悬索结构知识点PPT41

Ch9.5悬索结构构•本章主要要内容：：•••••1、概述2、悬索的的受力与变形形特点3、悬索结结构的型型式4、悬索结结构的稳稳定5、悬索结结构的工工程实例例1PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.5.1概述一、悬索索结构的的组成悬索结构构是由一一系列高高强度钢钢索组成成的一种张力力结构，，由于其其自重轻轻，用钢钢量省，能跨跨越很大大的跨度度，是一一种比较较理想的大跨跨度结构构型式。。back2PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建ÿ3back索网是悬悬索结构构的主要要承重构构件，是是一个轴轴心受拉拉构件，，既无弯弯矩也无剪力力，完全全柔性，，其抗弯弯刚度可可完全忽忽略不计计。利用用高强钢钢材去做“索”，就最能能发挥钢材材受拉性性能好的的特点。。索网一一般由每每根直径为2.5、3、4、4.5、5毫米的高高强碳素素钢丝扭扭绞而成成。边缘构件件是索网网的边框框，无边边框则索索网不能能成型。。应注意意对边缘缘构件的处理理，采用用合理的的边缘构构件型式式以承重重索网的的巨大拉拉力。下部支承承构件一一般是钢钢筋混凝凝土立柱柱或框架架结构，，为保持持稳定，，有时还要采采取钢缆缆锚拉的的设施。。单悬索结结构是平平面结构构体系。。如果利利用很多多单悬索索相互交交叉组成成“索网”（比如如利用桁架架交叉组组成网架架一样）），就形形成多向向受力的的悬索结构。。餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建•••••••二、悬索索结构的的特点1、悬索结结构经济济效果较较好，充分利利用钢材材的强度度。2、便于建建筑造型型，容易易适应各各种建筑筑平面。。3、悬索结结构施工工比较方方便。4、可以创创造具有有良好物物理性能能的建筑空间间。5、悬索屋屋盖结构构的稳定定性较差差。6、悬索结结构的边边缘构件件和下部部支承必必须具有一一定的刚刚餀度和合理理的形式式，以承承受索端端巨大的的水平拉拉力。back4PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.5.2悬索的受受力与变变形特点点餀•一、索的的支座反反力back5PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建6二、索的的拉力•三、悬索索的变形形back餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建7back9.5.3悬索结构构的形式式悬索结构构的主要要形式有有：单曲曲面单层层悬索结结构、单单曲面双层层悬索结结构、双双曲面单单层悬索索结构、、双曲面面双层悬索索结构和和交叉索索网悬索索结构等等。这些悬索索结构的的成型不不同是边边缘构件件的形式式不一样，同时时引起屋屋盖建筑筑造型的的不同。。不论何何种形式，都必必须采取取有效措措施以保保证屋盖盖结构在在风荷载、地震震作用下下具有足足够的刚刚度和稳稳定性。。餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建back一、单单曲面单单层悬索索结构这种结构构型式由由许多平平行的单单根拉索索构成，，表面呈呈反向圆圆筒形凹面面，可向向外排水水。拉索体系系的优点点是构造造简单，，传力明明确，但但屋面稳稳定性差差，抗风风能力小。。为了克克服这一一不足，，可采用用重屋盖盖（一般般为装配配式钢筋筋混凝土屋屋面板））、或在在大跨度度结构中中，对屋屋面板施施加预应应力，使使屋面最后后形成悬悬挂薄壳壳等。餀8PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9back德国乌柏柏特市游游泳馆1、拉索水水平力通通过竖向向承重结构构传至基基础建筑实例有有西德乌乌柏特市市游泳馆馆，该建筑兴兴建于1956年，可容容纳观众众2000人，比赛赛大厅面面积为65×40米。根据两端端看台形形式，屋盖设计计成纵向单曲单层层悬索结结构，跨度为65米。大厅厅看台建建在斜梁梁上，斜斜梁间距3.8米，一直直通到游游泳池底底部并托托着游泳池池。结构对称布布置。屋屋盖索网的拉力力经由边边梁传给给斜梁，，传到游泳池底底部。使使得斜梁梁基底的的水平推力得以以相互抵抵消，成成对地取取得平衡，地基基只承受受压力。。这种屋屋盖形式不仅较较好地适适应了建建筑内部部平面布置，而而且外形形也比较较美观。。结构型式不仅仅受力合合理，而而且结构构的形体、总体体布置与与建筑的的使用空空间、外观形象象完全结结合起来来，值得得欣赏。