懸索結構知識點T41

Ch9.5懸索結構?本章主要內容：?????1、概述2、懸索的受力與變形特點3、懸索結構的型式4、懸索結構的穩(wěn)定5、懸索結構的工程實例

1PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建9.5.1概述一、懸索結構的組成懸索結構是由一系列高強度鋼索組成的

一種張力結構，由于其自重輕，用鋼量 省，能跨越很大的跨度，是一種比較理 想的大跨度結構型式。

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2PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建?3back索網(wǎng)是懸索結構的主要承重構件，是一個軸心受拉構件，既無彎矩也無剪力，完全柔性，其抗彎剛度可完全忽略不計。利用高強鋼材去做“索”，就最能發(fā)揮鋼材受拉性能好的特點。索網(wǎng)一般由每根直徑為2.5、3、4、4.5、5毫米的高強碳素鋼絲扭絞而成。邊緣構件是索網(wǎng)的邊框，無邊框則索網(wǎng)不能成型。應注意對邊緣構件的處理，采用合理的邊緣構件型式以承重索網(wǎng)的巨大拉力。下部支承構件一般是鋼筋混凝土立柱或框架結構，為保持穩(wěn)定，有時還要采取鋼纜錨拉的設施。單懸索結構是平面結構體系。如果利用很多單懸索相互交叉組成“索網(wǎng)”（比如利用桁架交叉組成網(wǎng)架一樣），就形成多向受力的懸索結構。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建???????二、懸索結構的特點1、懸索結構經(jīng)濟效果較好，充分利用鋼材的強度。2、便于建筑造型，容易適應各種建筑平面。3、懸索結構施工比較方便。4、可以創(chuàng)造具有良好物理性能的建筑空間。5、懸索屋蓋結構的穩(wěn)定性較差。6、懸索結構的邊緣構件和下部支承必須具有一定的剛餀

度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。

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4PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建9.5.2懸索的受力與變形特點餀

?一、索的支座反力

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5PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建6二、索的拉力?三、懸索的變形back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建7back9.5.3懸索結構的形式懸索結構的主要形式有：單曲面單層懸索結構、單曲面雙層懸索結構、雙曲面單層懸索結構、雙曲面雙層懸索結構和交叉索網(wǎng)懸索結構等。這些懸索結構的成型不同是邊緣構件的形式不一樣，同時引起屋蓋建筑造型的不同。不論何種形式，都必須采取有效措施以保證屋蓋結構在風荷載、地震作用下具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建back一、單曲面單層懸索結構

這種結構型式由許多平行的單根拉索構成，表面呈反向圓 筒形凹面，可向外排水。 拉索體系的優(yōu)點是構造簡單，傳力明確，但屋面穩(wěn)定性差，抗風 能力小。為了克服這一不足，可采用重屋蓋（一般為裝配式鋼筋 混凝土屋面板）、或在大跨度結構中，對屋面板施加預應力，使屋面最后形成懸掛薄殼等。餀

8PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建9

back德國烏柏特市游泳館1、拉索水平力通過豎向承重結構傳至基礎建筑實例有西德烏柏特市游泳館，該建筑興建于1956年，可容納觀眾2000人，比賽大廳面積為65×40米。根據(jù)兩端看臺形式，屋蓋設計成縱向單曲單層懸索結構，跨度為65米。大廳看臺建在斜梁上，斜梁間距3.8米，一直通到游泳池底部并托著游泳池。結構對稱布置。屋蓋索網(wǎng)的拉力經(jīng)由邊梁傳給斜梁，傳到游泳池底部。使得斜梁基底的水平推力得以相互抵消，成對地取得平衡，地基只承受壓力。這種屋蓋形式不僅較好地適應了建筑內部平面布置，而且外形也比較美觀。結構型式不僅受力合理，而且結構的形體、總體布置與建筑的使用空間、

