索和膜结构ppt(152页)
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16膜结构PPT课件
11
16.1.1膜结构的发展与应用概况
-空气支承膜结构
❖ 此后又相继用于多个大中型体育建筑的空气支承膜结构 中。
❖ 1975年：美国密西根州庞提亚克“银色穹顶”，平面为 168mx220m椭圆形；
12
16.1.1膜结构的发展与应用概况
❖ 1982年：明尼苏达州Metro穹顶， 平面为180mX215m椭圆形；
7
大阪世界博览会’70 美国馆
8
16.1.1膜结构的发展与应用概况
❖ 1970年日本大阪世界博览会上，由川口卫 （Mamoru Kawaguchi）设计的日本富士馆（图 16.1.1-2），平面为直径50m的圆形，由16个直径 4m、高72m的气囊式拱构成，拱间由环形水平带 箍在一起，并固定在钢筋混凝土环梁上。
❖ 1983年建成的加拿大温哥华BC Place体育场， 平面为190mX232m椭圆形。
13
16.1.1膜结构的发展与应用概况
问题
❖ 至1984年，类似的大型充气膜结构体育馆在北美 就建了9座。但由于空气压力自动调节系统和融 雪热气系统性能不稳定，几乎所有的充气结构在 使用中都出现过问题，轻者屋面下瘪，重者膜材 撕裂，尤其是在1985年冬天的一场大风雪中， “银色穹顶”险些全部倒塌。这些事故引起了人 们的关注，甚至对充气膜结构的安全性产生了怀 疑。1986年以后，在美国建造的大型体育场馆中 就没有采用过充气膜结构。
初期（20世纪初~50年代）
❖ 1917年，英国人兰彻斯特(F. Willian Lanchester)首先提出 了利用空气压力差支承帐篷结构的思想，并建议用于野 战医院，但由于当时的技术条件原因没有实现。
❖ 1946年，美国工程师伯德(Walter Bird)首次建成了一个直 径15m的充气膜穹顶，由尼龙纤维布制成，用于雷达防护 罩。
16.1.1膜结构的发展与应用概况
-空气支承膜结构
❖ 此后又相继用于多个大中型体育建筑的空气支承膜结构 中。
❖ 1975年：美国密西根州庞提亚克“银色穹顶”，平面为 168mx220m椭圆形；
12
16.1.1膜结构的发展与应用概况
❖ 1982年：明尼苏达州Metro穹顶， 平面为180mX215m椭圆形；
7
大阪世界博览会’70 美国馆
8
16.1.1膜结构的发展与应用概况
❖ 1970年日本大阪世界博览会上，由川口卫 （Mamoru Kawaguchi）设计的日本富士馆（图 16.1.1-2），平面为直径50m的圆形，由16个直径 4m、高72m的气囊式拱构成，拱间由环形水平带 箍在一起，并固定在钢筋混凝土环梁上。
❖ 1983年建成的加拿大温哥华BC Place体育场， 平面为190mX232m椭圆形。
13
16.1.1膜结构的发展与应用概况
问题
❖ 至1984年，类似的大型充气膜结构体育馆在北美 就建了9座。但由于空气压力自动调节系统和融 雪热气系统性能不稳定，几乎所有的充气结构在 使用中都出现过问题，轻者屋面下瘪，重者膜材 撕裂，尤其是在1985年冬天的一场大风雪中， “银色穹顶”险些全部倒塌。这些事故引起了人 们的关注，甚至对充气膜结构的安全性产生了怀 疑。1986年以后，在美国建造的大型体育场馆中 就没有采用过充气膜结构。
初期（20世纪初~50年代）
❖ 1917年，英国人兰彻斯特(F. Willian Lanchester)首先提出 了利用空气压力差支承帐篷结构的思想，并建议用于野 战医院，但由于当时的技术条件原因没有实现。
❖ 1946年，美国工程师伯德(Walter Bird)首次建成了一个直 径15m的充气膜穹顶，由尼龙纤维布制成，用于雷达防护 罩。
索结构课件-20200416-1
索的应力应变曲线和力学性能
索的弹性模量
索的安全系数
四、非线性分析的基本概念
u 非线性分析与线性分析之间的关系； u 非线性结构问题是指结构的刚度随其
变形而改变的问题； u 线性分析可以用叠加原理，非线性分
析不适用叠加原理；
F
KT
u
大板的突然翻转
将碰到障碍物的悬臂梁 悬臂梁大挠度
非线性一个例子
五、3D3S索结构分析的一些概念
Ø 三态的关系
• 初始形态； • 零状态； • 工作状态；
零状态——加工放样后的索段和构件集合体。 初始状态——仅在预应力和自重作用下的自平衡状态 工作状态——在外部效应作用下达到的平衡状态。
主动索和被动索
Ø 索结构的系列找形算法
矩阵分析法（给定边界和几何，求解索杆体系预张力分布） 力密度法（给定边界，求解索网预张力和对应的几何） 有限单元法（给定边界，求解几何和对应的预张力分布）
# 等原长索网 同上迭代求解。
等力密度索网
等力索网
采用有限单元法可以同样求解， 但计算效率较低，特别是对于等力密度索网！
Ø三种状态位移的关系 零状态→荷载状态的位移； 初始状态→荷载状态的位移；
Ø自重选项
谢谢！
程是紧密相关的，设计应与施工统一考 虑；
二、索结构的分类
Ø 预应力刚架结构
Ø 桁架杆件内穿索
下弦钢管内穿索
Ø 张弦梁结构
张弦结构的边界条件设置 Ø 简支（一端固定，一端滑移） Ø 两端固定
Ø 弦支穹顶
Ø 索穹顶
Ø 弦支穹顶
Ø 索网结构
