第三节悬索结构的结构形式

1、n 单曲面单层单曲面单层悬索结构悬索结构n 单曲面双层单曲面双层悬索结构悬索结构n 双曲面单层双曲面单层悬索结构悬索结构n 双曲面双层双曲面双层悬索结构悬索结构n 交叉索网交叉索网结构结构第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 但不论何种形式，都必须采取有效措施保但不论何种形式，都必须采取有效措施保证屋盖结构在风载、地震载作用下具有足够刚证屋盖结构在风载、地震载作用下具有足够刚度和稳定性。度和稳定性。边缘构件边缘构件建筑造型建筑造型一、单层索系结构一、单层索系结构1 1、单曲面单层悬索结构（也称单层平行索系）：、单曲面单层悬索结构（也称单层平行索系）：

2、由许多单根拉索组成，表面为筒状凹面。由许多单根拉索组成，表面为筒状凹面。优点：传力明确，构造简单。优点：传力明确，构造简单。缺点：屋面稳定性差缺点：屋面稳定性差。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 索的水平拉力不能在上部结构实现自平衡。索的水平拉力不能在上部结构实现自平衡。因此，一般采用下列方式处理悬索端的拉力：因此，一般采用下列方式处理悬索端的拉力：A A、通过具有足够抗侧刚度的竖向承重结构传至、通过具有足够抗侧刚度的竖向承重结构传至基础。基础。B B、拉索在柱顶改变方向直接通过拉锚传至基础。、拉索在柱顶改变方向直接通过拉锚传至基础。C C、通过

3、刚性水平构件集中传至抗侧力墙（利用、通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙（利用山墙受压或设置扶壁实现力的平衡）山墙受压或设置扶壁实现力的平衡） 垂度一般取垂度一般取 （1/201/201/501/50）L L 世界上最早的单层索是世界上最早的单层索是19561956年建成的德国乌年建成的德国乌柏特市游泳馆屋盖。柏特市游泳馆屋盖。 第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构碟形悬索碟形悬索伞形悬索伞形悬索2 2、双曲面单层悬索结构（单层辐射索系）、双曲面单层悬索结构（单层辐射索系） 通常用于圆形建筑平面。单层索网辐射状通常用于圆形建筑平面。单层索网辐射状布置形成

4、圆形或椭圆形平面。整个屋面形成一布置形成圆形或椭圆形平面。整个屋面形成一个旋转曲面。拉索的一端支承在周边柱顶的环个旋转曲面。拉索的一端支承在周边柱顶的环梁上，另一端支承在中心内环梁上或柱上。梁上，另一端支承在中心内环梁上或柱上。乌拉圭蒙特维多体育馆乌拉圭蒙特维多体育馆第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构3 3、单层网状布置索系：网状布置的单层索系、单层网状布置索系：网状布置的单层索系形成下凹的双曲平面，两个方向的索一般呈正形成下凹的双曲平面，两个方向的索一般呈正交布置，可用于圆形，矩形等各种平面。用于交布置，可用于圆形，矩形等各种平面。用于圆形平面时

5、，与辐射式布置相比，省去了中心圆形平面时，与辐射式布置相比，省去了中心拉环，但边缘构件的弯矩大于辐射式布置，其拉环，但边缘构件的弯矩大于辐射式布置，其屋面板规格较统一。屋面板规格较统一。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构二、双层悬索体系：由一系列位于同一平面内二、双层悬索体系：由一系列位于同一平面内（也可不在同一平面内）的（也可不在同一平面内）的承重索承重索和和曲率相反曲率相反的稳定索的稳定索组成。组成。优点优点：稳定性好，整体刚度大，自重轻，节约材：稳定性好，整体刚度大，自重轻，节约材料，适用于采用轻屋面和轻质高强的保温材料。料，适用于采用轻屋面

6、和轻质高强的保温材料。1966.1966.建成的世界上第一个双层索系结构建成的世界上第一个双层索系结构瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑冰场屋盖瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑冰场屋盖第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构1 1、单曲面双层拉索体系（也称双层平行索系）：、单曲面双层拉索体系（也称双层平行索系）： 承重索与稳定索在同一平面，也可不在承重索与稳定索在同一平面，也可不在同一平面（后者有利于屋面排水），双层索系同一平面（后者有利于屋面排水），双层索系的两端仍必须的两端仍必须锚固在侧边构件锚固在侧边构件上或通过上或通过锚索固锚索固定于基础上定于基础上。第三节第

7、三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构76.8x67.476.8x67.4，建筑面积建筑面积84568456，可，可容纳观众容纳观众40134013席。屋席。屋盖结构采用盖结构采用了平行布置了平行布置的预应力空的预应力空间双层悬索间双层悬索体系，承重体系，承重索与稳定索索与稳定索沿短向并相沿短向并相互错开半个互错开半个柱距布置。柱距布置。吉林滑冰馆吉林滑冰馆 1986第九章第九章 悬索结构悬索结构第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索

