建筑结构选型9－悬索.ppt

1、第九章 悬索结构第一节 概述悬索结构：由一系列按一定的规律布置的受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成，拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢筋混凝土结构。悬索具有内在的柔韧性和结构灵活性，但不能承受弯曲和扭曲。由于悬索是采用高强度材料制成的，重量都比较轻。由于刚度不够，必须对悬索屋顶进行稳定处理。1、悬索结构的特点：（1）悬索结构受力合理，用料经济 （2）施工便捷，施工设施简单 （3）适应性强，造型美观 （4）悬索的荷载与位移、荷载与索力的关系曲线呈非线性 （5）悬索结构的形状稳定性较差。（6）悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的

2、形式。2悬索结构的形式悬索结构的形式悬索结构形式很多，按组成方法和受力特点：单层悬索体系 预应力双层悬索体系 预应力鞍形索网劲性悬索、横向加劲单层索系与索拱体系 组合悬索结构第二节 单层悬索体系单层悬索体系一、结构方案（1）平行布置（2）辐射式布置（3）网状布置二、受力特点二、受力特点单层柔索组成的悬索体系，属几何可变，形状稳定性不好。一方面，索系在局部荷载作用下产生较大的机构性位移；另一方面，索系的抗风能力也很差，当屋面较轻时甚至被风掀起。单层截面面积是影响索系刚度和极限承载力的参数。加大索截面，索系刚度提高。在实际设计中，不单纯依靠加大索截面来保证刚度要求，而是根据建筑和支承结构的具体条件

3、，配合调整垂跨比来控制索系刚度，效果更好。第二节 预应力双层悬索体系结构方案结构方案在竖向关系上，承重索可在稳定索之上（a）或之下（b），也可相互交错（c），在跨中也可相连（e）（f）在平面关系上，承重索、稳定索和连系杆一般在同一竖向平面上，也可错开布置而不位于同一竖向平面，这种布置形成的波形屋面便于屋面排水受力特点受力特点双层索系中，设置了相反曲率的稳定索及联系杆，不仅能抵抗风吸力，而且对体系施加预拉力，使索系具有形状稳定性并使体系刚度提高承重索垂跨比和稳定索拱跨比是影响性能的重要几何参数。随着垂跨比、拱跨比加大，刚度提高，索力减小，形状稳定性增强，但屋盖所占空间随之加大具有较好的抗震性能第

4、三节 预应力鞍形索网一、结构方案鞍形索网是由相互正交、曲率相反的两组钢索直接叠交形成的一种负高斯曲率的曲面悬索结构。两组索中，下凹的承重索在下，上凸的稳定索在上，两组索在交点处相互连接在一起，索网周边悬挂在强大的边缘构件上如把预应力鞍形索网视为一张网式蒙皮，则它覆盖任意平面形状，绷紧并悬挂在任意空间的边缘构件上，形成各式各样的鞍形索网结构。索网的边缘构件可根据建筑要求选取各种结构形式：（1）闭合空间曲梁圆形或椭圆形平面的双曲抛物面索网多采用这种形式（图a）（2）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间框架（图b）（3）拱 由于拱主要以轴向压力抵抗外荷作用，因此拱作为鞍形

5、索网的边缘构件比较合理。德国特尔蒙特展馆，屋盖结构为矩形平面的双曲抛物面索网（图c）（4）柔性边缘构件边界索 如图（f）（g）。图(f)所示索网采用柔性与刚性的混合边缘构件；图(g)所示为由若干鞍形索网组成的帐篷式结构 不论哪种形式的边缘构件，都需要有足够强大的截面，这不仅要满足受力较大的边缘构件本身的强度要求，更要保证索网必要的刚度。二受力特点二受力特点鞍形索网的工作性能与索网的初始几何形状、预应力、索、截面面积等因素有关1 索网初始几何形状垂跨比与拱跨比的加大，即增加索网曲面的曲率，可提高索网的形状稳定性，并使索拉力及索对支承结构的作用减小2 预拉力。在满足最不利工况（包括温度、支座位移）

6、下、索网不松弛的前提下，预应力尽量小，以减小索网内力及索网对支承结构的作用3 索截面面积。它是控制索网刚度和极限承载力的参数。当承重索与稳定索截面积之比不变时，增大索截面积可提高索网刚度，但对索内力影响甚微第四节 劲性索、横向加劲单层索系与索拱体系 柔性索不能抗弯、抗压，因此需采取措施使其具有必要的结构刚度和形状稳定性，但这些措施的作用有限，因此出现了劲性索、横向加劲单层索系与索拱体系1、劲性索结构是以具有一定抗弯刚度的曲线形实腹或格构式构件来替代柔索的悬挂结构，如图所示2、预应力横向加劲单层索系、预应力横向加劲单层索系 在平行布置的单层悬索上，把索锚固好后，在索上设置与索垂直的实腹梁或桁架等横向劲性构件，在整个索与横向构件组成的体系内建立预应力，形成了横向加劲单层索系屋盖结构，如图所示3、预应力索拱体系、预应力索拱体系在双层索系或鞍形索网中，以实腹或格构式劲性构件代替上凸的稳定索，通过张拉承重索对拱的两端下压产生强迫位移，使索与拱互相压紧，便形成了预应力拱索体系，如图所示第五节、组合悬索体系 将两片或两片以上的悬索体系（索网、单层索系、双层索系等）和强大的中间支承结构组合在一起，可形成各种形式的组合悬索结构 采用组合悬索结构，往往出于满足建筑功能和建筑造型的需要。