上海航海博物馆
Ø 预应力撑杆柱
Ø 预应力撑杆柱
索结构在3D3S中的应用
一、索结构的概念和特点
索结构、膜结构、框架结构的比较
索结构、膜结构、框架结构的比较摘要：随着科学技术与施工技术的发展，在建筑结构方面出现了越来越多的新型结构代替了传统的框架结构。
在新型结构中比较突出的有索结构，膜结构，它们造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。
关键词：索结构、膜结构、框架结构、材料用量、受力、区别、工程实例正文：框架结构：框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。
适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。
框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。
水平方向仍然是楼板，然后楼板应该搭在这个梁上，梁支撑在两边的柱子上，这就把重量递给了柱子，沿着高度方向传到基础的部分，即梁、板、柱构成的承重体系。
框架结构的特点非常突出：所有的墙都不承重跟厂房的承重没有关系，那个承重，是板搭在梁上，梁传给了柱子，墙都是后坐上去的用于其他的轻质材料，墙都不会承重，应用的时候都很灵活，如想要大房间不要墙，就要大房间，不想要大房间，想要小的，就可以在其中用其它的轻质材料来进行房间的划分，房间划分成若干个小房间，因此它的墙不承重，及起着一个划分空间的作用，仅起着一个保温，隔热，隔声的部分。
注意：框架结构：指梁、板、柱的承重体系。
框架建筑的主要优点是空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；同时具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；同时框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。
5.9索膜结构
二、索－膜结构
景观雕塑
图2
（一）索－膜结构的概念
索－膜结构是以膜材为主体并与钢结构及钢
索共同组成的全新结构体系。
并于二十世纪后期成为国际上大跨度空间建
筑及景观建筑的主要形式之一，具有强烈的
时代感和代表性。
（二）发展概况
设计理念的起源
1917年有一位名为兰彻斯特（Federick W. Lanchester)的美国人建议利用新发明的电力 鼓风机将膜布吹胀,作野战医院。这只是一种构 思，而没有真正正成为使用的产品。 美国军方做了一个直径15m圆形充气的雷达 罩（Radome)，可以保护雷达不受气候侵袭, 又可让电波无阻的通过，从而使相隔了19年的 专利付诸实用。
伦敦千嬉穹顶（Millennium Dome)是英国政府为迎接21 世纪而兴建的标志性建筑，位于伦敦东部泰晤士河畔的 格林威治半岛上。该建筑是大型综合性展览建筑。穹顶 直径320m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采 用圆球形的张力膜结构，膜面支承在72根辐射状的钢索 上。
青岛市颐中体育中 心索膜建筑设计
索膜建筑将是２１世纪 空间结构发展的主流
索膜建筑设计方案实质上同时是索膜结 构体系方案，因此要求从事索膜建筑设计 的建筑师了解索膜结构技术并能熟练地将 其运用到建筑设计中。 目前索膜建筑在世界上得到了广泛应用。 它采用先进的预张力结构技术与轻质膜材 料，其形式具有极高的艺术感染力，是建 筑艺术与结构形式的完美结合。
，再加上膜结构特有的柔顺的曲面、广阔的空间、半透明
的室内环境，使得膜结构具有广阔的发展前景，将是２１
世纪空间结构发展的主流。
（三）膜节构主要类型
气承式 索—膜结构 在薄膜覆盖 的空间内充 气，利用内 外气差来承 受荷载，并 与钢索共同 形成结构。
土木工程课件： 索-膜结构建筑
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。
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。
德国柏林索尼中心索－膜结构来自筑索－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 受荷载，并与钢索共同形成结构；
张拉式索－膜结构——将薄膜与索张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。
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。
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。
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。
德国柏林索尼中心索－膜结构来自筑索－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 受荷载，并与钢索共同形成结构；
