大跨度结构悬索结构课件.ppt

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1、 悬索结构悬索结构 建筑结构与选型建筑结构与选型 chapter7大跨度建筑结构之大跨度建筑结构之 11建筑学1 1 悬索结构悬索结构 7.1概概 述述 7.2 悬索结构的悬索结构的分类分类 7.3 悬索结构的悬索结构的尺度尺度 7.4 工程实例工程实例2 23 37.1概述概述7.1.1 悬索结构的概念悬索结构的概念7.1.2 悬索结构的特点悬索结构的特点4 47 7.1.1.1.1 悬索结构的概念悬索结构的概念悬索结构的概念悬索结构的概念 悬索结构由悬索结构由悬索结构由悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件受拉索、边缘构件和下部支承构件受拉索、边缘构件和下部支承构件受拉索、边缘构件和下部

2、支承构件所组成。拉索一所组成。拉索一所组成。拉索一所组成。拉索一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束；边缘构件和下部般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束；边缘构件和下部般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束；边缘构件和下部般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束；边缘构件和下部支承构件则常为钢筋混凝土结构。支承构件则常为钢筋混凝土结构。支承构件则常为钢筋混凝土结构。支承构件则常为钢筋混凝土结构。5 57 7.1.1.2 2 悬索结构的特点悬索结构的特点悬索结构的特点悬索结构的特点索索索索轴向受拉轴向受拉轴向受拉轴向受拉便于建筑造型，各种平面便于建筑造型，各种平面便于建筑造型，

3、各种平面便于建筑造型，各种平面施工较方便。自重小（施工较方便。自重小（施工较方便。自重小（施工较方便。自重小（10kg/m210kg/m2），屋面构件一般也较轻。），屋面构件一般也较轻。），屋面构件一般也较轻。），屋面构件一般也较轻。可创造良好物理性能的建筑空间。可创造良好物理性能的建筑空间。可创造良好物理性能的建筑空间。可创造良好物理性能的建筑空间。稳定性较差。稳定性较差。稳定性较差。稳定性较差。边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理

4、的形式，以承受索端巨大的水平拉力。承受索端巨大的水平拉力。承受索端巨大的水平拉力。承受索端巨大的水平拉力。6 67 7.2 2.1 .1 单层悬索体系单层悬索体系单层悬索体系单层悬索体系7 7.2 2.2 .2 预应力预应力预应力预应力双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系7.2.3 预应力鞍形预应力鞍形预应力鞍形预应力鞍形索网索网7.2悬索结构的悬索结构的分类分类 悬索结构悬索结构形式极其丰富多彩，根据几何形状、组成方法、悬索形式极其丰富多彩，根据几何形状、组成方法、悬索材料以及受力特点等不同因素，可有多种不同的划分。按组成方法和材料以及受力特点等不同因素，可有多种不同的划分。按组

5、成方法和受力特点，可分为以下类型：受力特点，可分为以下类型：7 77 7.2 2.1 .1 单层悬索体系单层悬索体系单层悬索体系单层悬索体系水平梁和框架一起水平梁和框架一起承受悬索拉力承受悬索拉力水平梁水平梁承受悬索拉力承受悬索拉力悬索直接悬索直接锚挂于框架锚挂于框架斜拉索将斜拉索将悬索拉力悬索拉力拉向地锚拉向地锚1.平行布置形式（平行布置的单层索系形成下凹的单曲率平行布置形式（平行布置的单层索系形成下凹的单曲率曲面，适应于矩形或多边形的建筑平面）曲面，适应于矩形或多边形的建筑平面）单层悬索体系由一系列、按一定规律布置的单根悬索组成，单层悬索体系由一系列、按一定规律布置的单根悬索组成，悬索两端