8、结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构2 2、双曲面双层悬索结构（双层辐射索系）、双曲面双层悬索结构（双层辐射索系） 均沿辐射方向布置，周边支承在受压的外均沿辐射方向布置，周边支承在受压的外环梁上（可设置一道或两道），一般中心设置环梁上（可设置一道或两道），一般中心设置受拉内环梁（内环梁受力复杂，耗费钢材受拉内环梁（内环梁受力复杂，耗费钢材) )。 由于承重索与由于承重索与稳定索的关系不同，稳定索的关系不同，双层拉索体系形成双层拉索体系形成的屋面形状有凸、的屋面形状有凸、凹、凸凹形等，其凹、凸凹形等，其中凸与凸凹形对屋中凸与凸凹形对屋面排水有利。面排水有利。第九章第九章 悬索结构悬索结构

9、第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构3 3、网状布置的双层悬索结构、网状布置的双层悬索结构双曲面双层双曲面双层悬索结构常悬索结构常用的平面形用的平面形式：圆形、式：圆形、椭圆形、正椭圆形、正多边形平面。多边形平面。 19611961年年2 2月为举办第月为举办第2626届世乒赛兴建的届世乒赛兴建的 . .北京市建筑设计研究院设计，国内北京市建筑设计研究院设计，国内首次采用车辐式双层悬索结构。首次采用车辐式双层悬索结构。建筑平面为圆形、直径建筑平面为圆形、直径94m94m，建筑面积，建筑面积4200042000，可容纳观众，可容纳观众150001500

10、0席。屋盖结构采用了圆形双层悬索体系，由钢席。屋盖结构采用了圆形双层悬索体系，由钢悬索、边缘构件和内环三部分组成。悬索、边缘构件和内环三部分组成。北北京京工工人人体体育育馆馆第九章第九章 悬索结构悬索结构2mX2m的的钢筋混凝土钢筋混凝土外环梁外环梁第九章第九章 悬索结构悬索结构三、交叉索网体系（鞍形索网）三、交叉索网体系（鞍形索网） 由两组由两组正交正交的、的、曲率相反曲率相反的拉索的拉索直接叠交直接叠交组成。其曲面为双曲抛物面。索系中组成。其曲面为双曲抛物面。索系中下凹者为下凹者为承重索，上凸者为稳定索承重索，上凸者为稳定索。 鞍形悬索屋盖刚度大，可以采用鞍形悬索屋盖刚度大，可以采用轻屋面

11、轻屋面，屋面排水容易处理，它适用于各种形状的建筑屋面排水容易处理，它适用于各种形状的建筑平面，应用广泛。平面，应用广泛。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构前南斯拉夫莱士科瓦克纺织博览馆前南斯拉夫莱士科瓦克纺织博览馆第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 鞍形索网根据建筑平面的不同，索网的边缘构鞍形索网根据建筑平面的不同，索网的边缘构件的形式有如下几类：件的形式有如下几类：（1 1）、闭合空间曲梁：圆形和椭）、闭合空间曲梁：圆形和椭圆形的双曲抛物面索网多采用这圆形的双曲抛物面索网多采用这种形式。空间的曲梁可以

12、设柱支种形式。空间的曲梁可以设柱支承，也可直接放置在承重墙上。承，也可直接放置在承重墙上。这种边缘构件，索内水平力的分这种边缘构件，索内水平力的分量由闭合曲梁承担，形成自平衡量由闭合曲梁承担，形成自平衡体系不下传。体系不下传。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构（2 2）、空间框架：菱形平面双曲抛物面）、空间框架：菱形平面双曲抛物面索网的边缘构件，即为由直梁组成的空索网的边缘构件，即为由直梁组成的空间框架。间框架。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构（3 3）拱：由于拱主）拱：由于拱主要以轴向压力抵要以轴向

13、压力抵抗外荷作用，因抗外荷作用，因此，其作为鞍形此，其作为鞍形索网的边缘构件索网的边缘构件比较合理。比较合理。n 两拱倾斜交两拱倾斜交叉不直接落地时，叉不直接落地时，要在交叉点设置要在交叉点设置剪力墙、扶壁柱剪力墙、扶壁柱或斜框架等或斜框架等 以将以将交叉点处推力传交叉点处推力传至基础。至基础。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 1952. 1952.美国雷里体育馆，世界上第一个现代房美国雷里体育馆，世界上第一个现代房屋悬索结构，屋悬索结构，91.591.591.591.5近圆形近圆形西柏林议会厅西柏林议会厅第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构

