悬索结构的形式与设计选型
悬索结构简介
机构性位移与由弹性变形引起的位移不同。 索抵抗机构性位移的能力就是索的稳定性。它与 索的张紧程度有关。 为使单层索屋盖结构具有稳定性，一般可采取： 1、增加悬索结构上的荷载 通过在索上加重荷载，或在索下吊挂重荷载 等，增加屋盖自重。书P152图8-4-2. 缺点：使悬索截面增大，支撑结构受力也增大。
韩国永宗大桥
第一个现代悬索屋盖是美国于1953年 建成的雷里竞技馆，采用以两个斜置的抛 物线拱为边缘构件的悬索屋盖，主要用于 飞机库、体育馆、展览馆、杂技场等大跨 度公共建筑和某些大跨度工业厂房中，跨 度最大达160m。
北京工人体育馆、浙江人民体育馆， 达到了当时国际上较先进的水平，在以后 的几十年间，成都城北体育馆、吉林滑冰 场、安徽省体育馆、丹东体育馆、亚运会 朝阳体育馆等建筑中，采用了各种形式的 悬索屋盖结构，但在设计理论和工程规模 上，并没有很大的突破。
薄膜结构还是一种理想的抗地震建筑物， 它的自重轻，对地震反应很小，它为柔性 结构，具有良好的变形性能，易于耗散地 震能量，另外，薄膜结构即使破坏，也不 会造成支承结构的下部承重结构的连锁性 破坏，此外，由于膜材大多为不燃或阻燃 材料，耐火性好，增强了建筑物的防火灾 能力。
薄膜结构制作方便，施工速度快，造价 经济。薄膜材料质轻，织物柔软，可在工 厂裁剪、制作、打包成卷运往工地，搬运 容易，而且现场施工非常方便。由于它的 重量轻，施工时几乎不需要脚手架，使屋 盖工程的施工工期大为缩短。
单根悬索的受力与拱受力相似，为轴心受力 构件。悬索是轴心受拉构件，对于钢材而言，悬 索是一种理想结构形式。 一、索的支座反力 由于钢拉索是柔性的，不能受弯，索端可认 为是固定铰支座。在竖向荷载下，悬索呈抛物线 形，跨中的下垂度为f，计算跨度为l。
Va=VB=0.5qL 索中任意截M=0，对跨中截面取矩 f=M0/H 由上式知，在竖向荷载下，悬索支座受 到水平拉力作用，该水平拉力的大小等于 相同跨度简支梁在相同荷载作用下的跨中 弯矩除以悬索的垂度。f与H是反比关系， 因此找到合理垂度，处理好拉索水平力的 传递和平衡是结构设计中的重点。
公路悬索桥设计规范
公路悬索桥设计规范公路悬索桥作为重要的桥梁形式之一，广泛应用于各类公路交通工程中，可以说是桥梁设计中的一种重要的结构形式。
公路悬索桥的设计必须遵循一定的设计规范，其中包括悬索桥的结构形式、载荷分布、桥面净高、桥梁变形等设计要求。
一、悬索桥的结构形式公路悬索桥的结构形式分为直线悬挂桥、回弯悬挂桥、双层线悬挂桥等三类型。
直线悬挂桥是由横跨路面梁和悬挂索组成，横跨路面梁通常采用箱形和肋形，悬挂索通常采用圆索或多股绞合索，其索型一般采用多个索束排列的形式。
回弯悬挂桥由横跨路面梁和悬挂索组成，横跨路面梁实现对桥面的灵活支持，其结构比较复杂，考虑到不同结构参数选择和复杂变形问题，回弯悬挂桥设计要求较高，一般不用于重要的大型公路交通工程。
双层线悬挂桥由上、下层悬挂索及横跨路面梁组成，其特点是上、下层悬挂索可以提高桥面的屈曲刚度，可以满足不同桥面变形要求，其索型一般选择直索和多股绞合索的组合。
二、载荷分布公路悬索桥的载荷分布主要取决于桥跨的类型、宽度、桥面变形和悬索桥的长度。
典型的单层线悬挂桥，其横跨路面梁两端结构层上的荷载只有自重力荷载，而桥面上的荷载则由桥面层上的横向荷载和桥斜坡的竖向荷载构成，同时也考虑了桥的横向变形来确定悬挂索的有效荷载。
三、桥面净高桥面净高是指桥面净高处距桥面最低点的高度，它是反映桥面净空位置的重要参数之一，尤其是对于大型公路悬索桥而言，其桥面净高是确定桥面外形的重要指标。
在规划过程中，要考虑地形、交通流量、环境因素等，并结合桥梁的结构变形，给出合理的桥面净高标准。
四、桥梁变形桥梁变形是指桥梁在荷载作用下的变形行为，它的变形不仅取决于材料的弹性模量和桥梁的结构参数，还取决于荷载的类型、大小等。
在悬索桥的设计中，要结合构件的结构变形和荷载的变化情况，确定合理的构件变形标准和控制变形的手段，以保证悬索桥的安全性和可靠性。
总之，公路悬索桥的设计必须遵循一定的设计规范，其中包括悬索桥的结构形式、载荷分布、桥面净高、桥梁变形等设计要求，才能保证设计的安全、可靠性及可行性。
悬索结构
悬索结构的组成
2悬索结构具有以下特点： 悬索结构具有以下特点： 悬索结构具有以下特点