6、锚挂在稳固的支承结构上。悬索两端锚挂在稳固的支承结构上。8 8拉索水平力的传递的三种方式：拉索水平力的传递的三种方式：拉索水平力的传递的三种方式：拉索水平力的传递的三种方式：1、通过竖向承重结构传至基础、通过竖向承重结构传至基础 2、通过拉锚传至基础、通过拉锚传至基础 3、通过刚性水平构件集中传至、通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙抗侧力墙9 9下凹双曲率碟形屋面下凹双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：碟形屋面：美国阿拉美国阿拉美达比赛馆，跨径美达比赛馆，跨径128m(1967)伞形屋面伞形屋面最大的伞形屋面：最大的伞形屋面：前苏联伊利姆斯克前苏联伊利姆斯克汽车库，跨径汽

7、车库，跨径206m2.辐射辐射式布置形式式布置形式 受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比平行布置做到较大跨混凝土制作。可比平行布置做到较大跨度。度。单索辐射式布置形成下凹的双曲率碟形屋顶，单索辐射式布置形成下凹的双曲率碟形屋顶，适用于圆形，适用于圆形，椭圆形平面椭圆形平面10102.辐射辐射式布置形式式布置形式11113.3.网状布置形式网状布置形式两向索正交布置两向索正交布置屋面板规格统一屋面板规格统一边缘构件弯矩大边缘构件弯矩大于幅射式布置于幅射式布置网状布置的单层索系形成下凹的双曲率曲面。网状布置的单层索系形成下凹的双曲率曲面。适用于圆形，

8、适用于圆形，矩形等各种平面矩形等各种平面1212受力特点受力特点仅有一系列下凹的单层柔索组成的悬索体系，其工作性能仅有一系列下凹的单层柔索组成的悬索体系，其工作性能与单索相似，属几何可变，所以形状稳定性不好。与单索相似，属几何可变，所以形状稳定性不好。1 1、索系在局部荷载作用下会产生较大的机构性位移、索系在局部荷载作用下会产生较大的机构性位移2 2、索系的抗风能力很差、索系的抗风能力很差提高单层索系形状稳定性的做法提高单层索系形状稳定性的做法采用重屋面采用重屋面设置横向加劲梁或加劲桁架，形成索梁体系或索桁体系设置横向加劲梁或加劲桁架，形成索梁体系或索桁体系13137 7.2 2.2 .2 预

9、应力预应力预应力预应力双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系是由一系列下凹的承重索和上凸的稳定索以双层悬索体系是由一系列下凹的承重索和上凸的稳定索以及它们之间的连系杆（拉杆或压杆）组成。及它们之间的连系杆（拉杆或压杆）组成。1414承重索、稳定索、连系杆三者之间位置的关系承重索、稳定索、连系杆三者之间位置的关系承重索在承重索在稳定索之上稳定索之上竖向关系竖向关系承重索在承重索在稳定索之上稳定索之上承重索与稳定承重索与稳定索相互交错索相互交错相互交错时，可减小屋盖结构所占空间1515承重索与稳定索在跨中相连在对称均匀分布荷载作用时，跨中相连与否，索系的工作性能没有区别。在不

10、对称荷载作用下，跨中相连的索系具有较大的抵抗不对称变形的能力连系杆连系杆斜向布置斜向布置连系杆连系杆竖向布置竖向布置连系杆斜向布置的索系具有较大的抵抗不对称变形的能力1616平面关系平面关系承重索、稳定索和连系杆布置在同一竖向平面上由于其外形和受力特点类似于承受横向荷载的传统平面桁架，又常称为索桁架。1717承重索和稳定索也可相互错开布置，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。1818双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系双层悬索体系的布置形式的布置形式的布置形式的布置形式1、平行布置形式、平行布置形式平行布置的双层索可用于矩形多平行布置的双层索可用于矩形多边形建筑平面，并可

11、用于单跨、边形建筑平面，并可用于单跨、双跨家多跨。双跨家多跨。2、辐射布置形式、辐射布置形式辐射辐射布置的双层索可用于圆形、椭圆形建筑平面布置的双层索可用于圆形、椭圆形建筑平面1919双层索双层索在圆形平面中央汇交问题的解决在圆形平面中央汇交问题的解决a)双层内环梁双层内环梁 b)双层外环梁双层外环梁c)双层内外环梁双层内外环梁在圆心处通常要设置受拉内环，双层索一端锚挂与内环上，另一端锚挂在周边的受压外环上。根据所采用的索桁架形式不同，对应承重索和稳定索可能要设置两层外环梁或两层内环梁2020d)单层外环梁网状布置单层外环梁网状布置e)双层外环梁网状布置双层外环梁网状布置3、网状布置形式、网状

