索结构(2)-结构体系
索膜结构组成、特点
大家听说过索膜结构吗？其实从严格意义上来说，索膜结构就是我们平时所说的张拉膜结构，也是膜结构的常见形式之一，外表轻巧、美观、柔美，寿命也很长，很受人青睐。
要说一个完整的索膜结构需由膜材、索结构、支架结构三部分组成，缺一不可。
其实索膜结构有很多我们不了解的好处，今天我们就来详细了解一下。
（索膜结构-图例）【索膜结构介绍】大家对索膜结构了解多少呢？它也被称为张拉膜结构，是膜结构三种常见形式之一，其以膜材、钢结构支柱、拉索等共同作用，使膜面形成一定的张力从而形成承受外载荷的某种稳定的空间结构，与骨架式、充气式结构相比索膜结构是很能体现膜结构精髓的形式，由于其强度决定于受拉构件的承载能力而不是结构的稳定性，所以能够充分发挥钢索和膜材受拉工作时强度高、自重轻的特点，更加适合于大跨度结构中。
其造型也更加的灵活、轻巧、柔美，对于索膜结构来说不需要多余的支撑体系也不需要多余的装饰，其结构本身就是一种艺术造型。
所以索膜结构非常适合用在标志性建筑上，如体育场馆、商场、交通设施、娱乐设施、文化景观设施等，不仅如此因为造型感强、制作简单、安装便捷、节能环保、安全性好所以索膜结构现在应用范围非常广泛。
【索膜结构组成】一个完整的索膜结构一般由三部分组成：膜材、索结构、支架结构，下面我们简单说下这三部分。
1.形成曲面结构的张拉膜材，膜材作为结构材料，要能够抵抗一定的载荷而不致引起过大变形，同时作为结构中的覆盖材料，需要满足一定的建筑功能，如遮蔽、防火、耐久等，常用的为PVC/PVDF 膜材。
2.用于加强膜面的脊索、谷索以及将膜内力传向支撑结构的边索，索结构除了对膜面受力方面有加强作用，更重要的是它们起到了改变建筑造型的作用，尤其是脊索和谷索的灵活设置可能对整个建筑带来奇妙的视觉效果。
3.索膜结构体系中的支架结构，支架结构中常用的是钢结构，也可以采用混凝土结构，一些情况下甚至可以使用木结构或其他结构，支架结构除满足将索膜体系的内力传递到基础这一要求外，其构造形式也直接影响了索膜结构的整体造型。
第八章 悬索结构
第八章悬索结构第一节概述一．悬索结构的发展概况：二．悬索结构的适用范围：60～100M左右的体育馆、展览馆、会议厅等大型公共建筑。
目前，索结构的跨度已达160M。
――三、结构的关键问题：1．屋面刚度――刚柔是完全相对的，但必须做到索柔而屋面刚。
――对于单根柔索。
而多根柔索组合使用。
因此，悬索屋盖必须要有足够的刚度，既能保持其原有形状，又能使各索共同受力工作，且限制屋面变形不能过大，不致使屋面防水层开裂而影响使用。
2．结构的稳定性：柔索只能单向受力，即荷载q必须与悬索的垂度f同向，若反向（如：风吸力、地震荷载等），则其形状立即失去稳定，根本无能力反向荷载，非常危险严重者甚至屋盖局部被掀起或完全揭顶。
因此，刚度与稳定是悬索的首要问题，应二者结合起来予以考虑。
3．共振：风载与地震具有随机性。
悬索自身像绷紧的弦，会产生振动，一旦发生共振，房屋即遭破坏，故必须避免屋盖产生共振。
这个问题在桥梁建筑中尤为重要（――）。
4．悬索结构支座拉力的结构处理：这一问题与拱脚推力结构问题同等重要，若悬索支承拉力无可靠着落点，则悬索结构屋盖将全部报废。
第二节悬索结构的组成及受力特点一．悬索结构的组成：1．受拉索：一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳和钢丝束。
钢拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，是结构的主要承重构件。
其特点是只承受拉力，抗弯刚度很小。
因此，对集中荷载及不均匀的分布荷载（风、地震荷载）比较敏感。
2．边缘构件和支承结构：拉索结构都设有支承在下部支承结构上的边缘构件，它的细微变化，都会引起拉索内力的变化；支承结构除了承受竖向力以外，还承受拉索传来的横向拉力。
因此，要求具有较强的侧向结构。
一般说来，拉索自身的用钢量很小，而边缘构件和支承结构却要耗费较多的材料。
二．悬索的基本力学原理：1．拉索是一个中心受拉构件，既无弯矩，也无剪力。
由于索本身是一个非常柔软的构件，抗弯刚度可忽略不计，而且其形状随荷载的性质不同而变化。
悬索结构
9.2.1 索的支座反力 9.2.2 索的拉力 9.2.3 索的变形
9.2.1 索的支座反力
计算简图
由 Y 0 ，支座反力为
1 VA VB 2 ql
索中任一截面的弯矩为零，以跨中 截面为矩心，则有
1 ql2 Hf 0
2 .平行索系
优点：稳定性好，整体刚度大。适宜于采用轻屋面
对于平行索系，承重索和稳定索可在同一平面内，也可错开 布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面－－吉林滑冰馆屋盖结构形式
3.双曲面双层拉索索系
3.双曲面双层拉索索系
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)单层外环梁网状布置 e)双层外环梁网状布置
水平梁 承受悬索拉力
水平梁和框架一起 承受悬索拉力
悬索直接 锚挂于框架
斜拉索将 悬索拉力 拉向地锚
拉索水平力的传递的三种方式： 1、通过竖向承重结构传至基础 2、通过拉锚传至基础 3、通过刚性水平构件集中传至抗 侧力墙
2.幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面)
下凹双曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美国阿拉 美达比赛馆，跨径 128m(1967)
1 增加悬索结构上的荷载