1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最 、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用， 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而，悬索结构适 用于大跨度的建筑物， 体育馆、展览馆等。跨度越大， 用于大跨度的建筑物，如：体育馆、展览馆等。跨度越大，经 济效果越好。 济效果越好。 2、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，因而能 、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面， 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。 3、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件—般也 、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件 般也 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较， 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用 相对较低。 相对较低。
钢索的抗拉强度标准值、 表1 钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量
（4）悬索结构的计算应按初始几何状态、预应力状态和荷载 ）悬索结构的计算应按初始几何状态、 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。 （5）在确定预应力状态后，应对悬索结构在各种情况下的永 ）在确定预应力状态后， 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、位移 进行验算。 进行验算。在计算各个阶段各种荷载情况的效应时应考虑加载 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。 作为悬索结构主要受力构件的柔性索只能承受拉力， 计时应防止各种情况下引起的索松弛而导致不能保持受拉情况 的发生。 的发生。 （7）设计悬索结构应采取措施防止支承结构产生过大的变形， ）设计悬索结构应采取措施防止支承结构产生过大的变形， 计算时应考虑支承结构变形的影响。 计算时应考虑支承结构变形的影响。 且基本风压超过0.7kN/ （8）当悬索结构的跨度超过 ）当悬索结构的跨度超过100m且基本风压超过 且基本风压超过 m2时，应进行风的动力响应分析，分析方法宜采用时程分析 时 应进行风的动力响应分析， 法或随机振动法。 法或随机振动法。
悬索结构介绍
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.2 双层悬索体系
承重索和稳定索均沿辐射方向 布臵，周围支承在周边柱顶的受压 2）双曲面双层拉索体系 环梁上，中心则设臵受拉内环梁。 整个屋盖支承于外墙或周边的柱上。 根据承重索或稳定索的关系所形成 的屋面可为上凸、下凹或交叉形， 相应地在周边柱顶应设臵一道或两 道受压环梁。 通过调整承重索、 稳定索或腹杆的长度并利用中心环 受拉或受压，也可以对拉索体系施 加预应力。 图8-3-14 双曲面双层拉索体系
双曲面、单曲面双层索模型
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.2 双层悬索体系
上索既是稳定索，又直接承载 a)双层内环梁 b)双层外环梁 c)双层内外环梁 d)单层外环梁网状布臵 e)双层外环梁网状布臵
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.3 交叉索网体系 交叉索网体系也 称为鞍形索网，由 两组相互正交的、 曲率相反的拉索直 接交叠组成，形成 负高斯曲率的双曲 抛物面。
图8-3-3 德国乌柏特市游泳馆
1）锚固在足够重的大体积混凝土图a； 第 章 悬索结构 28 ）利用底板及回填土自重抵抗拉力图 b； 3）锚固于受拉摩擦桩或受弯摩擦桩上图c； 3 悬索结构的型式 4）锚固在岩石层的钻孔中。
3.1 单层悬索体系
图8-3-4 拉锚的锚固
