懸索結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

第八章懸索結(jié)構(gòu)

柔性的懸索在自然狀態(tài)下不僅沒有剛度，其形狀也是不確定的。必須采用敷設(shè)重屋面或施加預(yù)應(yīng)力等措施，才能賦予一定的形狀，成為在外荷作用下具

有必要?jiǎng)偠群托螤罘€(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。因此也稱其為張力結(jié)構(gòu)。

第一節(jié)概述懸索結(jié)構(gòu)由受拉索、邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件所組成。拉索：鋼絞線、鋼絲繩或鋼絲束、邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件：鋼筋混凝土。韓國(guó)永宗大橋第一個(gè)現(xiàn)代懸索屋蓋是美國(guó)于1953年建成的雷里競(jìng)技館，采用以兩個(gè)斜置的拋物線拱為邊緣構(gòu)件的懸索屋蓋，主要用于飛機(jī)庫(kù)、體育館、展覽館、雜技場(chǎng)等大跨度公共建筑和某些大跨度工業(yè)廠房中，跨度最大達(dá)160m。

北京工人體育館、浙江人民體育館，達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)際上較先進(jìn)的水平，在以后的幾十年間，成都城北體育館、吉林滑冰場(chǎng)、安徽省體育館、丹東體育館、亞運(yùn)會(huì)朝陽體育館等建筑中，采用了各種形式的懸索屋蓋結(jié)構(gòu)，但在設(shè)計(jì)理論和工程規(guī)模上，并沒有很大的突破。

特點(diǎn)：1）通過索的軸向拉伸抵抗外荷作用，充分利用鋼材強(qiáng)度，自重低?？缍仍酱?，經(jīng)濟(jì)性越好。2）施工方便，費(fèi)用低3）便于建筑造型，容易適應(yīng)各種建筑平面4）可創(chuàng)造具有良好物理性能的建筑空間5）穩(wěn)定性差6）邊緣構(gòu)件和下部支承必須具有一定的剛度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。第二節(jié)懸索的受力與變形特點(diǎn)

