結(jié)構(gòu)選型-懸索

1、1 懸索結(jié)構(gòu)是以懸索結(jié)構(gòu)是以一系列的一系列的受拉的鋼受拉的鋼索索（或拉條）作為（或拉條）作為主要承重構(gòu)件，鋼主要承重構(gòu)件，鋼索按一定規(guī)律組成索按一定規(guī)律組成各種不同形式的結(jié)各種不同形式的結(jié)構(gòu)體系，并懸掛在構(gòu)體系，并懸掛在相應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)上。懸索一般采用由。懸索一般采用由高強度鋼絲組成的高強度鋼絲組成的鋼鉸線、鋼絲繩或鋼鉸線、鋼絲繩或鋼絲束，也可以采鋼絲束，也可以采用圓鋼筋或帶狀薄用圓鋼筋或帶狀薄鋼板。鋼板。2懸索結(jié)構(gòu)通過鋼索的軸向拉伸來抵抗外部的載荷作用，可以最充分地利懸索結(jié)構(gòu)通過鋼索的軸向拉伸來抵抗外部的載荷作用，可以最充分地利用鋼材的抗拉強度，采用高強度鋼材時，更可大大的減輕

2、結(jié)構(gòu)自重。它的主用鋼材的抗拉強度，采用高強度鋼材時，更可大大的減輕結(jié)構(gòu)自重。它的主要特點是受力合理，可以充分的利用高強度鋼索的性能，能較經(jīng)濟的跨越很要特點是受力合理，可以充分的利用高強度鋼索的性能，能較經(jīng)濟的跨越很大的跨度。懸索結(jié)構(gòu)便于建筑造型，適用于多樣的平面圖形和外形輪廓，能大的跨度。懸索結(jié)構(gòu)便于建筑造型，適用于多樣的平面圖形和外形輪廓，能較自由的滿足各種建筑功能的要求。較自由的滿足各種建筑功能的要求。14.1 14.1 概述概述3組成：組成：索索 網(wǎng)網(wǎng)：主承重構(gòu)件，軸向受拉，無彎矩，不計剛度。：主承重構(gòu)件，軸向受拉，無彎矩，不計剛度。 邊邊 緣緣 構(gòu)構(gòu) 件：件：網(wǎng)索成型的關(guān)鍵，承受索網(wǎng)的

3、巨大拉力。網(wǎng)索成型的關(guān)鍵，承受索網(wǎng)的巨大拉力。 下部支承構(gòu)件：下部支承構(gòu)件：鋼筋混凝土立柱或框架。鋼筋混凝土立柱或框架。14.2 14.2 懸索結(jié)構(gòu)的組成懸索結(jié)構(gòu)的組成邊緣構(gòu)件邊緣構(gòu)件索網(wǎng)索網(wǎng)下部支承構(gòu)件下部支承構(gòu)件關(guān)鍵：關(guān)鍵： 1 1）屋面剛度（索柔屋蓋剛）屋面剛度（索柔屋蓋剛）2 2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（柔索單向受力）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（柔索單向受力）3 3）共振（解決風、地震的動力）共振（解決風、地震的動力）4 懸索結(jié)構(gòu)必須采取有效措施來懸索結(jié)構(gòu)必須采取有效措施來保證屋蓋結(jié)構(gòu)在風荷載、地震作用保證屋蓋結(jié)構(gòu)在風荷載、地震作用下具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。下具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。14.3.1 14.3.1 單

4、曲面單層懸索結(jié)構(gòu)單曲面單層懸索結(jié)構(gòu) -由多條由多條平行單根平行單根拉索構(gòu)成。拉索構(gòu)成。14.3 14.3 懸索結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及實例分析懸索結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及實例分析特點：特點： 構(gòu)造簡單，傳力明確；構(gòu)造簡單，傳力明確；但屋面穩(wěn)定性差，抗風力小。但屋面穩(wěn)定性差，抗風力小。懸索懸索側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件支承結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)懸索懸索懸索懸索拉索拉索5一些典型建筑一些典型建筑 單層懸索單層懸索德國烏柏特市游泳館德國烏柏特市游泳館德國多特蒙特展覽大廳德國多特蒙特展覽大廳前蘇聯(lián)克達斯若牙爾斯克車庫前蘇聯(lián)克達斯若牙爾斯克車庫日本古川市民會館日本古川市民會館6德國烏柏特市游泳館 建于建于19561956年，比賽大廳面積年