张拉式索－膜结构——将薄膜与索张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。
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。
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。
膜结构
受拉结构体系中的膜结构
L/O/G/O
2015/10/12 1
膜结构的定义及构成
首先让我们认识一下膜结构建筑，在我们的生活中，经常 会见到。如图：
体育看台
停车棚
2
膜结构的定义及构成
气囊式膜结构
景观小品
3
膜结构的定义及构成
收费站 世博轴
4
膜结构的定义
膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑形式，对 它并没有一个明确的定义。 一般认为膜结构是用多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及 加强构件(桁架、网架、钢柱或钢索)通过一定的方式使其内
作为附加高点的悬索
பைடு நூலகம்接高点结构体系
三根柱结构
间接高点结构体系
高点直线布置
间接高点结构体系
伦敦千年穹顶
高点曲线布置
（3）蒙皮式（骨架式）膜结构 以刚性结构（钢结构）为承重骨架，并在骨架上敷 设张紧的膜材的结构形式。 与常规结构接近，设计制作简单，工程造价较低 跨度受骨架制约，膜材仅作维护，承载作用未得 到发挥。
在夜间保持室内的照明效果；夜间逆光照射下表面发光。
35
膜结构的特点
（3）艺术性
多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样 化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创 造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。
（4）安全性
膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形
态承载。膜结构作为轻型结构在地震等荷载作用下能保持
70年大阪世界博览会美国馆 由美国建筑师布罗迪和工程师盖格尔（David Geiger）设计 的美国馆为83.5m×l42m的准椭圆形空气支承膜结构。首次 使用了聚氯乙烯（PVC）涂层的玻璃纤维织物，通常被认为 是第一个现代意义上的大跨度膜结构。
L/O/G/O
2015/10/12 1
膜结构的定义及构成
首先让我们认识一下膜结构建筑，在我们的生活中，经常 会见到。如图：
体育看台
停车棚
2
膜结构的定义及构成
气囊式膜结构
景观小品
3
膜结构的定义及构成
收费站 世博轴
4
膜结构的定义
膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑形式，对 它并没有一个明确的定义。 一般认为膜结构是用多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及 加强构件(桁架、网架、钢柱或钢索)通过一定的方式使其内
作为附加高点的悬索
பைடு நூலகம்接高点结构体系
三根柱结构
间接高点结构体系
高点直线布置
间接高点结构体系
伦敦千年穹顶
高点曲线布置
（3）蒙皮式（骨架式）膜结构 以刚性结构（钢结构）为承重骨架，并在骨架上敷 设张紧的膜材的结构形式。 与常规结构接近，设计制作简单，工程造价较低 跨度受骨架制约，膜材仅作维护，承载作用未得 到发挥。
在夜间保持室内的照明效果；夜间逆光照射下表面发光。
35
膜结构的特点
（3）艺术性
多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样 化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创 造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。
（4）安全性
膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形
态承载。膜结构作为轻型结构在地震等荷载作用下能保持
70年大阪世界博览会美国馆 由美国建筑师布罗迪和工程师盖格尔（David Geiger）设计 的美国馆为83.5m×l42m的准椭圆形空气支承膜结构。首次 使用了聚氯乙烯（PVC）涂层的玻璃纤维织物，通常被认为 是第一个现代意义上的大跨度膜结构。
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
索膜结构介绍
索膜结构介绍索膜结构：是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。
其造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。
索膜结构作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现，至今已有四十多年的历史，特别是到了七十年代以后，膜结构的应用得到了迅速发展。
膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。
膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。
而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。
其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。
另外值得一提的是，在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。
夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。
这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。
膜结构概念膜结构(Membrane Structure)，即张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成稳定的承力体系。
膜结构通过(钢架、钢柱或钢索)一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式，膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构。
由于张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定的预张应力，以抵抗外部荷载的作用，因此在一定初始条件（边界条件和应力条件）下，其初始形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维的空间曲面等一系列复杂的问题，都需要有计算来确定，因此计算机技术的迅猛发展为张拉膜结构的应用开辟了广阔的前景。
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（5）悬链索单元的刚度矩阵 注意到V、H表达式中的独立变量只有F1和F2，建立如下增量方程：
dH dV
1 3
2 4
ddFF12
ddFF12
k11 k21
k12 k22
dH
dV
1
14
2 2
4
2
2
1
dH
H F1
dF1
H F2
dF2，
dV
V F1
dF1
V F2
dF2
3. 找形分析时是否考虑自重
在自重作用下调整主动索预张力至给定值后进行固定 初始状态下主动索预张力效应+结构自重效应共同作用 找形分析时应同时考虑自重作用
在无自重作用情况下张拉主动索至给定值并进行固定 再将结构安装就位 与主动索力对应的平衡状态为初始状态 自重考虑为恒载、找形分析时不考虑
4. 索结构的几何定义
mn lm
n2 ln
ln mn n2
l2
lm
ln
lm m2 mn lm m2 mn
ln mn n2 ln mn n2
1 0 0 1 0 0
0
1
0
0
1
0
k
CA L
0 1
0 0
1 0
0 1
0 1
0
0
0 1 0 0 1 0
0 0 1 0 0 1
f R n C A l,m,n, l, m, nT
1. 主动索和被动索
主动索：受张拉的索段，原长改变、控制拉力， 张拉完毕后予以固定。
被动索：张拉前两端固定于结构节点， 张拉中原长不变、拉力变化。
2. 索结构的三个状态和分析类别
建筑索结构形成的一般步骤：
搭设支承体系、安装钢结构构件和被动索 → 零状态； 张拉主动索、撤除支承体系、形成自平衡体系→ 初始状态； 荷载作用下 → 工作状态。
索体护层材料宜选用高密度聚乙烯。
锚具： 冷铸锚——锚杯内冷铸带钢丸的有机结合剂 热铸锚——锚杯内填充浇注低熔点合金 压接锚——钢板与索体通过压力机挤压成型 夹片锚——热加工后的钢夹片与索体自锁 镦头锚——钢丝或钢绞线端头加工成镦头卡在夹板上
锚具组件为低合金结构钢
压接锚锚具宜应用于直径<44mm的索体， 索体直径超过规定数值时应进行试验验证。
4、悬链线单元 （1）坐标轴和符号
Lu、L——索的原长和变形后长度； Ti、Tj——索两端节点张力； W——索自重。
（2）基本方程
Ti F12 F22 Tj F32 F42 F3 F1 F4 F2 WLu
悬链线方程可表示为：
L2
V
2
H
2
sinh 2
2
WH 2 F1
F2
W 2
V
cosh sinh
第一章 索的构成和力学性能
1、索 —— 拉杆、拉索
（1）拉杆——杆身+锚头+调节套筒
杆身: 合金钢、不锈钢 不锈钢：建筑幕墙结构，直径12～60 合金钢：建筑主体结构，直径20～210
强度级别235级、345级、460级、550级和650级
锚头：叉耳式（U型）、单耳式（O型）、螺杆式（I型）
U型锚头
(1) 初始状态几何可不严格满足图纸几何 → 零状态几何=图纸几何 结构刚度较大预张力变形很小、预张力变形与自重效应抵消时, 非线性分析法： 将图纸几何取为零状态几何，按图纸几何建立计算模型， 进行非线性分析计算得到结构的初始状态的几何和内力。