图为德国多 特蒙的展览大厅， 屋盖跨度为80m， 单曲单层悬索结 构，悬索拉力通 过斜柱拉锚至地 下基础。屋盖采 用普通混凝土肋 加浮石混凝土屋 面板，以保证悬 索的稳定性。
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.1 单层悬索体系
水平梁和框架一起 承受悬索拉力 水平梁 1）单曲面单层拉索体系(跨度可达80m ，德国多特蒙 承受悬索拉力 特一展览厅，1956)
悬索结构的形式和设计选型
建筑结构选型结课论文悬索结构的形式和设计选型姓名：李超学号：1401102-01所在院系：建筑与城市规划学院学科专业：城乡规划指导教师：张弘二〇一六年十二月标题：悬索结构的形式和设计选型申明：本人申明提交作业文章所有内容均有本人完成，文中引用他人观点均已标明出处。
签字：日期：悬索结构的形式和设计选型摘要：本文在简述悬索结构构成和受力特点的基础上,根据索网曲面形式和结构特征,何恳索结构迸仃了分类,介绍了各种单(双)曲面单(双)层悬索结构、交叉索网、斜拉结构的组成特点和国内外卜程应用状况。
文章还对悬索结构设计选型的若干主要问题,如建筑平面形状、结构跨度、刚度与稳定性、边缘构件与支承结构、片画材料与排水等进行了论述,并提供了一些可供设计参考的有效措施。
关键词：悬索结构设计选型索网杂交结构1．悬索结构的组成与发展土木建筑结构所指的悬索结构,就是指以柔性拉索或将拉索按一定规律布置成索网来直接承受屋面荷载作用的结构(见图1)这些索或索网均悬挂在支承结构体系的边缘构件上。
在竖向荷载作用下,索或索网均承受轴向拉力,并通过边缘构件和支承结构将这些拉力传递到建筑物的基础上去。
悬索结构中承受轴向拉力的柔性拉索多采用高强度钢丝组成的钢铰线、钢丝绳、钢丝束等,有的也可以采用圆钢筋或带状薄钢板。
边缘构件是用来锚固拉索(索网)的,起到承受索在支座处的拉力作用。
根据建筑平面和结构类型的不同,边缘构件可以选用圈梁、拱、析架、刚架等劲性构件,也可以直接选用柔性拉索。
支承结构主要是用作承受边缘构件传来的压力和水平推力引起的弯矩。
常选用钢筋混凝土独立柱、框架、拱等结构形式。
这样受拉的索网和以受压、受弯为主的边缘构件和支承结构,就可以分别采用受拉强度较高的钢材和抗压强度较好的钢筋混凝土,使不同材料的力学性能能得到合理利用。
由于对柔性拉索与刚性结构的优化组合,就可以用较少的材料(一般索的用钢量仅为普通钢结构的l/5一1/7,11一般都在10kg/m以下)做成较大跨度的悬索结构。
悬索桥下部结构设计
悬索桥下部结构设计1、桥塔设计桥塔类型按材料可分为混凝土塔和钢塔两类，钢塔具有施工速度快、结构自重轻、抗震性能好等优点，（混凝土塔）则在经济性方面优势明显。
山区大跨度桥梁，钢结构加工运输较为困难，因此本桥采用经济性较为明显的混凝土桥塔。
索塔采用门形框架结构，包括上塔柱、下塔柱、上横梁和下横梁以及附属设施。
塔柱为钢筋混凝土结构，横梁为预应力混凝土结构。
索塔整体造型以及各部分的断面形式考虑了受力、风阻系数以及景观方面的要求，同时尽可能便于施工。
索塔总高度为264m（不含主索鞍室），其中上塔柱高153m（下横梁顶面以上），下塔柱高112m（下横梁顶面以下）。
塔柱均采用D 形薄壁空心断面：顺桥向尺寸,由塔顶的8.5m 直线变化到塔底的16.5m，横桥向尺寸,由塔顶的6.5m 直线变化到塔底的11.5m；上塔柱在顺桥向和横桥向的壁厚均为1.0m，下塔柱在顺桥向和横桥向的壁厚均为1.2m。
上横梁处塔柱壁厚为1.6m，下横梁处塔柱壁厚为2m。
由于塔柱受力较为复杂，塔柱在上横梁底板和下横梁顶、底板交汇处等受力较大的区段设置加厚段，塔底设置3m 实心段。
索塔在上塔柱顶设置了上横梁，采用箱形断面，为预应力混凝土结构，上横梁宽度8m,高度为8m。
上横梁顶、底、腹板壁厚1m。
下横梁设置在主梁下方采用箱形断面，为预应力混凝土结构，下横梁宽度10m，高度为10m。
顶、底和腹板壁厚均为1.2m。
桥塔基础采用分离式承台接群桩基础，桥塔基础采用直径 2.5m，每个承台布设20根本项目桥塔较高，横梁刚度对桥塔稳定影响较为明显。
下阶段应结合桥塔景观设计做深入比较。
2、锚碇设计（1）锚碇选型隧道式锚碇根植于基岩，可充分发挥岩石岩性，以其开挖量小、造价低、利于环境保护等优点，成为山区悬索桥锚碇的首选形式。
四川岸塔位处山势陡峭，但坡面后退方向存在2级极为平整的阶地，覆盖层约3m，宜采用重力锚；云南地形较平坦，可以采用重力锚；根据地质勘测资料，两岸锚碇区持力层地质均为软岩，四川主要为泥岩，云南为较为破碎的砾岩。
第四章悬索结构091.
