悬索结构知识点PPT[详细]

1、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,1 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 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。 back 2 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,3,back,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”

2、，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 pdfFactory Pro 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

3、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。 back 4 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 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 back 5 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 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 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,7,back,9.5.3 悬索结构的形式,

4、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 pdfFactory Pro 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

5、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,8 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 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6540 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

6、，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 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,10,back,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,11,back,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,12,back,2 、拉索水平力通过拉锚传至基础,索的拉力也可在柱顶改变方向后通过拉锚传至基础，拉锚 可用下列方法锚固于地基：, 锚固在足够重的大体积混凝土中； 利用底板及回

7、填上自重抵抗拉力； 锚固于受拉摩擦桩或受弯摩擦桩上； 锚固在岩石层的粘孔中。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,13,back,3、 拉索水平力通过刚性水平构件集 中传至抗侧力墙,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,14,back,二、双曲面单层拉索体系单层辐射索系,双曲面单层索网体系，常用于 圆形建筑平面，拉索按辐射状 布置，使屋面形成一个旋转曲 面，拉索的一端锚固在受压的 外环梁上，另一端锚固在中心 的受拉环上，形成碟形悬索结 构。,锚固在中心柱上形成的伞形悬 索结构。,在均布荷载作用下，圆形平面 的全部拉索内力相等，内力的

8、 大小随垂度的减小而增大。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,15,back,三、双层悬索体系,双层悬索体系是由一系列承重索和相反曲率的稳定索组 成。每对承重索和稳定索一般位于同一竖向平面内，二者 之间通过受拉钢筋混凝土或受压撑杆联系，联系杆可以斜 向布置，构成犹如屋架的结构体系，故常称为索桁架。 双层悬索体系的特点是稳定性好，整体刚度大，反向曲率 的索系可以承受不同方向的荷载作用，通过调整承重索、 稳定索或腹杆的长度，可以对整个屋盖体系施加预应力， 增强了屋盖的整体性，因此，双层悬索体系适宜于采用轻 屋面，如铁皮、铝板等屋面材料和轻质高效的保温材 料以减轻屋

9、盖自重，节约材料，降低造价。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,16,back,双层悬索体系也称双层平行索系，常用于矩形平面的单 跨或多跨建筑。,承重索的垂度一般取跨度的 1 / 15 一 l / 20 ， 稳定索的拱度则取 1 / 20 一 l / 25 。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,17,back,1 单曲面双层拉索体系,单曲面双层拉索体系中的承重索和稳定索也可以不在同一竖向平面 内而是相互错开布置，构成波形屋面，这样可有效地解决屋面排水 问题，承重索与 稳定索之间靠波形的系杆连接，并借以施加预应力。,餀,PDF

10、文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,18,back,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,19,back,2 双曲面双层拉索体系 双层辐射体系,承重索和稳定索均沿辐射方向 布置，周围支承在周边柱顶的 受压环梁上，中心则设置受拉 内环梁，整个屋盖支承于外墙 或周边的杆上根据承重索和 稳定索的关系所形成的屋面可 为上凸、下凹或交叉形，相应 地在周边柱顶应设置一道或两 道受压环梁，通过调整承重 索、稳定索或腹杆的长度并利 用中心环受拉或受压，也可以 对拉索体系施加预应力。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,20,ba

11、ck,四、交叉索网体系,也称为鞍形索网，它是由两组相互正交的、曲率相反的拉索直接交叠 组成形成负高斯曲率的双曲抛物面。,交叉索网体系需设置强大的边缘构件，以锚固不同方向的两组拉索， 由于交叉索网中每根索的拉力大小、方向均不一样，使得边缘构件受 力大而复杂，常产生相当大的弯矩、扭矩，因此边缘构件需要有强大 的截面，常需耗费较多的材料，边缘构件过于纤小，对索网的刚度影 响较大。,交叉索网体系中边缘构件的形式很多，根据建筑造型的要求一般有以 下几种布置方式。,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,21,1 边缘构件为闭合曲线 形环梁,2 边缘构件为落地交叉 拱,3 边缘

12、构件为不落地交 叉拱,4 边缘构件为一对不相 交的落地拱,5 边缘构件为拉索结构,交叉索网体系刚度大、变形小，具有反向受力能力，结构稳定 性好，适用于大跨度建筑的屋盖。交叉索网体系适用于圆形、 椭圆形、菱形等建筑平面，边缘构件形式丰富多变，造形优 美，屋面排水容易处理，因而应用广泛。屋面材料一般采用轻 屋面，如卷材、铝板、拉力薄膜，以减轻自重、节省造价。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,22,back,餀,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,23,back,浙江省人民体育馆,屋盖为鞍形悬索结构。比赛大厅为椭圆形平面，长轴80米，短轴6

