悬索结构知识点T41

Ch9.5悬索结构•本章主要内容：•••••1、概述2、悬索的受力与变形特点3、悬索结构的型式4、悬索结构的稳定5、悬索结构的工程实例

1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建9.5.1概述一、悬索结构的组成悬索结构是由一系列高强度钢索组成的

一种张力结构，由于其自重轻，用钢量 省，能跨越很大的跨度，是一种比较理 想的大跨度结构型式。

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2PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿ3back索网是悬索结构的主要承重构件，是一个轴心受拉构件，既无弯矩也无剪力，完全柔性，其抗弯刚度可完全忽略不计。利用高强钢材去做“索”，就最能发挥钢材受拉性能好的特点。索网一般由每根直径为2.5、3、4、4.5、5毫米的高强碳素钢丝扭绞而成。边缘构件是索网的边框，无边框则索网不能成型。应注意对边缘构件的处理，采用合理的边缘构件型式以承重索网的巨大拉力。下部支承构件一般是钢筋混凝土立柱或框架结构，为保持稳定，有时还要采取钢缆锚拉的设施。单悬索结构是平面结构体系。如果利用很多单悬索相互交叉组成“索网”（比如利用桁架交叉组成网架一样），就形成多向受力的悬索结构。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建•••••••二、悬索结构的特点1、悬索结构经济效果较好，充分利用钢材的强度。2、便于建筑造型，容易适应各种建筑平面。3、悬索结构施工比较方便。4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间。5、悬索屋盖结构的稳定性较差。6、悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚餀

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"试用版本创建9.5.2悬索的受力与变形特点餀

•一、索的支座反力

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5PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建6二、索的拉力•三、悬索的变形back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建7back9.5.3悬索结构的形式悬索结构的主要形式有：单曲面单层悬索结构、单曲面双层悬索结构、双曲面单层悬索结构、双曲面双层悬索结构和交叉索网悬索结构等。这些悬索结构的成型不同是边缘构件的形式不一样，同时引起屋盖建筑造型的不同。不论何种形式，都必须采取有效措施以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。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建back一、单曲面单层悬索结构

这种结构型式由许多平行的单根拉索构成，表面呈反向圆 筒形凹面，可向外排水。 拉索体系的优点是构造简单，传力明确，但屋面稳定性差，抗风 能力小。为了克服这一不足，可采用重屋盖（一般为装配式钢筋 混凝土屋面板）、或在大跨度结构中，对屋面板施加预应力，使屋面最后形成悬挂薄壳等。餀

8PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建9

back德国乌柏特市游泳馆1、拉索水平力通过竖向承重结构传至基础建筑实例有西德乌柏特市游泳馆，该建筑兴建于1956年，可容纳观众2000人，比赛大厅面积为65×40米。根据两端看台形式，屋盖设计成纵向单曲单层悬索结构，跨度为65米。大厅看台建在斜梁上，斜梁间距3.8米，一直通到游泳池底部并托着游泳池。结构对称布置。屋盖索网的拉力经由边梁传给斜梁，传到游泳池底部。使得斜梁基底的水平推力得以相互抵消，成对地取得平衡，地基只承受压力。这种屋盖形式不仅较好地适应了建筑内部平面布置，而且外形也比较美观。结构型式不仅受力合理，而且结构的形体、总体布置与建筑的使用空间、