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建ÿ10back餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建11back餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建12back2、拉索索水平平力通通过拉拉锚传传至基基础索的拉拉力也也可在在柱顶顶改变变方向向后通通过拉拉锚传传至基基础，，拉锚锚可用下下列方方法锚锚固于于地基基：①锚锚固在在足够够重的的大体体积混混凝土土中；；②利利用底底板及及回填填上自自重抵抵抗拉拉力；；③锚锚固于于受拉拉摩擦擦桩或或受弯弯摩擦擦桩上上；④锚固固在岩岩石层层的粘粘孔中中。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建13back3、拉拉索水水平力力通过过刚性性水平平构件件集中传至至抗侧侧力墙墙餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建14back二、双双曲面面单层层拉索索体系系－单层辐辐射索索系双曲面面单层层索网网体系系，常常用于于圆形建建筑平平面，，拉索索按辐辐射状状布置，，使屋屋面形形成一一个旋旋转曲曲面，拉拉索的的一端端锚固固在受受压的的外环梁梁上，，另一一端锚锚固在在中心心的受拉拉环上上，形形成碟碟形悬悬索结结构。锚固在在中心心柱上上形成成的伞伞形悬悬索结构构。在均布布荷载载作用用下，，圆形形平面面的全部部拉索索内力力相等等，内内力的的大小随随垂度度的减减小而而增大大。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建15back三、双双层悬悬索体体系双层悬悬索体体系是是由一一系列列承重重索和和相反反曲率率的稳稳定索索组成。每每对承承重索索和稳稳定索索一般般位于于同一一竖向向平面面内，，二者者之间通通过受受拉钢钢筋混混凝土土或受受压撑撑杆联联系，，联系系杆可可以斜斜向布置置，构构成犹犹如屋屋架的的结构构体系系，故故常称称为索索桁架架。双层悬悬索体体系的的特点点是稳稳定性性好，，整体体刚度度大，，反向向曲率率的索系系可以以承受受不同同方向向的荷荷载作作用，，通过过调整整承重重索、、稳定索索或腹腹杆的的长度度，可可以对对整个个屋盖盖体系系施加加预应应力，，增强了了屋盖盖的整整体性性，因因此，，双层层悬索索体系系适宜宜于采采用轻轻屋面，，如铁铁皮、、铝板板等屋屋面材材料和和轻质质高效效的保保温材材料．以以减轻轻屋盖盖自重重，节节约材材料，，降低低造价价。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建16back双层悬悬索体体系也也称双双层平平行索索系，，常用用于矩矩形平平面的的单跨或多多跨建建筑。。承重索索的垂垂度一一般取取跨度度的1/15一l/20，稳定索索的拱拱度则则取1/20一l/25。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建17back1．单曲曲面双双层拉拉索体体系单曲面面双层层拉索索体系系中的的承重重索和和稳定定索也也可以以不在在同一一竖向向平面面内．而而是相相互错错开布布置，，构成成波形形屋面面，这这样可可有效效地解解决屋屋面排排水问题，，承重重索与与稳稳定索索之间间靠波波形的的系杆杆连接接，并并借以以施加加预应应力。。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建18back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建19back2．双曲曲面双双层拉拉索体体系－双层辐射体体系承重索索和稳稳定索索均沿沿辐射射方向向布置，，周围围支承承在周周边柱柱顶的的受压环环梁上上，中中心则则设置置受拉拉内环梁梁，整整个屋屋盖支支承于于外墙墙或周边边的杆杆上．．根据据承重重索和和稳定索索的关关系所所形成成的屋屋面可可为上凸凸、下下凹或或交叉叉形，，相应应地在周周边柱柱顶应应设置置一道道或两两道受压压环梁梁，通通过调调整承承重索、稳稳定索索或腹腹杆的的长度度并利利用中心心环受受拉或或受压压，也也可以以对拉索索体系系施加加预应应力。。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建20back四、交交叉索索网体体系也称为为鞍形形索网网，它它是由由两组组相互互正交交的、、曲率率相反反的拉拉索直直接交交叠组成．．形成成负高高斯曲曲率的的双曲曲抛物物面。。交叉索索网体体系需需设置置强大大的边边缘构构件，，以锚锚固不不同方方向的的两组组拉索索，由于交交叉索索网中中每根根索的的拉力力大小小、方方向均均不一一样，，使得得边缘缘构件件受力大而而复杂杂，常常产生生相当当大的的弯矩矩、扭扭矩，，因此此边缘缘构件件需要要有强强大的截面，常需需耗费较多的的材料，边缘缘构件过于纤纤小，对索网网的刚度影响较大。交叉索网体系系中边缘构件件的形式很多多，根据建筑筑造型的要求求一般有以下几种布置方方式。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建211．边缘构件为为闭合曲线形环梁2．