(2) 初始状态几何与图纸几何吻合 → 初始状态几何=图纸几何 结构较柔预张力变形较大、或预张力变形与自重效应迭加时， “拆杆加力法”： 将图纸几何取为结构的初始状态几何，按图纸几何建立计算模型， 拆除主动索在其两端节点加上主动索力， 进行线性分析确定与图纸几何对应的预张力平衡内力
索和膜结构
杭州游泳馆
郑州杂技馆
天津保税区标志
天津保税区标志塔
沪嘉高速公路加油站
博螯论坛
第一部分 建筑索结构
第一章 索的构成和力学性能 第二章 索的计算模型 第三章 计算分析中的基本概念 第四章 索结构分类 第五章 索结构初始状态找形 第六章 设计验算中的基本概念 第七章 索结构的荷载效应分析
√
热铸锚锚杯的坯件可选用锻件或铸件， 锻件材料应为优质碳素结构钢或合金结构钢。
√
耐久性较好
冷铸锚锚杯的坯件宜选用锻件， 耐久性较差，多用于斜拉桥中的斜拉索
销轴、螺杆的坯件应选用锻件。
锚具的强度应符合钢索破断后而锚具和连接件均不能破断 的准则，必要时应通过试验来确定。
按连接方式锚具可分为销轴式连接和螺纹式连接； 按调节形式可分为固定式连接和可调式连接；
S
F1 H
lm
k11lm
F1 H
l2
k11m2
k12l
k12m
dF Kdu
{F} FXi FYi FZi FXj FYj FZj T
sym
k22
T
{u} ui vi wi u j v j wj
第三章 计算分析中的基本概念
1. 主动索和被动索 2. 索结构的三个状态和分析类别 3. 找形分析时是否考虑自重 4. 索结构的几何 5. 索结构的位移定义 6. 索结构的刚度特征 7.“索杆体系”和“索梁体系”
V
G F n1 G F n G '(F n ) F n1 F n
G ' F (n)
1 3
2
4
1
H F1
1 W
F4
Tj
F2
Ti
2
3
F1 W
1 Tj
1 Ti
4
Lu EA
1 W
F4
Tj
F2
Ti
F n1 F n F
F G '
Fn
1
G
Fn
取 F n1 F n F ，取 1.0 ，并满足 G F n1 G F n 。
（4）已知几何和原长解节点力
可以假定F1、F2，计算F3、F4，计算Ti、Tj，计算V、H，如果不 符合给定的值可以重新假定F1、F2，直至满足精度要求。V、 H表达式可写成：
G(F)
F1
Lu EA
1 W
ln
F4 Tj Ti F2
H
0
1
2EAW
T
2 j
Ti 2
Tj Ti W
L
H
F1
Lu EA
1 W
ln
F4 Tj Ti F2
V 1 2EAW
T
2 j
Ti 2
Tj Ti W
L
Lu
1 2EAW
F4T j
F2Ti
F12
ln
F4 Tj Ti F2
（3）已知几何和张力求原长
当已知索 I 节点张力 Ti、重量W、几何坐标V、H时， 可按以下步骤求索的原长： 1．假定F1； 2．求 ，求L，求F2； 3．检查 Ti 是否满足给定要求，不满足重新假定F1转步骤2； 4．Tj； 5．F4； 6．解Lu。
再次加载并卸载后只有较小的残余应变， 例如 p<0.1mm/m。
张紧索在一定的加载范围内可视为线弹性的，其弹性模量一
般比松弛新索高20—30%。
高强钢丝和钢绞线的弹性模量约：2.0×105MPa， 索体的弹性模量 ＜ 2.0×105MPa。
钢索弹性模量： 钢丝束索体的弹性模量不应小于1.9×105MPa； 钢丝绳索体的弹性模量：单股不应小于1.4×105MPa，
第二章 索的计算模型
1、基本假定
只受拉不受压和弯；线弹性材料。
较细较短的索，自重影响不大 将索的自重等效作用到两端节点处 可采用直线两节点线单元。
较粗较长的索，自重影响较大，宜采用能考虑跨中自重的单元 多段直线两节点单元(可考虑人与方向荷载)， 通用和专业软件均具有，适用性最强 近似两节点单元(可考虑任意方向荷载)， 通用软件不具有，适用于桅杆结构中的拉
索 悬链线单元(仅考虑竖向自重) 通用软件不具有，仅适用于室内索
2、只拉不压的两节点索单元
T.L
k0 ku k n u f n1 fRn
U.L
kx k nu f n1 fRn
l 2 lm ln l 2 lm ln
lm
m2
mn lm m2 mn
kx
E L
ln
l
2
对于可调式连接可采用螺栓调整、套筒调整； 按组成形式可分为叉耳式、单耳式。
2、索的应力应变曲线和弹性模量
对于面积为A长度为L的松弛的新索，在拉力N作用下伸长ΔL，如
果定义应力，应变，则应力——应变关系如图１.5所示：
NL AL
图1.5 松弛新索的应力——应变关系
松弛新索：未经反复张拉消除残余应变的新索； 张紧索：反复加卸载后（10次）已消除了大部分残余应变，
零状态几何 ——构件制作和拼装时的几何； 初始状态几何——结构施加预张力完成后的几何； 工作状态几何——外部荷载作用下结构达到的几何。
图纸几何——建筑设计图纸中所规定的结构几何，是已知的。 结构的初始状态几何应该等于图纸几何相吻合、是已知的； 结构的零状态几何必须依据图纸几何确定、是未知的。
实际计算时可考虑以下两种情况：
5. 索结构的位移定义 结构自零状态至初始状态会产生位移， 结构在外部荷载作用下自初始状态至工作状态也会产生位移， 结构的位移有两种可能的定义： 位移一： 结构自零状态至工作状态的位移； 位移二：结构自初始状态至工作状态的位移。
{F '} Fxi '
Fyi '
Fzi '
Fxj '
Fyj '
Fz j
T
'