11第十一章懸索結(jié)構(gòu)

第十一章懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)是大跨度屋蓋的一種理想結(jié)構(gòu)型式。懸索在工程上的應(yīng)用最早是橋梁。我國古代漢朝(公元463—473年)已經(jīng)有用鏈索建造橋梁。以后又有鐵索、繩索橋等相繼出現(xiàn)。大渡河瀘定橋(跨度104m)就是著名的鐵索橋。在國外，19世紀以后也有一些跨越海峽的比較大的銅纜橋出現(xiàn)。

懸索應(yīng)用于房屋建筑上也是很早就有的事情，追溯歷史上的蒙古包、游牧民族的帳篷及富有熱帶色彩的桅桿圓帳等，這些都是懸索結(jié)構(gòu)的雛形?，F(xiàn)代大跨度懸索屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)展于19世紀末。第一節(jié)懸索結(jié)構(gòu)的特點懸索的受力很簡單。從圖11—1可見，單懸索的受力與拱的受力情況剛好相反，索身受拉，支座反力有水平拉力。

懸索是軸心受拉。軸心受力的構(gòu)件最能充分利用結(jié)構(gòu)材料的強度。利用鋼材去做“索”，就最能發(fā)揮鋼材受拉性能好的優(yōu)點，所以鋼懸索就是一種理想的結(jié)構(gòu)。

不過，單懸索結(jié)構(gòu)與拱結(jié)構(gòu)一樣，它們都是平面結(jié)構(gòu)體系。如果我們利用很多單懸索互相交叉組成“索網(wǎng)”(好像利用桁架交叉組成網(wǎng)架一樣)，就形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)——懸索結(jié)構(gòu)。由此可見，懸索結(jié)構(gòu)的特點是：

(1)

索網(wǎng)只受軸向拉力，既無彎矩，受力簡單，更有利于采用鋼材做“索”。

(2)鋼索材料采用高強度的鋼絞線或鋼絲繩，因而整個索網(wǎng)的結(jié)構(gòu)自重小，能夠跨越很大的跨度。

(3)

索網(wǎng)的支座叫“邊緣構(gòu)件”，即應(yīng)注意對邊緣構(gòu)件的處理；采用合理的邊緣構(gòu)件型式以承受索網(wǎng)拉力。

(4)邊緣構(gòu)件是索網(wǎng)的邊框，無邊框則索網(wǎng)不能成型。所以，邊緣構(gòu)件是懸索結(jié)構(gòu)的重要組成部分，而且是決定懸索結(jié)構(gòu)型式的重要依據(jù)。第二節(jié)懸索結(jié)構(gòu)的組成和受力特點

懸索屋蓋的組成包括：索網(wǎng)、邊緣構(gòu)件、支承結(jié)構(gòu)等三部分：(1)索網(wǎng)的鋼索一般采用多股鋼絞線或鋼絲繩制成。索網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸(即索的間距)一般為1～2m左右；(2)邊緣構(gòu)件多是鋼筋混凝土構(gòu)件，它可以是梁、拱或桁架等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。邊緣構(gòu)件的尺寸根據(jù)所受的水平力和豎向力通過計算確定。

(3)支承結(jié)構(gòu)可以是鋼筋混凝土的立柱或框架結(jié)構(gòu)。采用立柱支承時，有時還要采取鋼纜錨拉的設(shè)施。從懸索結(jié)構(gòu)三個組成部分應(yīng)該看到很重要一點就是：邊緣構(gòu)件是懸索結(jié)構(gòu)的邊框，是懸索結(jié)構(gòu)型式和屋蓋建筑造型的關(guān)鍵所在。二、索網(wǎng)的基本力學(xué)原理（略）

Va=Vb=qL/2H=Mq/y=qLL/(8f)y=Mq/HN=H/cosa

第三節(jié)懸索結(jié)構(gòu)的型式與建筑實例一、單向懸索結(jié)構(gòu)單向懸索結(jié)構(gòu)的索網(wǎng)是由單向平行的鋼索構(gòu)成(圖11—4)。其邊緣構(gòu)件就是鋼索兩端的水平梁(橫梁)。支承結(jié)構(gòu)是立柱及拉纜，或框架等。二、車輪形懸索結(jié)構(gòu)

車輪形懸索結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件為閉合的圓環(huán)，因其體形如車輪，因而得名。它的索網(wǎng)是由上凸下凹兩層呈輻射形布置的鋼索組成。鋼索一端錨固于車輪的外環(huán)，另一端錨固于車輪的中央內(nèi)環(huán)。材料：因外環(huán)受壓，故用鋼筋混凝土構(gòu)件；內(nèi)環(huán)受拉，故用鋼環(huán)。優(yōu)點：懸索結(jié)構(gòu)的剛度比單向懸索結(jié)構(gòu)好，可以采用輕屋面材料；屋面排水容易，可以采用外排水，而不像單向懸索結(jié)構(gòu)需要采用中間內(nèi)排水那樣麻煩。三、馬鞍形懸索結(jié)構(gòu)馬鞍形懸索結(jié)構(gòu)的索網(wǎng)是由兩組曲率相反的拉索交叉組成。下凹的一組為承重索，上凸的一組為穩(wěn)定索。交叉索網(wǎng)形成的屋蓋曲面呈馬鞍形，故取名為馬鞍形懸索結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)是馬鞍形，有賴于邊緣構(gòu)件對其成型所起的作用。通常，邊緣構(gòu)件采用一對交叉斜拱的型式，即可使索網(wǎng)獲得馬鞍形的成型。當邊緣構(gòu)件是一對落地式的交叉斜拱時，兩斜拱腳之間應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)拉桿以對付水平作用力。馬鞍形懸索結(jié)構(gòu)多適用于橢圓形、圓形等建筑平面。

懸索結(jié)構(gòu)是大跨度建筑中較好的結(jié)構(gòu)型式，一般用于跨度60m以上的建筑。其優(yōu)點如下：

(1)受力合理，節(jié)約材料。它采用高強度鋼索承受拉力，利用鋼筋混凝土邊緣構(gòu)件受壓或受彎。這樣，受力合理，可以充分利用材料的力學(xué)性能，因而大大減少結(jié)構(gòu)的材料用量并減輕屋蓋自重，一般可較鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材50％。

(2)能跨越很大的跨度而不需中間支承，從而形成很大的建筑空間。同時，懸索結(jié)構(gòu)利于建筑造型，適于建造多種多樣的平面和外形輪廓，因而能充分自由地滿足各種建筑型式的要求。當然，設(shè)計時還應(yīng)考慮經(jīng)濟效果。從受力性能來講，圓形平面較其他型式的平面更為有利，因而經(jīng)濟效果也最好。

(3)施工方便，速度較快。由于懸索自重很輕，屋面可以利用輕質(zhì)材料，這樣就不需要重型起重設(shè)備便可進行安裝，從而降低施工設(shè)備的投資。同時．鋼索架設(shè)后就可以在它上面