结构选型悬索PPT课件

1、1悬索结构通过钢索的轴向拉伸来抵抗外部的载荷作用，可以最充分地利用钢材的抗拉强度，采用高强度钢材时，更可大大的减轻结构自重。它的主要特点是受力合理，可以充分的利用高强度钢索的性能，能较经济的跨越很大的跨度。悬索结构便于建筑造型，适用于多样的平面图形和外形轮廓，能较自由的满足各种建筑功能的要求。14.1 概述第1页/共35页2组成：索 网：主承重构件，轴向受拉，无弯矩，不计刚度。 边 缘 构 件：网索成型的关键，承受索网的巨大拉力。 下部支承构件：钢筋混凝土立柱或框架。14.2 悬索结构的组成边缘构件索网下部支承构件关键： 1）屋面刚度（索柔屋盖刚）2）结构稳定性（柔索单向受力）3）共振（解决风

2、、地震的动力）第2页/共35页3 悬索结构必须采取有效措施来保证屋盖结构在风荷载、地震作用下具有足够的刚度和稳定性。单曲面单层悬索结构 -由多条平行单根拉索构成。14.3 悬索结构的结构形式及实例分析特点： 构造简单，传力明确；但屋面稳定性差，抗风力小。悬索侧边构件支承结构悬索悬索拉索第3页/共35页4一些典型建筑 单层悬索德国乌柏特市游泳馆德国多特蒙特展览大厅前苏联克达斯若牙尔斯克车库日本古川市民会馆第4页/共35页5德国乌柏特市游泳馆 建于1956年，比赛大厅面积为65m40m，屋盖采用纵向单曲单层悬索结构，跨度65m，大厅看台建在斜梁上，斜梁间距3.8m，直通到游泳池底。第5页/共35页

3、6单曲面双层悬索结构-由许多片平行索网构成。特点： 平行索网，每片索网均由承重索和稳定索构成，承重索与稳定索之间用斜腹杆（圆钢或拉索）联系，斜腹杆对上、下索施加预应力。第6页/共35页7双层悬索实例瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑冰场德国法兰克福机动车检修场芬兰赫尔辛基冰上运动场罗马尼亚布加勒斯特文体宫第7页/共35页8吉林滑冰馆, 1986 该馆平面为矩形，底层轮廓尺寸为67.4米76.8米，馆内大厅净高12.75米，总建筑面积8456平方米。屋盖由正负曲率悬索重索和与其相反曲率的稳定索组成预应力双层索系具有很好的稳定性和刚性。成对的承重索和稳定索一般位于同一竖直平面内，二者之间通过受拉钢索或受压

4、撑杆连系，构成和同屋架形式的平面体系。 第8页/共35页9双曲面单层悬索结构辐射式蝶形悬索结构 拉索按辐射状布置，屋盖形成旋转曲面，拉索固定在外环（压）及中心环（拉）上，其内力随着垂度的减小而增大。刚度及稳定性较差。拉索侧边构件拉索侧边构件支承柱周边柱中柱蝶形悬索结构特点：刚度及稳定性仅比单曲面好些，但仍较差。第9页/共35页10网状蝶形悬索结构特点： 拉索按两向索正交布置，拉索固定在外环。刚度及稳定性较差。拉索侧边构件支承柱第10页/共35页11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)伞形屋面最大的伞

5、形屋面：前苏联伊利姆斯克汽车库，跨径206m 受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比平行布置做到较大跨度。网状布置形式(适用于圆形，矩形等各种平面)设计要点单层悬索体系垂跨比经验取值：1/201/10加强形状稳定性的措施： 采用重屋面 采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 采用横向加劲构件两向索正交布置屋面板规格统一边缘构件弯矩大于幅射式布置第11页/共35页12双曲面双层悬索结构 屋盖由承重索和稳定索构成，用于圆形建筑。拉索按辐射状布置，中心设置拉环。 双曲面双层拉索体系增加了稳定索，屋面刚度大，抗风和抗震性能好。 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

6、梁d)单层外环梁网状布置e)双层外环梁网状布置第12页/共35页13北京工人体育馆 工程于1961年建成，建成后一直是北京地区举行大型活动的重要场所，建筑平面为圆形，面积约4.2万平方米，地下一层，地上四层，整体形式为圆形，屋盖采用圆形双层悬索结构，跨度达到94米，堪称该结构的经典范例。 第13页/共35页14a)鞍形索网布置形式双曲面交叉悬索结构 屋盖由两组曲率相反的拉索交叉组成，曲面为双曲抛物面。适用于各种形状的建筑平面。屋面刚度大，抗风和抗震性能好。第14页/共35页15问题：悬索结构是悬挂式的柔性索网体系，屋盖的刚度及稳定性较差。 （应索柔屋盖刚）2. 风、动荷载或不对称荷载作用时的变