（3）采用横向加劲构件
设置横向加劲梁或加劲桁架，使原来单独工作的 悬索连接成整体，在集中力和不均匀荷载作用下，荷 载能重新分配，让更多的索参加工作。
安徽省体育馆
桁架加劲的单曲面悬索结构
平面尺寸为 72m 53m的六边形。
安徽省体育馆剖面示意图
5 垂跨比
悬索的垂度与跨度之比是影响单层悬索体系工作的 重要几何参数。
4 单层悬索体系具有必要形状稳定 性应采用的措施
（1）采用重屋面
恒载克服了风的卸荷作用，使索保持较大的张紧力， 提高了抵抗机构变形的能力。但重屋面使悬索截面和支 承结构的受力增大，影响了经济效果。 （2）采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 在钢索上安放预制屋面板，在板上加额外的临时荷 载，使索伸长,板缝增大，再灌缝。待混凝土达到预定强 度时，卸去临时荷载，板内就产生预应力，屋面就形成 了一个预应力混凝土薄壳。
双曲抛物面完全壳体
六 抗震和抗风
1 自身抗震性能好，考虑水平力对下部结构的影响。
2 风吸力，考虑风振系数、不同体态分布系数的不同 。
思考题:
1 什么是悬索结构? 有哪些特点? 2 处理悬索结构水平推力的方法有哪些?
第二节 悬索结构形式
悬索结构形式划分的方法很多，可根据几何形状、组成 方法、悬索材料以及受力特点等划分。
特尔蒙特展览馆
ⅱ) 承重索具有抗弯刚度
东京代代木体育馆 承重索由工字钢分段连接而成。
ⅲ) 加一根稳定索，构成索桁架或索梁
斯德哥尔摩溜冰场
3）利用稳定索加强刚度
在单层双向悬索屋盖中，布置一群与承重索交叉、曲 率相反的稳定索，并给索网施加预应力，提高屋盖的刚度， 限制钢索的松动，减少钢索的伸缩变形。
辐射式布置的单层索系在圆形的中心设中心拉环；在 外围设受压外环。
浅谈悬索结构体系
浅谈悬索结构体系悬索结构是一种常见的桥梁、天桥或其他庞大建筑物的结构形式。
悬索结构通过使用细长的钢缆或钢索在两个或多个起点之间跨越大距离来支撑自己的重量。
这种结构的设计优点在于，它可以提供强大的重量支撑力和抵抗恶劣气候条件的能力。
在全球各地，许多悬索结构已成为著名地标，并被认为是工程和建筑方面的壮观成就。
悬索结构的设计基于几个关键要素。
首先是支撑结构，需要考虑起点之间所允许的最大距离和建筑物负载的重量。
钢缆/钢索的大小和长度也需要考虑，以确保支撑结构具有足够的承载力。
同时，工程师需要考虑恶劣气候条件对结构的影响，例如强风和地震。
对于更大的建筑物，这些因素将在设计中扮演更重要的角色。
这就要求考虑如何优化设计以满足这些严峻的条件，从而确保结构的安全和持久性。
悬索结构的优点在于它们可以更有效地使用材料并且比其他结构形式更强大。
通过悬挂模式，悬索结构可以以更少的材料跨越更大的距离。
这意味着它们可以减少用于建筑结构所需的材料量，并且可以在更高的高度上增强稳定性。
而因为这种建筑形式可以让建筑物感觉更加轻盈，所以它也可以成为建筑美学的关键因素。
悬索结构可以提供更大的空间，从而使人们能够更自由地行走，并产生更多独特的建筑视觉效果。
当然，悬索结构的缺点也需要考虑到。
一些悬索结构可能会受到气象条件和地震等自然灾害的影响，这些都会对结构的安全和耐久性产生影响。
此外，悬索结构的建造也可能更加昂贵，因为需要使用更多钢缆和钢丝绳等材料，并需要更长时间的设计和建造过程。
总之，悬索结构是一种优秀的建筑设计形式，可以用于建造各种大型结构，例如高架桥、天桥、体育场和其他建筑物。
它们提供了与传统结构不同的美学观感，而且可以提供更高效且更强大的建筑解决方案。
