抗外荷载作用，最充分地利用了 钢材的强度，因而可以较经济地跨越很大的跨度。
② 施工方便。
③ 建筑造型多样、美观。
④ 悬索结构的边缘构件或支承结构受力较大，一般 需要强大的截面，耗费较多的材料，而且其刚度 对悬索结构的受力影响较大，因此边缘构件或支 承结构的设计极为重要。
①单层单向悬索结构。由一群平行走向的承重索组 成，并构成单曲下凹屋面。如图所示：
图5-1 单层单向悬索结构
②单层辐射状悬索结构。当屋盖为圆形或椭圆形平 面时，悬索一般按辐射状布置，整个屋面形成 下凹的旋转曲面，悬索支承在周边构件受压圈 梁上 。如图所示：
图5-2 辐射式布置的单层索体系
③单层网状悬索结构。网状布置的单层索形成下凹 的双曲率曲面，两个方向的索一般是正交布置， 适用于圆形、矩形等各种平面。单层网状悬索 结构其边缘构件的弯矩大于辐射式布置，但省 去了中心拉环 。如图所示：
四.组合悬索结构
组合悬索结构是指将悬索体系（索网、单层索系、 双层索系等）与中间支承结构组合在一起而形成的 一种新型结构。中间支承结构由于要承受较大载， 因此多采用刚度大，受力合理的拱、刚架、索拱体 系等结构形式。
五.混合悬挂体系
混合悬挂体系是由柔性悬索与刚性构件组合而 成。在这类体系中，或用钢索悬挂其他构件，或由 钢索对其他构件提供附加支点，以减轻这些构件的 担；或用刚性的受弯构件来加强悬索的稳定性，以 减少不均匀荷载作用下的机构性位移。混合悬挂结 构常见的形式有索拱体系、吊挂式混合结构和斜拉 式混合结构等。
鞍形索网是由相互正交，曲率相反的承重索和 稳定索叠交而形成的负高斯曲率的曲面悬索结构。 下凹的钢索为承重索，上凸的钢索为稳定索，两组 索在交点处相互连接在一起，索网周边悬挂在强大 的周边构件上。常见的鞍形索网形式如图21 所示。
为了保证索网具有足够的刚度和稳定性，必须 对索网施加预应力。由于两组索的曲率相反，因此 可以对其中任意一组或同时对两组索进行张拉，均 可实现预应力。