边缘构件为为落地交叉拱3．边缘构件为为不落地交叉拱4．边缘构件为为一对不相交的落地拱5．边缘构件为为拉索结构交叉索网体系系刚度大、变变形小，具有有反向受力能能力，结构稳稳定性好，适用于于大跨度建筑筑的屋盖。交交叉索网体系系适用于圆形形、椭圆形、菱形形等建筑平面面，边缘构件件形式丰富多多变，造形优优美，屋面排水水容易处理，，因而应用广广泛。屋面材材料一般采用用轻屋面，如卷材材、铝板、拉拉力薄膜，以以减轻自重、、节省造价。。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建22back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建23back浙江省人民体体育馆屋盖为鞍形悬悬索结构。比比赛大厅为椭椭圆形平面，，长轴80米，短轴60米，比赛场场地的长边平平行于椭圆的的短轴，短边边平行于椭圆圆的长轴，坐坐在短轴上的座座位数极少，，绝大部分的的座位处在观观看效果好的的长轴上。另另外，马鞍形是是双面抛物面面形状的，它它在长轴方向向是呈中间低低而两端高的的形状，可随座座位标高的升升高而升高。。马鞍形态结结构合理地利利用建筑平面面和建筑空间，，充分体现了了建筑艺术、、使用功能与与结构效益三三者的完美结结合，是一种颇颇为理想的结结构型式。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建ÿ9.5.4悬索结构的稳稳定悬索屋盖结构构稳定性差，，主要表现在在两个方面：：1、适应荷载变变化的能力差差在索的自重荷荷载作用下，，悬索呈悬链链线形式。如如施加某种不对称的活荷载或局部荷荷载，则原来来的悬链线形形式即不能再再保持平衡，，悬索将产生相当大的位位移，形成与与新的荷载分分布相适应的的新的平衡形形式，这就会造成屋面防防水层的损坏坏，也会造成成屋面防水层层的损坏。这这种位移是由平衡形式的的改变引起的的，称为机构构性位移。悬悬索抵抗机构构性位移的能力就是索的的稳定性，它它与索的张紧紧程度（即索索内初始拉力力的大小）有关，索内拉拉力愈大，即即稳定性愈好好。24PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建252、抗风吸、风风振能力差风力对屋面的的吸力是一个个重要问题。。图为某游泳泳池屋盖的风风压分布图，，吸力主要分布布在向风面的的屋盖部分，，局部风吸力力可能达到风风压的1.6—1.9倍，因而对比比较柔软的悬悬索结构屋盖盖有被掀起的的危险。屋面面还可能在风风力、动荷载或或不对称荷载载的作用下产产生很大的变变形和波动，，以致屋面被被撕裂而失去防防水效能，或或导致结构损损坏。某游泳池屋盖盖风压分布图图PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建ÿ263、风力或地震震力的动力作作用而产生的的共振现象在其它的结构构型式中，由由于自重较大大，在一般外外荷载作用下，共振的可可能性较小，，但是，悬索索结构却有由由于共振而破坏的实例。。例如1940年11月美国的塔考考姆大桥，跨跨长840米，在结构应应力远远没有有达到设计强强度的情况下下，由于弱风作用产产生共振而破破坏。因此，，对悬索的共共振问题必须予以重视。。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建271、增加悬索结结构上的荷载载可通过在索上上加重荷载（（如采用钢筋筋混凝土屋面面板），或在在索下吊挂重荷载载（如增加吊吊顶重量）等等方法，增加加屋盖自重，，以达到增加索的的稳定之目的的。一般认为为，当屋盖自自重超过最大大风吸力的1.1～1.3倍，即可认为为是安全的，，同时，较大大的分布恒荷载使使悬索始终保保持较大的张张紧力，可加加强其维持原原始形状的能力，，即提高了抵抵抗机构性变变形的能力，，采用重屋面面的缺点是使悬索索的截面增大大，支承结构构的受力也相应增大，从从而影响经济效果果。增加稳定性的的措施PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建282、形成预应力力索-壳组合结构在铺好的屋面面板上加临时时荷载，使承承重索产生预预应力。当屋面板之间缝缝隙增大时，，用水泥砂浆浆灌缝，待砂砂浆达到强度后，卸去临临时荷载，使使屋面回弹，，使屋面受到到一个挤紧的预压力而构构成一个整体体的弹性悬挂挂薄壳，具有有很大的刚性，能较好的的承受风吸力力和不对称荷荷载的作用。。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建293、形成索梁或或索-桁架组合结构构对于单曲面单单层拉索结构构体系可在索索上搁置横向向加劲梁或横向加劲桁架架，形成所谓谓的索－梁体体系。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建304、增设相反曲曲率的稳定索索双层拉索体系系或交叉索网网体系，通过过调整受拉钢钢索或受压