單根懸索的受力與拱受力相似，為軸心受力構(gòu)件。懸索是軸心受拉構(gòu)件，對(duì)于鋼材而言，懸索是一種理想結(jié)構(gòu)形式。一、索的支座反力由于鋼拉索是柔性的，不能受彎，索端可認(rèn)為是固定鉸支座。在豎向荷載下，懸索呈拋物線形，跨中的下垂度為f，計(jì)算跨度為l。Va=VB=0.5qL索中任意截截M=0，對(duì)跨中截截面取矩f=M0/H由上式知，，在豎向荷荷載下，懸懸索支座受受到水平拉拉力作用，，該水平拉拉力的大小小等于相同同跨度簡(jiǎn)支支梁在相同同荷載作用用下的跨中中彎矩除以以懸索的垂垂度。f與H是反比關(guān)系系，因此找到合合理垂度，，處理好拉拉索水平力力的傳遞和和平衡是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)中的重點(diǎn)點(diǎn)。二、索的拉拉力N=H/cos@當(dāng)索方程確確定后，按按上式就可可求出索的的各個(gè)截面面內(nèi)的軸力力。索的軸軸力在支座座處最大;在跨中最小小,最小為N=ql2/8f.三、索的變變形懸索是軸拉拉構(gòu)件，既既無彎矩又又無剪力。。由于索本本身是柔性性構(gòu)件，其其抗彎剛度度可忽略，，因此索的的形狀會(huì)隨隨荷載的不不同而改變變。見書P145.第三節(jié)懸懸索結(jié)構(gòu)形形式按拉索布置方方式分三類：一、單層懸索結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：傳力力明確，構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單；；缺點(diǎn)：穩(wěn)定定性差，抗抗風(fēng)能力小小。平行布置置形式(跨度可達(dá)80m）水平梁和框框架一起承受懸索拉拉力水平梁承受懸索拉拉力懸索直接錨掛于框架架斜拉索將懸索拉力拉向地錨幅射式布置置形式(適用于圓形形，橢圓形平面面)下凹雙曲率率碟形屋面面不便于排水水，最大的的碟形屋面：：美國(guó)阿拉美達(dá)比賽館館，跨徑128m(1967)傘形屋面最大的傘形形屋面：前蘇聯(lián)伊利利姆斯克汽車庫(kù)，跨跨徑206m受拉內(nèi)環(huán)采采用鋼制，，受壓外環(huán)環(huán)采用鋼筋筋混凝土制制作?？杀缺绕叫胁贾弥米龅捷^大大跨度。網(wǎng)狀布置置形式(適用于圓形形，矩形等各種種平面)設(shè)計(jì)要點(diǎn)單層懸索體體系垂跨比比經(jīng)驗(yàn)取值值：1/201/10加強(qiáng)形狀穩(wěn)穩(wěn)定性的措措施：采用重屋面面采用預(yù)應(yīng)力力鋼筋混凝凝土懸掛薄薄殼采用橫向加加勁構(gòu)件兩向索正交交布置屋面板規(guī)格格統(tǒng)一邊緣構(gòu)件彎彎矩大于幅射式布布置1、單曲面單單層拉索體體系（單層層平行索系系）由許多平行行的單根拉拉索組成。。屋蓋表面面為筒狀凹凹面，需從從兩端山墻墻排水。拉拉索兩端可可以等高，，也可不等等高。拉索索可以是單單跨，也可可以是多跨跨。索的水平拉拉力不能在在上部結(jié)構(gòu)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自平平衡，必須須通過適當(dāng)當(dāng)?shù)男问絺鱾髦粱A(chǔ)。。拉索水平力力傳遞一般般有三種形形式：1）通過豎向向承重構(gòu)件件傳至基礎(chǔ)礎(chǔ)2）通過拉錨傳至基礎(chǔ)3）通過剛性性水平構(gòu)件件集中傳至至抗側(cè)力墻墻。2、雙曲面單單層拉索體體系（單層層輻射索系系）常見圓形，，其拉索按按輻射狀布布置。蝶形：拉索一端端支承在周周邊柱頂環(huán)環(huán)梁上，另另一端支承承在中心內(nèi)內(nèi)環(huán)梁上。。傘形：一端支承承在周邊柱柱頂環(huán)梁上上，另一端端支承在中中心立柱上上。二、雙層懸索結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定定性好，整整體剛度大大，（平行布置形形式）1、單曲面雙雙層拉索體體系由下凹的承承重索，上上凸的穩(wěn)定定索及它們們之間的連連系桿組成成承重索垂垂跨比一般般取1/201/15，穩(wěn)定索拱拱跨比一般般取1/201/25。雙層索系系兩端也必必須錨固在在側(cè)邊構(gòu)件件上，或通通過錨索固固定在基礎(chǔ)礎(chǔ)上，2、雙曲面雙雙層拉索體體系（幅射射式及網(wǎng)狀狀布置形式式）承重索和穩(wěn)穩(wěn)定索均沿沿輻射方向向布置，周周圍支承在在周邊柱頂頂?shù)氖軌涵h(huán)環(huán)梁上，中中心則設(shè)置置受拉內(nèi)環(huán)環(huán)梁。整個(gè)個(gè)屋蓋支承承于外墻或或周邊柱上上，根據(jù)承承重索和受受拉索的關(guān)關(guān)系所形成成的屋面可可為上凸下凹或或交叉形，相應(yīng)在周周邊柱頂設(shè)設(shè)置一道或或兩道受壓壓環(huán)梁。上索既是穩(wěn)穩(wěn)定索，又又直接承載載a)雙層內(nèi)環(huán)梁梁b)雙層外環(huán)梁梁c)雙層內(nèi)外環(huán)環(huán)梁d)單層外環(huán)梁梁網(wǎng)狀布置置e)雙層外環(huán)梁梁網(wǎng)狀布置置三、交叉索索網(wǎng)體系由兩組相互正正交的、曲曲率相反的的拉索直接交疊組組成，形成成負(fù)高斯曲曲率的雙曲曲拋物面。。兩組拉索索中，上凸凸為穩(wěn)定索索，下凹為為承重索。。