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1、第四章第四章 悬索结构悬索结构 主主 要要 内内 容容 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 二二、悬索结构的受力特点悬索结构的受力特点 三三、悬索结构的分析和设计悬索结构的分析和设计 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 以一系列受拉钢索为主要承重构件以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一按照一 定的规律组成各种不同形式的布置方式定的规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂并悬挂 在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构。 由受拉索由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成边缘构件和下部支承构
2、件所组成。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体 系系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉 索的形式相协调索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力有效地承受或传递拉索的拉力。 拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳钢丝绳 或钢丝束或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢边缘构件和下部支承构件则常常为钢 筋混凝土结构筋混凝土结构。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结
3、构的类型和选型悬索结构的类型和选型 悬索结构通过索悬索结构通过索 的轴向拉力抵抗外荷的轴向拉力抵抗外荷， 最早用于桥梁最早用于桥梁，5050年年 代开始用于房屋建筑代开始用于房屋建筑， 用 钢 量 一 般 在用 钢 量 一 般 在 1010kg/mkg/m2 2以下以下，但支但支 承结构耗材较多承结构耗材较多。 泸定桥泸定桥 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 金门大桥金门大桥 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 第四章第四章 悬索结构悬索结构 概念概念 一一、悬索结构的类型和选型悬索结
4、构的类型和选型 美国明尼亚波利斯美国明尼亚波利斯(Minneapolis) 联邦储备银行大厦为一座联邦储备银行大厦为一座11层层 大 楼大 楼 ， 跨 度 达跨 度 达 83.2m ， 用 悬 索用 悬 索 （ Suspended Cable）作为主要作为主要 承重结构承重结构，悬索锚固在两侧的两个悬索锚固在两侧的两个 筒体结构上筒体结构上，筒体承受大楼的全部筒体承受大楼的全部 竖向荷载竖向荷载。柱顶设有大梁柱顶设有大梁，以平衡以平衡 悬索在柱顶产生的水平力悬索在柱顶产生的水平力，整个大整个大 楼就悬挂在悬索和顶部大梁上楼就悬挂在悬索和顶部大梁上。索索 的水平力将由柱顶大梁来平衡的水平力将由柱
5、顶大梁来平衡，相相 当于给大梁施加一个压力当于给大梁施加一个压力。可以看可以看 出出，只要精心调整索对大梁的偏心只要精心调整索对大梁的偏心 距距，可以大大减小大梁的弯矩可以大大减小大梁的弯矩。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 特点特点 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 1 1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最可以最 充分地利用钢材的强度充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的索一般都是采用高强度材料制成的， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而因而，悬索结构适悬索结构
6、适 用于大跨度的建筑物用于大跨度的建筑物，如如：体育馆体育馆、展览馆等展览馆等。跨度越大跨度越大，经经 济效果越好济效果越好。 2 2、悬索结构便于建筑造型悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面容易适应各种建筑平面，因而能因而能 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和钢索线条柔和， 便于协调便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 特点特点 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 3 3、悬索结构施工比较方便悬索结构施工比较方便。钢索自重很小钢索自
7、重很小，屋面构件屋面构件般也般也 较较轻轻，安装屋盖时不需要大型起重设备安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大施工时不需要大 量脚手架量脚手架，也不需要模板也不需要模板。因而因而，与其他结构型式比较与其他结构型式比较，施施 工费用相对较低工费用相对较低。 4 4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间可以创造具有良好物理性能的建筑空间。双曲下凹碟形悬双曲下凹碟形悬 索屋盖具有极好的音响性能索屋盖具有极好的音响性能。因而可以用来遮盖对声学要求因而可以用来遮盖对声学要求 较高的公共建筑较高的公共建筑。悬索屋盖对室内采光也极易处理悬索屋盖对室内采光也极易处理，故用于故用于 采光要求高的建筑物也很适