12、布置形式2121受力特点受力特点受力特点受力特点 （1）双层悬索体系中，设置了相反曲率的稳定索及相应的连系杆，不仅能够有效地抵抗风吸力作用，而且可以对体系施加预应力。（2）通过张拉承重索和稳定索，是索系绷紧，在承重索和稳定索内保持足够的预应力，以使索系具有必要的形状稳定性。（3）由于存在预应力，稳定索能与承重索一起抵抗竖向荷载作用，从而整个体系的刚度得到提高22227.2.3 预应力鞍形预应力鞍形索网体系索网体系 鞍形索网鞍形索网是是由两组相互正交的、曲率相反的由两组相互正交的、曲率相反的两组钢索两组钢索直直接叠交接叠交而而形成形成的一种的一种负高斯曲率的负高斯曲率的曲面悬索结构曲面悬索结构。

13、两组索中，下凹两组索中，下凹的的承重索承重索在下在下，上凸，上凸的的稳定索稳定索在上在上，两，两组索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。构件上。鞍形鞍形索网体系边缘构件索网体系边缘构件的形式的形式 如把预应力鞍形索网视为一张网式蒙皮，则它可以覆盖如把预应力鞍形索网视为一张网式蒙皮，则它可以覆盖任意平面形状，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和做各种灵

14、活布置。选取各种结构形式和做各种灵活布置。23231.闭合空间曲梁闭合空间曲梁a)圆形或椭圆形平面的双曲抛物面索网多采用这种形式，空间曲梁的轴线是双曲抛物面与圆柱面或椭圆柱面的相截线，空间曲梁可设支柱支承。2.空间框架空间框架 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。24243.拱拱 由于拱主要以轴向压力抵抗外荷作用，因此以拱作为鞍形索网的边缘构件比较合理。4.柔性边缘构件柔性边缘构件边界索边界索边界索实际上是一种受拉型的边缘构件，一般采用粗大截面的钢丝绳，并须施以很大的预应力。25257.3悬索结构的悬索结构的尺度尺度 悬索结构的尺度主要是承重索的垂跨比与稳定索的拱跨比，

15、其各体系适宜的尺度如下表类类 别别承重索垂跨比承重索垂跨比稳定索拱跨比稳定索拱跨比单单 层层 索索 系系双双 层层 索索 系系鞍鞍 形形 索索 网网悬索结构的尺度悬索结构的尺度26267.4工程实例工程实例1、北京工人体育馆北京工人体育馆 我国第一座悬索屋盖结构建筑我国第一座悬索屋盖结构建筑北京工人体育馆建成于1961年，其屋盖为圆形平面，直径94m，采用车辐式双层悬索体系，由截面为2m X2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m，高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。2

16、7272、美国旧金山金门大桥美国旧金山金门大桥美国旧金山金门大桥旧金山金门大桥，1937年建成，主跨年建成，主跨1280m。桥面。桥面加劲钢桁架宽跨比为加劲钢桁架宽跨比为1:47，而高跨比仅为而高跨比仅为1:168，在当，在当时为最小。但有时在风力作时为最小。但有时在风力作用下左右摇摆的幅度竟达用下左右摇摆的幅度竟达4m，使得该桥有时不得不，使得该桥有时不得不停止使用。停止使用。28283、美国美国瑞利市牲畜展赛馆瑞利市牲畜展赛馆该馆容纳5500人，为枣核形平面。屋顶采用鞍形悬索结构，索网锚固在两个倾斜交叉拱上，沿展赛馆纵向布置向下弯曲的承重索，横向布置向上弯曲的稳定索。该馆结构受力明确合理，自重轻，造型简洁、新颖，是鞍形悬索结构的著名实例之一。2929谢谢观看3030