該結(jié)構(gòu)通通常施加預(yù)預(yù)應(yīng)力，以以增強(qiáng)屋蓋蓋的穩(wěn)定性性和剛度。。優(yōu)點(diǎn)：剛剛度大，，變形小小穩(wěn)定性性好。適適用大跨跨度。鞍形索網(wǎng)網(wǎng)布置形形式交叉索網(wǎng)網(wǎng)體系需需設(shè)置強(qiáng)強(qiáng)大的邊邊緣構(gòu)件件，以錨錨固不同同方向的的兩組拉拉索。（（拉索內(nèi)內(nèi)常產(chǎn)生生相當(dāng)大大的彎矩矩、扭矩矩）邊緣構(gòu)件件形式很很多，根根據(jù)建筑筑造型一一般有以以下幾種種布置方方式：1、邊緣構(gòu)構(gòu)件為閉閉合曲線線環(huán)梁2、邊緣構(gòu)構(gòu)件為落落地交叉叉拱3、邊緣構(gòu)構(gòu)件為不不落地交交叉拱4、邊緣構(gòu)構(gòu)件為一一對(duì)不相相交的落落地拱5、邊緣構(gòu)構(gòu)件為拉拉索結(jié)構(gòu)構(gòu)第四節(jié)懸懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)定定主要表現(xiàn)現(xiàn)在兩個(gè)個(gè)方面：：一是適應(yīng)應(yīng)荷載變變化的能能力低；；二是抗抗風(fēng)吸、、風(fēng)振能能力差。在索自重重作用下下，呈懸懸鏈線形形式，此此時(shí)若施施加荷載載，則原原來的懸懸鏈形式式就不能能保持平平衡，會(huì)會(huì)產(chǎn)生很很大的位位移，形形成與新新荷載分分布相適適應(yīng)的平平衡形式式。會(huì)造造成屋面面防水層層的損壞壞，該位位移為機(jī)構(gòu)性位位移。機(jī)構(gòu)性位位移與由由彈性變變形引起起的位移移不同。。索抵抗抗機(jī)構(gòu)性性位移的的能力就就是索的的穩(wěn)定性性。它與與索的張張緊程度度有關(guān)。。為使單層層索屋蓋蓋結(jié)構(gòu)具具有穩(wěn)定定性，一一般可采采?。?、增加懸懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)上的荷荷載通過在索索上加重重荷載，，或在索索下吊掛掛重荷載載等，增增加屋蓋蓋自重。。書P152圖8-4-2.缺點(diǎn)：使使懸索截截面增大大，支撐撐結(jié)構(gòu)受受力也增增大。2、形成預(yù)預(yù)應(yīng)力索索-殼組合結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)屋面施施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力，使使之形成成一倒掛掛的薄殼殼與懸索索共同受受力、整整體工作作。常用施工工方法：在懸索索上鋪好好預(yù)制屋屋面板，，在板上上加額外外的臨時(shí)時(shí)荷載，，使索進(jìn)進(jìn)一步伸伸長(zhǎng)，板板縫增大大，然后后澆灌混混凝土，，達(dá)到足足夠強(qiáng)度度后，卸卸去臨時(shí)時(shí)荷載，，懸索縮縮短，屋屋面回彈彈，產(chǎn)生生預(yù)應(yīng)力力。使屋屋面形成成預(yù)應(yīng)力力混凝土土薄殼。。3、形成索索-梁或索-桁架組合合結(jié)構(gòu)可在索上上擱置橫向加勁勁梁或橫橫向加勁勁桁架，形成索索-梁體系。。橫向加勁勁梁具有有一定的的抗彎剛剛度，在在兩端與與山墻處處的結(jié)構(gòu)構(gòu)相連，，并與各各懸索在在相交處處互相連連接。梁梁-索構(gòu)成整整體，共共同受力力。4、增設(shè)相相反曲率率的穩(wěn)定定索即為雙層層拉索體體系或交交叉索網(wǎng)網(wǎng)體系。。通過調(diào)調(diào)整受拉拉鋼索或或受壓撐撐桿的長(zhǎng)長(zhǎng)度，可可對(duì)懸索索體系施施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力，是是承重索索與穩(wěn)定定索內(nèi)始始終保持持足夠大大的拉緊緊力，提提高整體體穩(wěn)定性性和抗震震能力。。一些典型型建筑單層懸懸索德國(guó)烏柏柏特市游游泳館德國(guó)多特特蒙特展展覽大廳廳前蘇聯(lián)克克達(dá)斯若若牙爾斯斯克車庫(kù)庫(kù)日本古川川市民會(huì)會(huì)館雙層懸懸索瑞典斯德德哥爾摩摩約翰尼尼紹夫滑滑冰場(chǎng)芬蘭赫爾爾辛基冰冰上運(yùn)動(dòng)動(dòng)場(chǎng)德國(guó)法蘭蘭克福機(jī)機(jī)動(dòng)車檢檢修場(chǎng)羅馬尼亞亞布加勒勒斯特文文體宮鞍形索索網(wǎng)前南斯拉拉夫萊士士科瓦克克紡織博博覽館加拿大卡卡爾加里里滑冰館館第九章大大跨度度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)的其其他形式式大跨度建建筑是人人類社會(huì)會(huì)發(fā)展與與進(jìn)步的的產(chǎn)物，，它能夠夠最大限限度地滿滿足體育育、文化化、商貿(mào)貿(mào)社交活活動(dòng)的需需要，體體現(xiàn)了一一個(gè)城市市甚至一一個(gè)國(guó)家家建筑技技術(shù)的發(fā)發(fā)展水平平，同時(shí)時(shí)，大跨跨度建筑筑對(duì)改善善城市景景觀、調(diào)調(diào)節(jié)市民民的生活活環(huán)境起起著重要要的作用用。