7、形会影响使用功能。3. 风力、地震作用的动力作用会引起共振。14.4 悬索结构的刚度解决方法： 1）采用合理的屋面形式（利用双曲面）2）合理受力形式（预应力）3）使用临时荷载，构成整体屋面第15页/共35页16北京工人体育馆 跨度94米，钢筋砼外环截面尺寸为2m2m,，支承在外廊框架的内柱上，承受压力。中央环由上、下环及24根立柱组成，承受拉力。钢筋砼外环梁内环上稳定索下承重索环形框架4层94000第16页/共35页17 黄龙体育中心 国内超大型体育设施之一，总覆盖面积2.1万的无障碍体育场，赛时可容纳观众5.5万人，主体育场底部为半径150m的圆形，比赛场地为南北向长轴长，东西向横轴短的椭圆

8、形。观众席顶部设有挑蓬，挑蓬覆盖座席的覆盖率超过90%，挑蓬东西向中点标高39m，低处标高31.8m，南北塔楼最高点标高85m。 挑篷采用斜拉网壳空间结构，由巨型吊塔、斜拉索、内环梁、网壳、外环梁和稳定索组成。网壳采用曲面。第17页/共35页18 黄龙体育中心 挑蓬结构由吊塔、斜拉索、内环梁、网壳、外环梁和稳定索组成，总面积21000m2，网壳支撑于斜拉索吊拉的钢箱形内环梁（1600mm2200mm30mm）和预应力钢筋砼外环梁（直径244m）上，挑篷悬挑51m 。整个屋盖通过斜拉索悬挂在两端的吊塔上，吊塔为85m高的预应力砼筒体结构，屋面采用轻质压型钢板覆盖材料。第18页/共35页19鞍形索

9、网前南斯拉夫莱士科瓦克纺织博览馆第19页/共35页20安徽省体育馆索-桁架组合结构第20页/共35页21潮州体育馆索-桁架组合结构 屋盖采用索桁架结构体系。该体育馆屋面为双曲扭壳，跨度为45m，一方向采用预应力钢索、另一方向采用钢桁架结构，预应力钢索与钢桁架正交布置，通过预压 钢桁架对钢索施加预应力以完成整个结构体系的形成。体育馆屋面选用玻璃纤维混凝土板加铝合金屋面板。 第21页/共35页22潮州体育馆索-桁架组合结构第22页/共35页23美国雷里竞技馆1953 受力特点是：受力明确，形成自平衡体系，索、拱的材料强度充分发挥，基础很小。斜拱的周边以间距2.4m的钢柱支承，立柱兼作门窗的竖框，形

10、成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型。被认为是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开创了现代索结构的历史。比赛场：67.4m38.7m 椭圆形屋盖：为双曲面，采用交叉索网结构体系。索网的平均网格尺寸18.3m18.3m，纵向承重索直径1922mm，中央承重索垂度10.3m，垂跨比约1/9；横向稳定索直径1219mm，中央稳定索矢高9.04m，矢跨比约1/10；承重索和稳定索均锚固在两个交叉的钢筋混凝土拱上，形成马鞍形抛物面。钢筋混凝土拱为槽形截面，尺寸为4.2 0.75M钢筋混凝土拱与地面夹角28.1度第23页/共35页24 1958年建成的美国耶鲁大学溜冰馆是典型的组合悬索结构。屋盖结

11、构由沿建筑物纵向轴竖立的中央钢筋混凝土平面大拱和两侧的两片预应力索网组成。曲面屋盖造型极为美观，外形有些象一只古怪的海龟似的甲壳动物。第24页/共35页25中央大拱的跨度近100m.两片索网的承重索高端锚挂在钢筋混凝土大拱上。另一端锚挂在纵向曲墙顶端的钢筋混凝土曲梁上。第25页/共35页26美国耶鲁大学溜冰馆入口处。大拱与曲梁的轴线均为平面抛物线。第26页/共35页27溜冰馆内景第27页/共35页28北京奥体中心英东游泳馆综合体育馆第28页/共35页29北京奥体中心综合体育馆（1990年）北京奥体中心综合馆屋盖透视图 屋盖平面尺寸80m112m屋盖结构组成： 1） 两榀双层圆柱面网壳； 2） 设置在中间屋脊部位的立体桁架（网壳一边的支座）； 3） 8对共16根斜拉索（立体桁架的弹性支座）。屋盖布置图网壳立体桁架斜拉索第29页/共35页30北京奥体中心综合体育馆 47410平方米 第30页/共35页31北京奥体中心游泳馆（1990年） 屋盖平面尺寸78m117m屋盖结构组成： 1） 人字形平面桁架； 2） 设置在中间屋脊部位的箱形钢梁（网壳一边的支座）； 3） 8对共16根斜拉索（箱形钢梁的弹性支座）。第31页/共35页32北京奥体中心英东游泳馆44635平方米第32页/共35页33北