14、的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 西西柏柏林林议议会会厅厅第九章第九章 悬索结构悬索结构（4 4）柔性边缘构件：即同样用拉索作为边缘构）柔性边缘构件：即同样用拉索作为边缘构件。一种受拉型的边缘构件。件。一种受拉型的边缘构件。第三节第三节 悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式第九章第九章 悬索结构悬索结构 不论哪种形式的边缘构件，都需要有足够不论哪种形式的边缘构件，都需要有足够强大的截面，为了既满足受力较大的边缘构件强大的截面，为了既满足受力较大的边缘构件自身的强度要求；更是为了保证索网具有必要自身的强度要求；更是为了保证索网具有必要的刚度，不致产生过大的变形。的刚度，不致产生过大的变形

15、。一采用重屋面一采用重屋面: : 即通过加重屋面荷载（如：采即通过加重屋面荷载（如：采用钢筋混凝土屋面板、增加吊顶重量等）的方用钢筋混凝土屋面板、增加吊顶重量等）的方法。当屋盖自重超过最大风吸力法。当屋盖自重超过最大风吸力1.11.11.31.3倍时，倍时，即是安全的，屋面不会被掀起。即是安全的，屋面不会被掀起。 第四节第四节 悬索屋盖的刚度悬索屋盖的刚度第九章第九章 悬索结构悬索结构二预应力方案：二预应力方案： 靠增加屋盖自重即使保证了结构稳定性，靠增加屋盖自重即使保证了结构稳定性，仍不能确保屋面刚度与抗裂性。仍不能确保屋面刚度与抗裂性。1 1、19571957年乌拉圭蒙特维多体育馆，碟形悬

16、索屋年乌拉圭蒙特维多体育馆，碟形悬索屋盖。盖。第四节第四节 悬索屋盖的刚度悬索屋盖的刚度第九章第九章 悬索结构悬索结构2 2、对悬索施加预应力：这种方案较合理。、对悬索施加预应力：这种方案较合理。 3 3、预应力横向加劲单层索系：此种结构型式不但、预应力横向加劲单层索系：此种结构型式不但受力合理，用料经济，而且施工比较方便。受力合理，用料经济，而且施工比较方便。第四节第四节 悬索屋盖的刚度悬索屋盖的刚度第九章第九章 悬索结构悬索结构横向加劲单层索系的三个工作阶段横向加劲单层索系的三个工作阶段第四节第四节 悬索屋盖的刚度悬索屋盖的刚度第九章第九章 悬索结构悬索结构安徽省体育馆安徽省体育馆我国在世

17、界上首先成功地将预应力横向加劲单层索系应用于工程实践。我国在世界上首先成功地将预应力横向加劲单层索系应用于工程实践。19891989安徽省体安徽省体育馆。建筑面积育馆。建筑面积1920019200，可容纳观众，可容纳观众65006500席。平面为不等边的六边形，纵向长席。平面为不等边的六边形，纵向长84m84m，横向最宽横向最宽69m69m。悬索沿长向布置，索跨。悬索沿长向布置，索跨72m72m，垂度，垂度4.5m4.5m，索距，索距1.5m1.5m。，每根索由。，每根索由5 5根根7 75mm5mm的钢铰线组成。横向采用梯形钢桁架，间距的钢铰线组成。横向采用梯形钢桁架，间距6m6m。屋盖总用

18、钢量。屋盖总用钢量22kg/22kg/。施工时，。施工时，桁架与柱顶留有间距（计算得出），桁架支座处同步采用千斤顶，采用反压的方式将桁架与柱顶留有间距（计算得出），桁架支座处同步采用千斤顶，采用反压的方式将桁架两端强迫下压到柱头。桁架两端强迫下压到柱头。第九章第九章 悬索结构悬索结构安徽省体育馆安徽省体育馆第九章第九章 悬索结构悬索结构苏联莫斯科奥运会游泳馆苏联莫斯科奥运会游泳馆劲性索结构：劲性索结构： 以具有一定抗弯刚以具有一定抗弯刚度的曲线形实腹或格构度的曲线形实腹或格构式构件来替代柔索的悬式构件来替代柔索的悬挂结构。挂结构。 椭圆平面轴线尺寸椭圆平面轴线尺寸126126104m104m。

19、承重结构为。承重结构为两个斜置的、跨度为两个斜置的、跨度为120m120m的钢与钢筋混凝土的钢与钢筋混凝土组合截面双铰拱，拱体组合截面双铰拱，拱体截面截面2 23.3m3.3m，由，由12122020钢板焊成开口箱形，钢板焊成开口箱形，箱体内浇注箱体内浇注C40C40混凝土。混凝土。 劲性索采用槽钢平劲性索采用槽钢平行弦平面桁架形式，截行弦平面桁架形式，截面高度面高度2.5m2.5m第九章第九章 悬索结构悬索结构本章学习要点：本章学习要点：1.1.掌握悬索结构的各种结构形式及其应用范围掌握悬索结构的各种结构形式及其应用范围2.2.掌握索结构的特点和组成掌握索结构的特点和组成3.3.掌握悬索结构的