13、0 米， 比赛场地的长边平行于椭圆的短轴，短边平行于椭圆的长轴，坐 在短轴上的座位数极少，绝大部分的座位处在观看效果好的长轴上。另 外，马鞍形是双面抛物面形状的，它在长轴方向是呈中间低而两端高的 形状，可随座位标高的升高而升高。马鞍形态结构合理地利用建筑平面 和建筑空间，充分体现了建筑艺术、使用功能与结构效益三者的完美结 合，是一种颇为理想的结构型式。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,9.5.4,悬索结构的稳定,悬索屋盖结构稳定性差，主要表现在两个方面： 1、适应荷载变化的能力差 在索的自重荷载作用下，悬索呈悬链线形式。如施加某种不对称的活 荷载或局部荷载，则原

14、来的悬链线形式即不能再保持平衡，悬索将产 生相当大的位移，形成与新的荷载分布相适应的新的平衡形式，这就 会造成屋面防水层的损坏，也会造成屋面防水层的损坏。这种位移是 由平衡形式的改变引起的，称为机构性位移。悬索抵抗机构性位移的 能力就是索的稳定性，它与索的张紧程度（即索内初始拉力的大小） 有关，索内拉力愈大，即稳定性愈好。 24 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,25,2、抗风吸、风振能力差,风力对屋面的吸力是一个重要问题。图为某游泳池屋盖的风压分布图，,吸力主要分布在向风面的屋盖部分，局部风吸力可能达到风压的1.61.9,倍，因而对比较柔软的悬索结构屋盖有被掀起

15、的危险。屋面还可能在风 力、动荷载或不对称荷载的作用下产生很大的变形和波动，以致屋面被 撕裂而失去防水效能，或导致结构损坏。,某游泳池屋盖风压分布图,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,26,3、风力或地震力的动力作用而产生的共振现象,在其它的结构型式中，由于自重较大，在一般外荷载作用 下，共振的可能性较小，但是，悬索结构却有由于共振而 破坏的实例。例如1940年11月美国的塔考姆大桥，跨长 840米，在结构应力远远没有达到设计强度的情况下，由 于弱风作用产生共振而破坏。因此，对悬索的共振问题必 须予以重视。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本

16、创建 ,27,1、增加悬索结构上的荷载,可通过在索上加重荷载（如采用钢筋混凝土屋面板），或在索 下吊挂重荷载（如增加吊顶重量）等方法，增加屋盖自重，以 达到增加索的稳定之目的。一般认为，当屋盖自重超过最大风 吸力的 1 . 11 . 3 倍，即可认为是安全的，同时，较大的 分布恒荷载使悬索始终保持较大的张紧力，可加强其维持原始 形状的能力，即提高了抵抗机构性变形的能力，采用重屋面的 缺点是使悬索的截面增大，支承结构的受力也相应增大，从而 影响经济效果。,增加稳定性的措施,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,28,2、形成预应力索-壳组合结构,在铺好的屋面板上加临时荷

17、载，使承重索产生预应力。当 屋面板之间缝隙增大时，用水泥砂浆灌缝，待砂浆达到强 度后，卸去临时荷载，使屋面回弹，使屋面受到一个挤紧 的预压力而构成一个整体的弹性悬挂薄壳，具有很大的刚 性，能较好的承受风吸力和不对称荷载的作用。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,29,3、形成索梁或索-桁架组合结构,对于单曲面单层拉索结构体系可在索上搁置横向加劲梁或 横向加劲桁架，形成所谓的索梁体系。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,30,4、增设相反曲率的稳定索,双层拉索体系或交叉索网体系，通过调整受拉钢索或受压 撑杆的长度，可对悬杆索体系施加预应

18、力，使承重索和稳 定索内始终保持足够大的拉应力，提高了整个体系的稳定 性和抗震能力，此外，由于存在预应力，稳定索能同时与 承重索一起抵抗竖向荷载的作用，从而提高整个体系的刚 度。,PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 ,9.5.5 悬索结构的工程实例,北京：亚运会英东游泳馆 (主要承重结构为1.8m1.8m的箱形截面钢梁，支承在两端的筒体上，跨度达100m。钢梁每侧设四排斜拉索为钢梁提供中间弹性支座，以提高钢梁的承载力和刚度。),美国明尼亚波利斯联邦储备银行大厦 （11层，跨度达83.2m，用悬索作为主要承重结构，悬索锚固在两侧的两个筒体结构上，筒体承受大楼的全部竖向荷载。柱顶设有大梁，以平衡悬索在柱顶产生的水平力，整个大楼就悬挂在悬索和顶部大梁上。）,在许多悬索结