外观形象完全结合起来，值得欣 赏。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿ10back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建11back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建12back2、拉索水平平力通过拉拉锚传至基基础索的拉力也也可在柱顶顶改变方向向后通过拉拉锚传至基基础，拉锚锚可用下列方方法锚固于于地基：①锚固在在足够重的的大体积混混凝土中；；②利用底底板及回填填上自重抵抵抗拉力；；③锚固于于受拉摩擦擦桩或受弯弯摩擦桩上上；④锚固在岩岩石层的粘粘孔中。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建13back3、拉索水水平力通过过刚性水平平构件集中传至抗侧侧力墙餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建14back二、双曲面面单层拉索索体系－单层辐射索索系双曲面单层层索网体系系，常用于于圆形建筑平平面，拉索索按辐射状状布置，使屋屋面形成一一个旋转曲曲面，拉索的的一端锚固固在受压的的外环梁上，，另一端锚锚固在中心心的受拉环上上，形成碟碟形悬索结结构。锚固在中心心柱上形成成的伞形悬悬索结构。在均布荷载载作用下，，圆形平面面的全部拉索索内力相等等，内力的的大小随垂度度的减小而而增大。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建15back三、双层悬悬索体系双层悬索体体系是由一一系列承重重索和相反反曲率的稳稳定索组成。每对承承重索和稳稳定索一般般位于同一一竖向平面面内，二者者之间通过受受拉钢筋混混凝土或受受压撑杆联联系，联系系杆可以斜斜向布置，构构成犹如屋屋架的结构构体系，故故常称为索索桁架。双层悬索体体系的特点点是稳定性性好，整体体刚度大，，反向曲率率的索系可以以承受不同同方向的荷荷载作用，，通过调整整承重索、、稳定索或腹腹杆的长度度，可以对对整个屋盖盖体系施加加预应力，，增强了屋盖盖的整体性性，因此，，双层悬索索体系适宜宜于采用轻轻屋面，如铁铁皮、铝板板等屋面材材料和轻质质高效的保保温材料．以减轻轻屋盖自重重，节约材材料，降低低造价。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建16back双层悬索体体系也称双双层平行索索系，常用用于矩形平平面的单跨或多跨建建筑。承重索的垂垂度一般取取跨度的1/15一l/20，稳定索的拱拱度则取1/20一l/25。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建17back1．单曲面双双层拉索体体系单曲面双层层拉索体系系中的承重重索和稳定定索也可以以不在同一一竖向平面面内．而是相相互错开布布置，构成成波形屋面面，这样可可有效地解解决屋面排排水问题，承重重索与稳稳定索之间间靠波形的的系杆连接接，并借以以施加预应应力。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建18back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建19back2．双曲面双双层拉索体体系－双层辐射体系承重索和稳稳定索均沿沿辐射方向向布置，周围围支承在周周边柱顶的的受压环梁上上，中心则则设置受拉拉内环梁，整整个屋盖支支承于外墙墙或周边的杆杆上．根据据承重索和和稳定索的关关系所形成成的屋面可可为上凸、下下凹或交叉叉形，相应应地在周边柱柱顶应设置置一道或两两道受压环梁梁，通过调调整承重索、稳定索索或腹杆的的长度并利利用中心环受受拉或受压压，也可以以对拉索体系系施加预应应力。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建20back四、交叉索索网体系也称为鞍形形索网，它它是由两组组相互正交交的、曲率率相反的拉拉索直接交交叠组成．形成成负高斯曲曲率的双曲曲抛物面。。交叉索网体体系需设置置强大的边边缘构件，，以锚固不不同方向的的两组拉索索，由于交叉索索网中每根根索的拉力力大小、方方向均不一一样，使得得边缘构件件受力大而复杂杂，常产生生相当大的的弯矩、扭扭矩，因此此边缘构件件需要有强强大的截面，常常需耗费较较多的材料料，边缘构构件过于纤纤小，对索索网的刚度度影响较大。交叉索网体体系中边缘缘构件的形形式很多，，根据建筑筑造型的要要求一般有有以下几种布置置方式。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建211．边缘构件件为闭合曲曲线形环梁2．边缘构件件为落地交交叉拱3．边缘构件件为不落地地交叉拱4．边缘构件件为一对不不相交的落地拱拱5．边缘构件件为拉索结结构交叉索网体体系刚度大大、变形小小，具有反反向受力能能力，结构构稳定性好，适用用于大跨度度建筑的屋屋盖。交叉叉索网体系系适用于圆圆形、椭圆形、菱菱形等建筑筑平面，边边缘构件形形式丰富多多变，造形形优美，屋面排排水容易处处理，因而而应用广泛泛。屋面材材料一般采采用轻屋面，如卷卷材、铝板板、拉力薄薄膜，以减减轻自重、、节省造价价。