一般认为，当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即 可认为是安全的。
2 形成预应力索－壳组合结构
对钢筋混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与 悬索共同受力、整体工作。
3 形成索－梁或索－桁架组合结构
对于单曲面单层拉索结构体系（单层平行索系）可在索上搁 置横向加劲梁或加劲桁架形成索梁或索桁架。
预应力索梁结构体系的ANSYS分析
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过平衡 微 分方程 和边界 条 件确定 ， 而得 出索 的抛 物线 函数 ， 由垂 跨 比定 出索 上 主要 点 ， 进 再 现取 半 跨 （ ２ 图 ）
ＸＩ ｎ ｙ ｎ ｌ ， Ｉ ｎ ｓ ｅ ｇ ， Ｎ ｎ Ｅ Ｘｉ ＿ ｉ ｇ ， Ｙ Ｎ Ｘｉ － ｈ ｎ ｚ ＹＩ Ｋｕ ２
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全张拉结构
? 全张拉结构即张拉整体式结构：一组不连 续的受压构件与一套连续的受拉单元组成 的自支承、自应力的空间网格结构 。
? 至今还没出现符合严格意义上的全张拉结 构建筑。
? 张拉结构还在不断的发展过程中，有关张 拉结构的的界定和分类有较多的方式，许 多名称还并不统一。
2.组成
? 由三部分组成：张拉组件、边缘组件和支 撑组件。
3.特点（全张拉结构）
(1)结构是由索和杆组成的自支撑体系 , 结构中受拉 的索是赖以形成自支撑的单元。
(2)结构是由预应力提供刚度的 , 预应力越大刚度也 越大。
(3)结构本身应力自平衡 , 这样预应力才能为结构提 供刚度。
(4)与其他空间结构相比 , 结构的几何形状对其力学 性能的影响较大。
(5) 在加载过程中 , 结构逐步调节并重新分布结构的 刚度。如果单元结构中的某一根索发生松弛 , 结构 仍能继续承受荷载。
（4）索杆结构
? 索杆结构是由铰接二力杆和索单元构成的结构体系,多用 于点支式玻璃幕墙结构支承体系。
? 其中张拉整体结构（全张力结构）是索杆结构的一个特例, 它由连续的拉索与不连续的压杆组成的自平衡结构体系。
? 索穹顶结构是在吸收了大量张拉整体结构体系研究成果的 基础上发展起来。迄今为止应用与实际工程张拉整体体系 的是周边支承于受压环梁上的索弯顶结构。
单层辐射状悬索结图
双层悬索结 构
双层悬索体系是由一系列下凹的承重索、上凸的稳定 索及两者之间的连系杆（拉杆或压杆）组成。双层悬索体 系中，两层索具有三种布置方式，凹向相背布置，凹面相 对布置，交叠布置（如下图所示）。
（2）索网结构
索网体系是由曲率相反的两组钢索相互正交做成的负 高斯曲率的曲面悬索结构，索网周边悬挂在边缘构件上。 下凹的承重索在下，上凸的稳定索在上，两组索在交点处 连接。预应力索网体系的空间形态丰富，最富变化。（如 下图所示）
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。
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。
索膜结构
浅谈膜结构随着社会的发展和进步，人们更加注重对美好生活的追求，索膜结构与当代新技术和新工艺相结合又重新步入了历史的舞台，以其优越的实用性和美观性为越来越多的人所接受和喜爱，在现代建筑中得以广泛的应用和发展，为当代建筑注入了新的活力。
索膜结构，顾名思义就是绳索和膜材组合而成的结构体系，远古时代人类居住的帐篷就是它的最初形态，当时的帐篷只能算是一个临时性建筑，因为不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热而被后来的砖木结构以及近代的钢筋混凝土结构所取代，逐步退出了历史舞台。
然而随着时代的发展，大量的新型材料的不断涌现，加之工程计算科学的飞速发展，索膜建筑结构体系东山再起，现已大量用于滨海旅游、博览会、文艺、体育等大空间的公共建筑上。
索膜建筑具有易建、易拆、易搬迁、易更新、充分利用阳光、空气以及与自然环境融合等特点，它将是21世纪“绿色建筑体系”的宠儿，是现代建筑文化的又一次飞跃。
膜结构作为一种现代化的工程结构，显示了当今建筑技术与科学的发展水平，也具有巨大的发展潜力，在新的世纪中，膜结构必将在建筑结构中占据重要的地位。
索膜建筑可以从结构方式上简单地概括为张拉式、骨架式、充气式三大类。
张拉式索膜体系富于表现力、结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高；骨架式索膜体系建筑表现含蓄，结构性能有一定的局限性，造价低于张拉式体系，骨架式索膜建筑常在某些特定的条件下被采用，是由于其结构方式本身的局限性，骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，膜体本身的强大结构作用发挥不足等，有人将其称之为二次重复结构；充气式索膜建筑历史较长，但因其在使用功能上明显的局限性，如形象单一、空间要求气闭等，使其应用面较窄，但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有其明显的优势。
三者当中张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表，由于其建筑形象的可塑性和结构方式的高度灵活性和适应性，此种方式的应用极其广泛。
膜结构最突出的特点首先就是它形状的多样性，曲面找形存在着无限的可能性。