因此，对于寻求创新新建筑设计的建筑师们来说，悬索结构是一种具有吸引力的设计形式。
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建筑结构选型结课论文悬索结构的形式和设计选型姓名：李超学号：1401102-01所在院系：建筑与城市规划学院学科专业：城乡规划指导教师：张弘二〇一六年十二月标题：悬索结构的形式和设计选型申明：本人申明提交作业文章所有内容均有本人完成，文中引用他人观点均已标明出处。
签字：日期：悬索结构的形式和设计选型摘要：本文在简述悬索结构构成和受力特点的基础上,根据索网曲面形式和结构特征,何恳索结构迸仃了分类,介绍了各种单(双)曲面单(双)层悬索结构、交叉索网、斜拉结构的组成特点和国内外卜程应用状况。
文章还对悬索结构设计选型的若干主要问题,如建筑平面形状、结构跨度、刚度与稳定性、边缘构件与支承结构、片画材料与排水等进行了论述,并提供了一些可供设计参考的有效措施。
关键词：悬索结构设计选型索网杂交结构1．悬索结构的组成与发展土木建筑结构所指的悬索结构,就是指以柔性拉索或将拉索按一定规律布置成索网来直接承受屋面荷载作用的结构(见图1)这些索或索网均悬挂在支承结构体系的边缘构件上。
在竖向荷载作用下,索或索网均承受轴向拉力,并通过边缘构件和支承结构将这些拉力传递到建筑物的基础上去。
悬索结构中承受轴向拉力的柔性拉索多采用高强度钢丝组成的钢铰线、钢丝绳、钢丝束等,有的也可以采用圆钢筋或带状薄钢板。
边缘构件是用来锚固拉索(索网)的,起到承受索在支座处的拉力作用。
根据建筑平面和结构类型的不同,边缘构件可以选用圈梁、拱、析架、刚架等劲性构件,也可以直接选用柔性拉索。
支承结构主要是用作承受边缘构件传来的压力和水平推力引起的弯矩。
常选用钢筋混凝土独立柱、框架、拱等结构形式。
这样受拉的索网和以受压、受弯为主的边缘构件和支承结构,就可以分别采用受拉强度较高的钢材和抗压强度较好的钢筋混凝土,使不同材料的力学性能能得到合理利用。
由于对柔性拉索与刚性结构的优化组合,就可以用较少的材料(一般索的用钢量仅为普通钢结构的l/5一1/7,11一般都在10kg/m以下)做成较大跨度的悬索结构。
由于钢索自重很轻,屋面构件也不很大,囚而给施工架设带来了很大的方便。
安装时不需大型起重设备,也不需另设脚手架。
这些都有利于加快施工进度,降低工程造价。
同时索网布置灵活,便于建筑造型,能适应平面形状与外形轮廓的各种变化,这使建筑与结构可以得到较完美的结合。
因此悬索结构在友跨度建筑中得到了越来越多的应用。
悬索结构是一种受力比较合理的建筑结构形式。
它与简支梁受力情况对比,就可以看出这种合理性。
众所周知,图2中的简支梁住竖向荷载作用下,上纤维压应力的合力与「纤维拉应力的合力组成了截面的内力矩.合力间的距离即为内力臂,它总在截面高度的范围内,因此要提高梁的承载能力,就意味着要增加梁的高度。
但在悬索结构中,钢索在自重下就自然形成了垂度,由索中拉力与支承水平力间的距离构成的内力臂,总在钢索截面范围以外,增加垂度也就加大了力臂,从而可以有效地减少索中拉力和钢索截面面积。
悬索结构在桥梁中的应用已有悠久历史,但在建筑工程中的广泛应用还只是50年代以来的事情。
通过40多年来各国不断进行的研究和工程实践,它的应用范围正在不断扩大,结构形式在日趋丰富,计算理论与设计、施工技术亦趋于完善,现已成为一种成熟的建筑结构体系。
目前在大、中跨度的体育馆、展览馆、商场、机(车)库等公共建筑和一些工业厂房、仓库中得到了较多的应用,它是空间结构的一种重要结构形式。