外觀形象完全結合起來，值得欣 賞。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建?10back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建11back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建12back2、拉索水平平力通過拉拉錨傳至基基礎索的拉力也也可在柱頂頂改變方向向后通過拉拉錨傳至基基礎，拉錨錨可用下列方方法錨固于于地基：①錨固在在足夠重的的大體積混混凝土中；；②利用底底板及回填填上自重抵抵抗拉力；；③錨固于于受拉摩擦擦樁或受彎彎摩擦樁上上；④錨固在巖巖石層的粘粘孔中。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建13back3、拉索水水平力通過過剛性水平平構件集中傳至抗側側力墻餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建14back二、雙曲面面單層拉索索體系－單層輻射索索系雙曲面單層層索網(wǎng)體系系，常用于于圓形建筑平平面，拉索索按輻射狀狀布置，使屋屋面形成一一個旋轉曲曲面，拉索的的一端錨固固在受壓的的外環(huán)梁上，，另一端錨錨固在中心心的受拉環(huán)上上，形成碟碟形懸索結結構。錨固在中心心柱上形成成的傘形懸懸索結構。在均布荷載載作用下，，圓形平面面的全部拉索索內力相等等，內力的的大小隨垂度度的減小而而增大。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建15back三、雙層懸懸索體系雙層懸索體體系是由一一系列承重重索和相反反曲率的穩(wěn)穩(wěn)定索組成。每對承承重索和穩(wěn)穩(wěn)定索一般般位于同一一豎向平面面內，二者者之間通過受受拉鋼筋混混凝土或受受壓撐桿聯(lián)聯(lián)系，聯(lián)系系桿可以斜斜向布置，構構成猶如屋屋架的結構構體系，故故常稱為索索桁架。雙層懸索體體系的特點點是穩(wěn)定性性好，整體體剛度大，，反向曲率率的索系可以以承受不同同方向的荷荷載作用，，通過調整整承重索、、穩(wěn)定索或腹腹桿的長度度，可以對對整個屋蓋蓋體系施加加預應力，，增強了屋蓋蓋的整體性性，因此，，雙層懸索索體系適宜宜于采用輕輕屋面，如鐵鐵皮、鋁板板等屋面材材料和輕質質高效的保保溫材料．以減輕輕屋蓋自重重，節(jié)約材材料，降低低造價。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建16back雙層懸索體體系也稱雙雙層平行索索系，常用用于矩形平平面的單跨或多跨建建筑。承重索的垂垂度一般取取跨度的1/15一l/20，穩(wěn)定索的拱拱度則取1/20一l/25。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建17back1．單曲面雙雙層拉索體體系單曲面雙層層拉索體系系中的承重重索和穩(wěn)定定索也可以以不在同一一豎向平面面內．而是相相互錯開布布置，構成成波形屋面面，這樣可可有效地解解決屋面排排水問題，承重重索與穩(wěn)穩(wěn)定索之間間靠波形的的系桿連接接，并借以以施加預應應力。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建18back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建19back2．雙曲面雙雙層拉索體體系－雙層輻射體系承重索和穩(wěn)穩(wěn)定索均沿沿輻射方向向布置，周圍圍支承在周周邊柱頂?shù)牡氖軌涵h(huán)梁上上，中心則則設置受拉拉內環(huán)梁，整整個屋蓋支支承于外墻墻或周邊的桿桿上．根據(jù)據(jù)承重索和和穩(wěn)定索的關關系所形成成的屋面可可為上凸、下下凹或交叉叉形，相應應地在周邊柱柱頂應設置置一道或兩兩道受壓環(huán)梁梁，通過調調整承重索、穩(wěn)定索索或腹桿的的長度并利利用中心環(huán)受受拉或受壓壓，也可以以對拉索體系系施加預應應力。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建20back四、交叉索索網(wǎng)體系也稱為鞍形形索網(wǎng)，它它是由兩組組相互正交交的、曲率率相反的拉拉索直接交交疊組成．形成成負高斯曲曲率的雙曲曲拋物面。。交叉索網(wǎng)體體系需設置置強大的邊邊緣構件，，以錨固不不同方向的的兩組拉索索，由于交叉索索網(wǎng)中每根根索的拉力力大小、方方向均不一一樣，使得得邊緣構件件受力大而復雜雜，常產(chǎn)生生相當大的的彎矩、扭扭矩，因此此邊緣構件件需要有強強大的截面，常常需耗費較較多的材料料，邊緣構構件過于纖纖小，對索索網(wǎng)的剛度度影響較大。交叉索網(wǎng)體體系中邊緣緣構件的形形式很多，，根據(jù)建筑筑造型的要要求一般有有以下幾種布置置方式。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建211．邊緣構件件為閉合曲曲線形環(huán)梁2．邊緣構件件為落地交交叉拱3．邊緣構件件為不落地地交叉拱4．邊緣構件件為一對不不相交的落地拱拱5．邊緣構件件為拉索結結構交叉索網(wǎng)體體系剛度大大、變形小小，具有反反向受力能能力，結構構穩(wěn)定性好，適用用于大跨度度建筑的屋屋蓋。交叉叉索網(wǎng)體系系適用于圓圓形、橢圓形、菱菱形等建筑筑平面，邊邊緣構件形形式豐富多多變，造形形優(yōu)美，屋面排排水容易處處理，因而而應用廣泛泛。屋面材材料一般采采用輕屋面，如卷卷材、鋁板板、拉力薄薄膜，以減減輕自重、、節(jié)省造價價。