8、宜采光要求高的建筑物也很适宜。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 特点特点 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 5 5、悬索屋盖结构的稳定性较差悬索屋盖结构的稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变单根的悬索是一种几何可变 结构结构，其平衡形式随荷载分布方式而变其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用特别是当荷载作用 方向与垂度方向相反时方向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力悬索就丧失了承载能力。因此因此，常常 常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。 6 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悬索结
9、构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合 理的形式理的形式，以承受索端巨大的水平拉力以承受索端巨大的水平拉力。因此悬索体系的支因此悬索体系的支 承结构往往需要耗费较多的材料承结构往往需要耗费较多的材料，无论是设汁成钢筋混凝土无论是设汁成钢筋混凝土 结构或钢结构结构或钢结构，其用钢量均超过钢索部分其用钢量均超过钢索部分。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 特点特点 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 由索受拉来抵抗外荷载由索受拉来抵抗外荷载，结构自重轻结构自重轻，适合于大跨度建适合于大跨度建 筑物筑物； 建筑造型丰富建筑造型丰富，具有现代感和动感具有现代感和动感； 施工方便施工方便
10、； 建筑物理性能良好建筑物理性能良好，尤其是采光性和音响效果好尤其是采光性和音响效果好； 计算复杂计算复杂； 稳定性差稳定性差； 下部支承结构耗费较大下部支承结构耗费较大，不适合小跨度结构不适合小跨度结构。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 悬索结构分为悬索结构分为单层悬索体系单层悬索体系、预应力双层悬预应力双层悬 索体系索体系、预应力鞍形索网预应力鞍形索网、预应力横向加劲单层预应力横向加劲单层 索系索系、预应力索拱及预应力索拱及 张弦结构张弦结构、悬挂薄壳悬挂薄壳、张张 拉整体结构拉整体结构、索膜结构及混合悬挂结构索膜结构及混合悬挂结构
11、等形式等形式。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 1、单层悬索体系单层悬索体系：单层悬索体系是由按一定规律布置得单层悬索体系是由按一定规律布置得 单根悬索组成单根悬索组成，悬索两端锚挂在支撑结构上悬索两端锚挂在支撑结构上。索系布置有索系布置有 平行式平行式、辐射式辐射式、网格式三种网格式三种。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 2、预应力双层悬索体系预应力双层悬索体系（索桁架索桁架）：双层悬索体系是由双层悬索体系是由 一系列下凹的承重索一系列下凹的承重索、上凸的稳定索及两者之间的连系
12、杆上凸的稳定索及两者之间的连系杆 （拉杆活压杆组成拉杆活压杆组成） 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 承重索和稳定索不在同承重索和稳定索不在同 一竖平面内的布置一竖平面内的布置 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 3 3、预应力鞍形索网预应力鞍形索网：鞍形索网是由曲率相反的两组钢索相互鞍形索网是由曲率相反的两组钢索相互 正交做成的负高斯曲率的曲面悬索结构正交做成的负高斯曲率的曲面悬索结构，索网周边悬挂在边索网周边悬挂在边 缘构件上缘构件上。下凹的承重索在下下凹的承重索在下，上凸的稳定索
13、在上上凸的稳定索在上，两组索两组索 在交点处连接在交点处连接。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 雷里竞技馆雷里竞技馆 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 雷里竞技馆雷里竞技馆 抛物线斜拱抛物线斜拱 承重承重 索索 稳定 索 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 4、劲性索结构劲性索结构：以具有一定抗弯和抗压刚度的曲线形实腹式以具有一定抗弯和抗压刚度的曲线形实腹式 或格构式构件来代替柔索的悬挂结构或格构式构件来代替柔索的悬挂结构。 第
14、四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 第第22届奥运会游泳馆劲性索屋盖结构届奥运会游泳馆劲性索屋盖结构 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 5、预应力索拱预应力索拱：在双层索系或鞍形索网中在双层索系或鞍形索网中，以实腹式或格构以实腹式或格构 式构件代替上凸的稳定索式构件代替上凸的稳定索，通过张拉承重索或对拱的两端下通过张拉承重索或对拱的两端下 压产生强迫位移压产生强迫位移，使索与拱互相压紧使索与拱互相压紧。 北京朝阳体育馆索拱体系北京朝阳体育馆索拱体系 第四章第四章 悬索结构悬索结构 分类分
15、类 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 6、混合体系混合体系 德国慕尼黑溜冰馆德国慕尼黑溜冰馆 第四章第四章 悬索结构悬索结构 发展概况发展概况 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 悬索结构之发展始于悬索结构之发展始于50年代后期和年代后期和80年代年代。北京的工人北京的工人 体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京北京 工人体育馆建成于工人体育馆建成于1961年年，其屋盖为圆形平面其屋盖为圆形平面，直径直径94m， 采用车辐式双层悬索体系采用车辐式双层悬索体系。浙江人民体育馆建成于浙江人民体育馆建成于1967年年， 其屋盖为椭圆平面其屋盖为椭圆平面，长径长径80m，短径短径60m。采用双曲抛物面采用双曲抛物面 正交索网结构正交索网结构；长径方向主索垂度长径方向主索垂度44m，短径方向副索拱度短径方向副索拱度 2.6m。 第四章第四章 悬索结构悬索结构 发展概况发展概况 一一、悬索结构的类型和选型悬索结构的类型和选型 世界上最早的现代悬索屋盖是美国于世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的年建成的 Releigh体育馆体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍 形正交索网形正交