在国外大跨度屋盖中,悬索结构一直是选用中的主要结构形式。
如1980年莫斯科奥运会有5项跨度在66M以上的主要体育建筑,都采用了悬挂钢板膜的或刚性索的悬挂结构;加拿大卡尔加里冬季奥运会的双曲抛物面索网屋盖(D=i20m),美国纽约麦迪逊广场的双层辐射式悬索屋盖(D二123m),日本东京代代木体育馆以两侧索网索为中间支承的悬索屋盖(120mxZ14m)等等,都是世界上比较著名的大跨度悬索结构。
我国从60年代以来也先后建成了30座左右的悬索结构工程。
除60年代建成的北京工人体育馆(D二94m),浙江体育馆(椭圆形平面,80rnx60rn),成都城北体育馆 (D二6lm)等屋盖外,近年来又有很多创新与发展。
新建的一批悬索结构形式就相当丰富:如吉林冰球馆(59mx76.8rn),采用了承重索和稳定索交错布置构成的立体拉索析架;安徽省体育馆(六边形平面,72mx69m)、上海杨浦体育馆(45m义48.6m),采用了横向加劲单曲悬索结构;四川省体育馆(六边形平面,72二、79.4m)、青岛市体育馆(卵形平面,87mx72m),采用了在中间相互倾斜或交叉的双拱两侧悬挂两片索网的形式;北京朝阳体育馆则采用了索拱组合体系作为索网屋盖的中间支承;淄博化纤厂餐厅采用的正方形对角线支承索网 (30mx3om)等等。
此外,伞形悬索、斜拉屋盖结构在我国也得到了应用与发展。
吉林冰球馆浙江省体育馆如此众多的悬索结构工程的建成,不仅大大丰富了我国建筑结构的形式,而且也为悬索结构的进一步应用与发展,积累了可贵的经验。
可以预料,随着我国建设事业的发展,大跨度空间建筑的社会需要不断增加,悬索结构必将会有更为广阔的应用前景。
2．悬索结构的形式悬索结构的形式很多,根据索网、边缘构件和下部支承结构的不同配置,可以构成一系列形式各异的悬索结构。
如果将悬索结构和其它结构形式结合,又可以进一步派生出许多形式新颖的结构体系。
例如,按悬索结构的表面形状和不同结构特征,可以组合成以下几种基本形式:若按不同的索网布置方式,则可以分为平行拉牢体系、拉索析架体系、幅射式拉索体系以及交叉索网体系等。
2.1单曲面单层悬索结构单曲面单层悬索结构是由许多单根拉索平行构成的一种平行拉索体系。
它的表面呈圆筒形,拉索两端支点可以等高,为了排水也可做成不等高。
达种结构形式一般用于矩形平面的单跨建筑。
平行拉索体系常呈平面受力状态,索中拉力放与跨中垂度成反比。
对于一定跨度的悬索结构,如垂度太小则曲面扁平,索中拉为将过大;如垂度太大则索中拉力减少,但支派结构的高度将随之增大。
因此适宜的垂跨比一般取1/10~1/20。
这种拉索体系,构造简单,排水方便。
但是屋面结构的稳定性不好,在不对称荷载或局部荷载作用下,有可能改变悬索屋盖的曲面形式;同时它的抗风能力也差,因此有必要采取有效措施来保证屋而的稳定性。
通常的做法是采用重屋盖,即在索间铺设预制钢筋流凝土板,使悬索在较大的均布恒软作用下始终保持张紧状态,既可增强屋面保持原来状态的能力,又有利于克服风力的卸载作用。
近年来我国在安徽体育馆、上海杨浦体育馆等工程中则进一步采用了横向加劲式单曲悬索屋盖(图3),即在平行拉索的基础上,增设了与之正交的横向加劲构件(梁或桁架),通过强迫其端支座的下压,而使结构建立预应力(图3(C))。
增设横向加劲构件不仅可以增强平行拉索屋盖的刚度,而且可使原来单独工作的索系形成整体,提高屋盖承受集中力和不均匀荷载的能力。
对于纵向两端支撑结构水平刚度较大,而横向两端支撑较弱的矩形平面建筑物,采用横向加劲式单曲悬索屋盖尤其相宜。