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建22back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建23back浙江省人民民体育馆屋盖为鞍形形悬索结构构。比赛大大厅为椭圆圆形平面，，长轴80米，短轴60米，比赛赛场地的长长边平行于于椭圆的短短轴，短边边平行于椭椭圆的长轴轴，坐在短轴上的的座位数极极少，绝大大部分的座座位处在观观看效果好好的长轴上上。另外，马鞍形形是双面抛抛物面形状状的，它在在长轴方向向是呈中间间低而两端端高的形状，可随随座位标高高的升高而而升高。马马鞍形态结结构合理地地利用建筑筑平面和建筑空间间，充分体体现了建筑筑艺术、使使用功能与与结构效益益三者的完完美结合，是一种种颇为理想想的结构型型式。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建ÿ9.5.4悬索结构的的稳定悬索屋盖结结构稳定性性差，主要要表现在两两个方面：：1、适应荷载载变化的能能力差在索的自自重荷载载作用下下，悬索索呈悬链链线形式式。如施施加某种种不对称的的活荷载或局局部荷载载，则原原来的悬悬链线形形式即不不能再保保持平衡衡，悬索索将产生相当大大的位移移，形成成与新的的荷载分分布相适适应的新新的平衡衡形式，，这就会造成屋屋面防水水层的损损坏，也也会造成成屋面防防水层的的损坏。。这种位位移是由平衡形形式的改改变引起起的，称称为机构构性位移移。悬索索抵抗机机构性位位移的能力就是是索的稳稳定性，，它与索索的张紧紧程度（（即索内内初始拉拉力的大大小）有关，索索内拉力力愈大，，即稳定定性愈好好。24PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建252、抗风吸吸、风振振能力差差风力对屋屋面的吸吸力是一一个重要要问题。。图为某某游泳池池屋盖的的风压分分布图，，吸力主要要分布在在向风面面的屋盖盖部分，，局部风风吸力可可能达到到风压的的1.6——1.9倍，因而而对比较较柔软的的悬索结结构屋盖盖有被掀掀起的危危险。屋屋面还可可能在风风力、动荷荷载或不不对称荷荷载的作作用下产产生很大大的变形形和波动动，以致致屋面被被撕裂而失失去防水水效能，，或导致致结构损损坏。某游泳池池屋盖风风压分布布图PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建ÿ263、风力或或地震力力的动力力作用而而产生的的共振现现象在其它的的结构型型式中，，由于自自重较大大，在一一般外荷荷载作用用下，共振振的可能能性较小小，但是是，悬索索结构却却有由于于共振而而破坏的实实例。例例如1940年11月美国的的塔考姆姆大桥，，跨长840米，在结结构应力力远远没没有达到到设计强强度的情情况下，，由于弱风作作用产生生共振而而破坏。。因此，，对悬索索的共振振问题必必须予以重重视。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建271、增加悬悬索结构构上的荷荷载可通过在在索上加加重荷载载（如采采用钢筋筋混凝土土屋面板板），或或在索下吊挂重重荷载（（如增加加吊顶重重量）等等方法，，增加屋屋盖自重重，以达到增加加索的稳稳定之目目的。一一般认为为，当屋屋盖自重重超过最最大风吸力的1.1～1.3倍，即可可认为是是安全的的，同时时，较大大的分布恒荷荷载使悬悬索始终终保持较较大的张张紧力，，可加强强其维持持原始形状的能能力，即即提高了了抵抗机机构性变变形的能能力，采采用重屋屋面的缺点是使使悬索的的截面增增大，支支承结构构的受力力也相应增大大，从而而影响经济济效果。。增加稳定定性的措措施PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建282、形成预预应力索索-壳组合结结构在铺好的的屋面板板上加临临时荷载载，使承承重索产产生预应应力。当当屋面板之之间缝隙隙增大时时，用水水泥砂浆浆灌缝，，待砂浆浆达到强强度后，卸卸去临时时荷载，，使屋面面回弹，，使屋面面受到一一个挤紧紧的预压力力而构成成一个整整体的弹弹性悬挂挂薄壳，，具有很很大的刚刚性，能较较好的承承受风吸吸力和不不对称荷荷载的作作用。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建293、形成索索梁或索索-桁架组合合结构对于单曲曲面单层层拉索结结构体系系可在索索上搁置置横向加加劲梁或或横向加劲劲桁架，，形成所所谓的索索－梁体体系。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建304、增设相相反曲率率的稳定定索双层拉索索体系或或交叉索索网体系系，通过过调整受受拉钢索索或受压压撑杆的长长度，可可对悬杆杆索体系系施加预预应力，，使承重重索和稳稳定索内始始终保持持足够大大的拉应应力，提提高了整整个体系系的稳定定性和抗震震能力，，此外，，由于存存在预应应力，稳稳定索能能同时与与承重索一一起抵抗抗竖向荷荷载的作作用，从从而提高高整个体体系的刚刚度。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.5.5悬索结构构的工程程实例北京：亚亚运会英英东游泳泳馆(主要承重重结构为为1.8m×1.8m的箱形截截面钢