5、，比賽大廳面積為為65m65m40m40m，屋蓋采用縱向單曲，屋蓋采用縱向單曲單層懸索單層懸索結(jié)構(gòu)，跨度結(jié)構(gòu)，跨度65m65m，大廳看，大廳看臺建在斜梁上，斜梁間距臺建在斜梁上，斜梁間距3.8m3.8m，直通到游泳池底。直通到游泳池底。714.3.2 14.3.2 單曲面雙層懸索結(jié)構(gòu)單曲面雙層懸索結(jié)構(gòu)-由許多片由許多片平行索網(wǎng)平行索網(wǎng)構(gòu)成。構(gòu)成。特點：特點： 平行索網(wǎng)平行索網(wǎng)，每片索網(wǎng)均由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，每片索網(wǎng)均由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，承重索與穩(wěn)定索承重索與穩(wěn)定索之間用斜腹桿（圓鋼或拉索）聯(lián)系，斜腹桿對上、下索施加預應(yīng)力之間用斜腹桿（圓鋼或拉索）聯(lián)系，斜腹桿對上、下索施加預應(yīng)力。8雙層懸索

6、實例瑞典斯德哥爾摩約翰尼紹夫滑冰場瑞典斯德哥爾摩約翰尼紹夫滑冰場德國法蘭克福機動車檢修場德國法蘭克福機動車檢修場芬蘭赫爾辛基冰上運動場芬蘭赫爾辛基冰上運動場羅馬尼亞布加勒斯特文體宮羅馬尼亞布加勒斯特文體宮9吉林滑冰館吉林滑冰館, , 19861986 該館平面為矩形，底層輪廓尺該館平面為矩形，底層輪廓尺寸為寸為67.467.4米米76.876.8米，館內(nèi)大廳凈米，館內(nèi)大廳凈高高12.7512.75米，總建筑面積米，總建筑面積84568456平方平方米。屋蓋由正負曲率懸索重索和與米。屋蓋由正負曲率懸索重索和與其相反曲率的穩(wěn)定索組成預應(yīng)力雙其相反曲率的穩(wěn)定索組成預應(yīng)力雙層索系具有很好的穩(wěn)定性和剛性

7、。層索系具有很好的穩(wěn)定性和剛性。成對的承重索和穩(wěn)定索一般位于同成對的承重索和穩(wěn)定索一般位于同一豎直平面內(nèi)，二者之間通過受拉一豎直平面內(nèi)，二者之間通過受拉鋼索或受壓撐桿連系，構(gòu)成和同屋鋼索或受壓撐桿連系，構(gòu)成和同屋架形式的平面體系。架形式的平面體系。 1014.3.3 14.3.3 雙曲面單層懸索結(jié)構(gòu)雙曲面單層懸索結(jié)構(gòu)輻射式蝶形懸索結(jié)構(gòu)輻射式蝶形懸索結(jié)構(gòu) 拉索拉索按輻射狀布置，屋蓋形成旋轉(zhuǎn)曲面，拉索固定在外環(huán)（壓）及中心環(huán)按輻射狀布置，屋蓋形成旋轉(zhuǎn)曲面，拉索固定在外環(huán)（壓）及中心環(huán)（拉）上，其內(nèi)力隨著垂度的減小而增大。剛度及穩(wěn)定性較差。（拉）上，其內(nèi)力隨著垂度的減小而增大。剛度及穩(wěn)定性較差。拉索

8、拉索側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件拉索拉索側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件支承柱支承柱周邊柱周邊柱中柱中柱蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點：蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點：剛度及穩(wěn)定性僅比單曲面好些，但仍較差。剛度及穩(wěn)定性僅比單曲面好些，但仍較差。11網(wǎng)狀蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點：網(wǎng)狀蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點： 拉索拉索按按兩向索正交布置兩向索正交布置，拉索固定在外環(huán)。剛度及穩(wěn)定性較差。，拉索固定在外環(huán)。剛度及穩(wěn)定性較差。拉索拉索側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件支承柱支承柱12幅射式布置形式幅射式布置形式 (適用于圓形，橢圓形平面適用于圓形，橢圓形平面)下凹雙曲率碟形屋面下凹雙曲率碟形屋面不便于排水，最大的不便于排水，最大的碟形屋面：美國阿拉碟形屋面：美國阿拉美達比賽館，跨徑美達比賽