国外应用单曲面单层悬索结构最大跨度的工程实例是德国法兰克福机场的5号双跨机库(图4),每跨由10个长135m、宽7.5M，厚8.c6m的预应力混凝土悬索带组成,每带净距3m,其间设置采光带。
索带两端悬挂在34m高的钢筋混凝土格构式墩座丰,中间则支承在跨度为78m的箱形截面J大梁一上。
在跨中最低处,将.22m宽的悬索带连成整体,做成有组织排水·为控制屋面的竖向变形,在板带中还设置了水平拉索。
2.2双曲面单层瓜索结构双曲面单层悬索结构,常用于圆形平面的建筑,钢索由圆心向四周按幅射状布置,屋面形成一个下凹的旋转面(图5(a))。
钢索两端分别锚固于周边外环和中央内环上。
由于在钢索拉力作用下外环受压,内环受拉,因此,外环与内环分别采用钢筋混凝土和钢材,以适应它们的受力需要;也有的工程是将内环支承于建筑物中央的单根或多根支柱上的,形成了伞形悬索结构(图5(b)),如淄博市长途汽车站候车厅(D=50。
)。
柳州水泥厂熟料库(D二80m)等都采用了这种伞形悬索结构(图6)。
在均布荷载作用下,、在圆形平面内呈幅射状布置的各条拉索内力相等,内力值随垂度的增加而减小。
但是在椭圆形的平面上,由于各条拉索内力不等,同时在受压外环上将存在较大的弯矩,因此椭圆形平面的双曲面单层悬索结构很少采用。
国外应用双曲面单层悬索结构最大跨度的工程实例有:美国阿拉美达郡体育馆 (D=13Om,它的钢筋混凝土外环是支承在32根X形的钢筋混凝土支柱上,钢内环直径为13.8m,内、外环间按幅射状设置了96功56钢铰线,钢索用钢量仅为6.6kg/m“;此外乌拉圭蒙地维多体育馆(D二94m)也采用了这种形式的悬索屋盖结构。
这种悬索结构因为是单层索,因此都采用了重屋盖来增强屋盖刚度,并且还施加了预应力2.3一单曲面双层雄卑结构单曲面双层悬索结构是在平行拉索体系的墓础上增设一层反向曲率的钢索构成的。
下凹一曲面为承重索,上凸曲面为稳定索,上下两层索间设有系杆(圆钢或钢索)。
通过这些系杆对上、下层索施加预应力,以增强双层悬索结构的刚度和稳定性。
这种形式的悬索结构大都做成轻屋盖,且抗震性能也较好,它多用于矩形平面的单跨建筑。
上承重索的垂度一般取跨度的l/17~1/20,下稳定索的拱度则取跨度的1/20一1/25。
我国江苏无锡市体育馆(43mx40m)就采用了单曲面双层悬索结构屋盖(图7(a))。
该设计的特点是将位于同一平面的承重索与稳定索在中点交接,可以提高结构抵抗不对称变形的能力和屋盖刚度。
这种承重索和稳定索组成的双层悬索结构,因双索均位于同一竖向平面内,索与系杆构成了类似索梁或索析架体系,属受力平面体系,因此也称此为拉索析架。
吉林冰球馆屋盖是在单面双层悬索结构形式基础上,采用了双层预应力悬索结构 (67.4mx76.8m)(图7(。
)),与无锡县体育馆不同之处是承重索和稳定索不在一个平面内,而是相互错开半个柱距,形成立体拉索析架。
国外瑞典的斯德哥尔摩冰球馆屋盖工程 (见图8)也是采用了上述这种形式的悬索结构,它的平面尺寸为83mx118m,这是国外具有代表性的单曲面双层悬索结构形式。
2.4双曲面双层瓜索结构双曲面双层悬索结构是在双曲面单层悬索结构的基础上增设了一层按辐射状布置的稳定索而形成的。
由于增设了一层稳定索,屋面刚度进一步有所提高,抗凤、抗震性能有所增强,这为悬索屋盖结构采用轻型屋面提供了条件。
这也是目前在圆形平面建筑中应用较多的一种悬索结构。
双曲面双层悬索结构的稳定索,可置于承重索之上,也可置于承重索之下,或使两层索相互交叉。
屋面形状也随之变化,或呈凸形、凹形或波形。
在索拉力作用下,受拉的中心内环多用钢材制作,受压的外环则根据索的布置情况,设置一道或两道钢筋混凝土圈梁。