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建22back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建23back浙江省人民民體育館屋蓋為鞍形形懸索結構構。比賽大大廳為橢圓圓形平面，，長軸80米，短軸60米，比賽賽場地的長長邊平行于于橢圓的短短軸，短邊邊平行于橢橢圓的長軸軸，坐在短軸上的的座位數(shù)極極少，絕大大部分的座座位處在觀觀看效果好好的長軸上上。另外，馬鞍形形是雙面拋拋物面形狀狀的，它在在長軸方向向是呈中間間低而兩端端高的形狀，可隨隨座位標高高的升高而而升高。馬馬鞍形態(tài)結結構合理地地利用建筑筑平面和建筑空間間，充分體體現(xiàn)了建筑筑藝術、使使用功能與與結構效益益三者的完完美結合，是一種種頗為理想想的結構型型式。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)創(chuàng)建?9.5.4懸索結構的的穩(wěn)定懸索屋蓋結結構穩(wěn)定性性差，主要要表現(xiàn)在兩兩個方面：：1、適應荷載載變化的能能力差在索的自自重荷載載作用下下，懸索索呈懸鏈鏈線形式式。如施施加某種種不對稱的的活荷載或局局部荷載載，則原原來的懸懸鏈線形形式即不不能再保保持平衡衡，懸索索將產(chǎn)生相當大大的位移移，形成成與新的的荷載分分布相適適應的新新的平衡衡形式，，這就會造成屋屋面防水水層的損損壞，也也會造成成屋面防防水層的的損壞。。這種位位移是由平衡形形式的改改變引起起的，稱稱為機構構性位移移。懸索索抵抗機機構性位位移的能力就是是索的穩(wěn)穩(wěn)定性，，它與索索的張緊緊程度（（即索內內初始拉拉力的大大?。┯嘘P，索索內拉力力愈大，，即穩(wěn)定定性愈好好。24PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建252、抗風吸吸、風振振能力差差風力對屋屋面的吸吸力是一一個重要要問題。。圖為某某游泳池池屋蓋的的風壓分分布圖，，吸力主要要分布在在向風面面的屋蓋蓋部分，，局部風風吸力可可能達到到風壓的的1.6——1.9倍，因而而對比較較柔軟的的懸索結結構屋蓋蓋有被掀掀起的危危險。屋屋面還可可能在風風力、動荷荷載或不不對稱荷荷載的作作用下產(chǎn)產(chǎn)生很大大的變形形和波動動，以致致屋面被被撕裂而失失去防水水效能，，或導致致結構損損壞。某游泳池池屋蓋風風壓分布布圖PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建?263、風力或或地震力力的動力力作用而而產(chǎn)生的的共振現(xiàn)現(xiàn)象在其它的的結構型型式中，，由于自自重較大大，在一一般外荷荷載作用用下，共振振的可能能性較小小，但是是，懸索索結構卻卻有由于于共振而而破壞的實實例。例例如1940年11月美國的的塔考姆姆大橋，，跨長840米，在結結構應力力遠遠沒沒有達到到設計強強度的情情況下，，由于弱風作作用產(chǎn)生生共振而而破壞。。因此，，對懸索索的共振振問題必必須予以重重視。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建271、增加懸懸索結構構上的荷荷載可通過在在索上加加重荷載載（如采采用鋼筋筋混凝土土屋面板板），或或在索下吊掛重重荷載（（如增加加吊頂重重量）等等方法，，增加屋屋蓋自重重，以達到增加加索的穩(wěn)穩(wěn)定之目目的。一一般認為為，當屋屋蓋自重重超過最最大風吸力的1.1～1.3倍，即可可認為是是安全的的，同時時，較大大的分布恒荷荷載使懸懸索始終終保持較較大的張張緊力，，可加強強其維持持原始形狀的能能力，即即提高了了抵抗機機構性變變形的能能力，采采用重屋屋面的缺點是使使懸索的的截面增增大，支支承結構構的受力力也相應增大大，從而而影響經(jīng)濟濟效果。。增加穩(wěn)定定性的措措施PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建282、形成預預應力索索-殼組合結結構在鋪好的的屋面板板上加臨臨時荷載載，使承承重索產(chǎn)產(chǎn)生預應應力。當當屋面板之之間縫隙隙增大時時，用水水泥砂漿漿灌縫，，待砂漿漿達到強強度后，卸卸去臨時時荷載，，使屋面面回彈，，使屋面面受到一一個擠緊緊的預壓力力而構成成一個整整體的彈彈性懸掛掛薄殼，，具有很很大的剛剛性，能較較好的承承受風吸吸力和不不對稱荷荷載的作作用。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建293、形成索索梁或索索-桁架組合合結構對于單曲曲面單層層拉索結結構體系系可在索索上擱置置橫向加加勁梁或或橫向加勁勁桁架，，形成所所謂的索索－梁體體系。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建304、增設相相反曲率率的穩(wěn)定定索雙層拉索索體系或或交叉索索網(wǎng)體系系，通過過調整受受拉鋼索索或受壓壓撐桿的長長度，可可對懸桿桿索體系系施加預預應力，，使承重重索和穩(wěn)穩(wěn)定索內始始終保持持足夠大大的拉應應力，提提高了整整個體系系的穩(wěn)定定性和抗震震能力，，此外，，由于存存在預應應力，穩(wěn)穩(wěn)定索能能同時與與承重索一一起抵抗抗豎向荷荷載的作作用，從從而提高高整個體體系的剛剛度。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"試用版本本創(chuàng)建9.5.5懸索結構構的工程程實例北京：亞亞運會英英東游泳泳館(主要承重重結構為為1.8m×1.8m的箱形截截面鋼