9、館，跨徑128m128m( (1967)1967)傘形屋面?zhèn)阈挝菝孀畲蟮膫阈挝菝妫鹤畲蟮膫阈挝菝妫呵疤K聯(lián)伊利姆斯克前蘇聯(lián)伊利姆斯克汽車庫，跨徑汽車庫，跨徑206m206m 受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。土制作。可比平行布置做到較大跨度。網(wǎng)狀布置形式網(wǎng)狀布置形式( (適用于圓形，矩形等各種平面適用于圓形，矩形等各種平面) ) 設(shè)計要點設(shè)計要點單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗取值：單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗取值：1/201/20 1/101/10加強形狀穩(wěn)定性的措施：加強形狀穩(wěn)定性的措施： 采用重屋面采用重屋面 采用預應(yīng)力鋼筋混凝土

10、懸掛薄殼采用預應(yīng)力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構(gòu)件采用橫向加勁構(gòu)件兩向索正交布置兩向索正交布置屋面板規(guī)格統(tǒng)一屋面板規(guī)格統(tǒng)一邊緣構(gòu)件彎矩大邊緣構(gòu)件彎矩大于幅射式布置于幅射式布置1314.3.4 14.3.4 雙曲面雙層懸索結(jié)構(gòu)雙曲面雙層懸索結(jié)構(gòu) 屋蓋由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，用于圓形建筑。拉索按輻射狀布置，中屋蓋由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，用于圓形建筑。拉索按輻射狀布置，中心設(shè)置拉環(huán)。心設(shè)置拉環(huán)。 雙曲面雙層拉索體系增加了穩(wěn)定索，屋面剛度大，抗風和抗震性能好。雙曲面雙層拉索體系增加了穩(wěn)定索，屋面剛度大，抗風和抗震性能好。 上索既是穩(wěn)定索，又上索既是穩(wěn)定索，又直接承載。直接承載。a a) )雙層內(nèi)環(huán)梁雙

11、層內(nèi)環(huán)梁 b b) )雙層外環(huán)梁雙層外環(huán)梁c c) )雙層內(nèi)外環(huán)梁雙層內(nèi)外環(huán)梁d d) )單層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置單層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置e e) )雙層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置雙層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置14北京工人體育館北京工人體育館 工程于工程于19611961年建成，建年建成，建成后一直是北京地區(qū)舉行大成后一直是北京地區(qū)舉行大型活動的重要場所，建筑平型活動的重要場所，建筑平面為圓形，面積約面為圓形，面積約4.24.2萬平方萬平方米，地下一層，地上四層，米，地下一層，地上四層，整體形式為圓形，屋蓋采用整體形式為圓形，屋蓋采用圓形雙層懸索結(jié)構(gòu)，跨度達圓形雙層懸索結(jié)構(gòu)，跨度達到到9494米，堪稱該結(jié)構(gòu)的經(jīng)典米，堪稱該結(jié)構(gòu)的

12、經(jīng)典范例。范例。 15a)鞍形索網(wǎng)布置形式鞍形索網(wǎng)布置形式14.3.5 14.3.5 雙曲面交叉懸索結(jié)構(gòu)雙曲面交叉懸索結(jié)構(gòu) 屋蓋由兩組曲率相反的拉索交叉組成，曲面為雙曲拋物面。適用于各屋蓋由兩組曲率相反的拉索交叉組成，曲面為雙曲拋物面。適用于各種形狀的建筑平面。屋面剛度大，抗風和抗震性能好。種形狀的建筑平面。屋面剛度大，抗風和抗震性能好。16問題：問題：懸索結(jié)構(gòu)是懸掛式的柔性索網(wǎng)體系，屋蓋的剛度及穩(wěn)定性較差。懸索結(jié)構(gòu)是懸掛式的柔性索網(wǎng)體系，屋蓋的剛度及穩(wěn)定性較差。 （應(yīng)索柔屋蓋剛）（應(yīng)索柔屋蓋剛）2.2. 風、動荷載或不對稱荷載作用時的變形會影響使用功能。風、動荷載或不對稱荷載作用時的變形會影