傳統(tǒng)的大大跨度建建筑的結(jié)結(jié)構(gòu)形式式有剛架架結(jié)構(gòu)、、桁架結(jié)結(jié)構(gòu)、拱拱式結(jié)構(gòu)構(gòu)、薄殼殼結(jié)構(gòu)、、平板網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)、網(wǎng)殼殼結(jié)構(gòu)、、懸索結(jié)結(jié)構(gòu)等。。這些結(jié)結(jié)構(gòu)形式式在大跨跨度的工工業(yè)與民民用建筑筑中都得得到了廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。它它們?cè)诮Y(jié)結(jié)構(gòu)上具具有不同同的受力力特點(diǎn)，，在建筑筑上具有有不同的的造型特特色，然而隨著著時(shí)代的的發(fā)展，，人們對(duì)對(duì)建筑的的要求已已經(jīng)不再再僅僅是是滿足物物質(zhì)功能能的需要要，而是是越來越越高地提提出了對(duì)對(duì)建筑精精神功能能的要求求，因此此，可以以預(yù)言，，隨著高高強(qiáng)度材材料的推推廣應(yīng)用用，隨著著建筑施施工技術(shù)術(shù)的完善善，隨著著各種新新型屋面面材料的的出現(xiàn)，，隨著人人們對(duì)建建筑精神神功能要要求的提提高，大大跨度建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的形式式將會(huì)越越來越豐豐富多彩彩。薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)是張拉拉結(jié)構(gòu)中中最近發(fā)發(fā)展起來來的一種種形式，，它以性性能優(yōu)良良的柔軟軟織物為為材料，，可以向向膜內(nèi)充充氣，由由空氣壓壓力支撐撐膜面，，也可以以利用柔柔軟性的的拉索結(jié)結(jié)構(gòu)或剛剛性的支支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)將薄膜膜繃緊或或撐起，，從而形形成具有有一定剛剛度、能能夠覆蓋蓋大跨度度空間的的結(jié)構(gòu)體體系。薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)由于其其輕質(zhì)、、柔軟、、不透氣氣、不透透水、耐耐火性好好、有一一定的透透光率、、有中夠夠的受拉拉承截力力，加上上新近研研制的膜膜材耐久久性有了了明顯的的提高，，因此，，薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)在最最近幾年年得到了了較大的的發(fā)展，，在國(guó)內(nèi)內(nèi)外已被被較多地地應(yīng)用于于體育建建筑、展展覽中心心、商場(chǎng)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)庫(kù)、交通通服務(wù)設(shè)設(shè)施等大大跨度建建筑中。。第一節(jié)薄薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點(diǎn)薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)是一種種古老的的結(jié)構(gòu)刑刑式，其其造型在在自然界界中十分分常見，，如肥皂皂泡、蝙蝙蝠翼、、蜘蛛網(wǎng)網(wǎng)等。在在日常生生活中也也有許多多應(yīng)用薄薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)的實(shí)例例，如：：氣球、、游泳救救生圈、、傘、帆帆、風(fēng)箏箏、帳篷篷等，受受力性能能是十分分明確的的。作為建筑筑物屋蓋蓋結(jié)構(gòu)，，帳篷是是最為古古老的空空間張力力結(jié)構(gòu)，，最早的的帳篷是是用獸皮皮或由羊羊毛織成成，后來來則是用用棉或其其他天然然織物制制作而成成，薄殼殼結(jié)構(gòu)建建筑與薄薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)與我們們傳統(tǒng)的的建筑結(jié)結(jié)構(gòu)體系系是完全全不同的的。薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)是建筑筑與結(jié)構(gòu)構(gòu)中一種種結(jié)構(gòu)體體系，薄薄膜既承承受膜面面的內(nèi)力力，作為為結(jié)構(gòu)的的一部分分，又可可防雨、、擋風(fēng)，，起維護(hù)護(hù)作用，，同時(shí)還還可采光光以節(jié)省省室內(nèi)照照明的能能源，膜膜材本身身的受彎彎剛度幾幾乎為零零，但通通過不同同的支撐撐體系使使薄膜承承受張力力，而形形成具有有一定剛剛度的穩(wěn)穩(wěn)定曲面面，薄膜膜結(jié)構(gòu)的的建筑造造型是結(jié)結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造的的布局而而自然產(chǎn)產(chǎn)生的，，力的平平衡狀態(tài)態(tài)直接被被表現(xiàn)在在結(jié)構(gòu)的的形狀上上，這就就使薄膜膜結(jié)構(gòu)成成為一種種建筑與與結(jié)構(gòu)自自然有機(jī)機(jī)體結(jié)合合的新型型大跨度度建筑。。薄膜材料料具有優(yōu)優(yōu)良的力力學(xué)特性性，目前前以織物物有機(jī)涂涂料復(fù)合合而成的的薄殼材材料，其其受拉強(qiáng)強(qiáng)度可達(dá)達(dá)