13、響使用功能。3.3. 風力、地震作用的動力作用會引起共振。風力、地震作用的動力作用會引起共振。14.4 14.4 懸索結(jié)構(gòu)的剛度懸索結(jié)構(gòu)的剛度解決方法：解決方法： 1 1）采用合理的屋面形式（利用雙曲面）采用合理的屋面形式（利用雙曲面）2 2）合理受力形式（預應(yīng)力）合理受力形式（預應(yīng)力）3 3）使用臨時荷載，構(gòu)成整體屋面）使用臨時荷載，構(gòu)成整體屋面17北京工人體育館北京工人體育館 跨度跨度9494米，米，鋼筋砼外環(huán)鋼筋砼外環(huán)截面尺寸截面尺寸為為2m2m2m,2m,，支承在外廊框架的內(nèi)柱上，支承在外廊框架的內(nèi)柱上，承受壓力。承受壓力。中央環(huán)中央環(huán)由上、下環(huán)及由上、下環(huán)及2424根根立柱組成，承受

14、拉力。立柱組成，承受拉力。鋼筋砼外環(huán)梁鋼筋砼外環(huán)梁內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)上穩(wěn)定索上穩(wěn)定索下承重索下承重索環(huán)形框架環(huán)形框架4層層9400018 黃龍體育中心 國內(nèi)超大型體育設(shè)施之一，國內(nèi)超大型體育設(shè)施之一，總覆蓋面積總覆蓋面積2.12.1萬萬的無障礙體的無障礙體育場，賽時可容納觀眾育場，賽時可容納觀眾5.55.5萬人萬人，主體育場底部為半徑，主體育場底部為半徑150m150m的圓的圓形，比賽場地為南北向長軸長，形，比賽場地為南北向長軸長，東西向橫軸短的橢圓形。觀眾席東西向橫軸短的橢圓形。觀眾席頂部設(shè)有挑蓬，挑蓬覆蓋座席的頂部設(shè)有挑蓬，挑蓬覆蓋座席的覆蓋率超過覆蓋率超過90%90%，挑蓬東西向中，挑蓬東西向中點

15、標高點標高39m39m，低處標高，低處標高31.8m31.8m，南，南北塔樓最高點標高北塔樓最高點標高85m85m。 挑篷采用挑篷采用斜拉網(wǎng)殼空間結(jié)構(gòu)斜拉網(wǎng)殼空間結(jié)構(gòu)，由巨型吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁由巨型吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成。、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成。網(wǎng)殼采用網(wǎng)殼采用曲面。曲面。19 黃龍體育中心 挑蓬結(jié)構(gòu)由吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成，總面積挑蓬結(jié)構(gòu)由吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成，總面積21000m21000m2 2，網(wǎng)殼支撐于斜拉索吊拉的，網(wǎng)殼支撐于斜拉索吊拉的鋼箱形內(nèi)環(huán)梁鋼箱形內(nèi)環(huán)梁（1600mm1600mm2200mm2200

16、mm30mm30mm）和）和預應(yīng)力預應(yīng)力鋼筋砼外環(huán)梁鋼筋砼外環(huán)梁（直徑（直徑244m244m）上，挑篷）上，挑篷懸挑懸挑51m51m 。整個屋蓋通過斜拉索懸掛。整個屋蓋通過斜拉索懸掛在兩端的吊塔上，在兩端的吊塔上，吊塔吊塔為為85m85m高的預應(yīng)力砼筒體結(jié)構(gòu)，屋面采用輕質(zhì)壓型鋼板覆高的預應(yīng)力砼筒體結(jié)構(gòu)，屋面采用輕質(zhì)壓型鋼板覆蓋材料。蓋材料。20鞍形索網(wǎng)前南斯拉夫萊士科瓦克紡織博覽館21安徽省體育館安徽省體育館索索- -桁架組合結(jié)構(gòu)桁架組合結(jié)構(gòu)22潮州體育館潮州體育館索索- -桁架組合結(jié)構(gòu)桁架組合結(jié)構(gòu) 屋蓋采用索桁架結(jié)構(gòu)體屋蓋采用索桁架結(jié)構(gòu)體系。該體育館屋面為雙曲扭系。該體育館屋面為雙曲扭殼，跨

17、度為殼，跨度為45m45m，一方向采用，一方向采用預應(yīng)力鋼索、另一方向采用預應(yīng)力鋼索、另一方向采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，預應(yīng)力鋼索與鋼桁架結(jié)構(gòu)，預應(yīng)力鋼索與鋼桁架正交布置，通過預壓鋼桁架正交布置，通過預壓 鋼桁架對鋼索施加預應(yīng)力以鋼桁架對鋼索施加預應(yīng)力以完成整個結(jié)構(gòu)體系的形成。完成整個結(jié)構(gòu)體系的形成。體育館屋面選用玻璃纖維混體育館屋面選用玻璃纖維混凝土板加鋁合金屋面板。凝土板加鋁合金屋面板。 23潮州體育館潮州體育館索索- -桁架組合結(jié)構(gòu)桁架組合結(jié)構(gòu)24美國雷里競技館美國雷里競技館19531953 受力特點是：受力明確，形成自平受力特點是：受力明確，形成自平衡體系，索、拱的材料強度充分發(fā)揮，衡體系，索、

18、拱的材料強度充分發(fā)揮，基礎(chǔ)很小。斜拱的周邊以間距基礎(chǔ)很小。斜拱的周邊以間距2.4m2.4m的鋼的鋼柱支承，立柱兼作門窗的豎框，形成了柱支承，立柱兼作門窗的豎框，形成了以豎向分隔為節(jié)奏感很強的建筑造型。以豎向分隔為節(jié)奏感很強的建筑造型。被認為是世界上第一座優(yōu)秀的大跨度索被認為是世界上第一座優(yōu)秀的大跨度索網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋蓋建筑，開創(chuàng)了現(xiàn)代索結(jié)構(gòu)的網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋蓋建筑，開創(chuàng)了現(xiàn)代索結(jié)構(gòu)的歷史。比賽場：歷史。比賽場：67.4m67.4m38.7m 38.7m 橢圓形橢圓形屋蓋：為雙曲面，采用交叉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體屋蓋：為雙曲面，采用交叉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系。索網(wǎng)的平均網(wǎng)格尺寸系。索網(wǎng)的平均網(wǎng)格尺寸18.3m18.3m18.3m18

19、.3m，縱向承重索直徑，縱向承重索直徑191922mm22mm，中央承重，中央承重索垂度索垂度10.3m10.3m，垂跨比約，垂跨比約1/91/9；橫向穩(wěn)定；橫向穩(wěn)定索直徑索直徑121219mm19mm，中央穩(wěn)定索矢高，中央穩(wěn)定索矢高9.04m9.04m，矢跨比約，矢跨比約1/101/10；承重索和穩(wěn)定索均錨；承重索和穩(wěn)定索均錨固在兩個交叉的鋼筋混凝土拱上，形成固在兩個交叉的鋼筋混凝土拱上，形成馬鞍形拋物面。鋼筋混凝土拱為槽形截馬鞍形拋物面。鋼筋混凝土拱為槽形截面，尺寸為面，尺寸為4.2 0.75M4.2 0.75M鋼筋混凝土拱與鋼筋混凝土拱與地面夾角地面夾角28.128.1度度25 1958

20、 1958年建成的美國耶魯大學溜冰館是典型的組合懸索結(jié)年建成的美國耶魯大學溜冰館是典型的組合懸索結(jié)構(gòu)。屋蓋結(jié)構(gòu)由沿建筑物縱向軸豎立的中央鋼筋混凝土平面構(gòu)。屋蓋結(jié)構(gòu)由沿建筑物縱向軸豎立的中央鋼筋混凝土平面大拱和兩側(cè)的兩片預應(yīng)力索網(wǎng)組成。曲面屋蓋造型極為美觀，大拱和兩側(cè)的兩片預應(yīng)力索網(wǎng)組成。曲面屋蓋造型極為美觀，外形有些象一只古怪的海龜似的甲殼動物。外形有些象一只古怪的海龜似的甲殼動物。26中央大拱中央大拱的跨度近的跨度近100m.兩片索網(wǎng)的承重索兩片索網(wǎng)的承重索高端錨掛在鋼筋混高端錨掛在鋼筋混凝土大拱上。凝土大拱上。另一端錨掛在縱另一端錨掛在縱向曲墻頂端的鋼向曲墻頂端的鋼筋混凝土曲梁上。筋混凝土曲梁上。27美國耶魯大學溜冰館入口處。美國耶魯大學溜冰館入口處。大拱與曲梁的軸線大拱與曲梁的軸線均為平面拋物線。均為平面拋物線。28溜冰館內(nèi)景溜冰館內(nèi)景29北京奧體中心英東游泳館英東游泳館綜合體育館綜合體育館30北京奧體中心綜合體育館北京奧體中心綜合體育館（19901990年