第六章-6.4悬索结构.pptx

1、第六章大跨屋盖结构,第六章大跨屋盖结构,1 网架结构2 网壳结构3 拱结构4 悬索结构5 薄壁空间结构,主要内容,第六章大跨屋盖结构,4.1 概述,悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索。这些索按一定的规律组成各种不同形式的（网面）体系，并悬挂在相应的支承结构 上。钢索一般采用由高强钢丝组成的高强钢丝 束、钢绞线或钢丝绳制成。,第四节悬索结构,第六章大跨屋盖结构,悬索结构具有强度高，受力合理，自重轻 的优点。它可以跨越很大的跨度而不需要 中间的机构支承，是比较理想的大跨度结 构形式之一。施工便捷，施工设施简单。适应性强，造型美观,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,四川大渡河上的泸定桥是在1706年

2、建成的 铁索桥，其跨度104米。,泸定桥,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,江阴长江大桥,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,香港青马大桥,香港青马大桥，公铁两用桥，主跨1377米，是 配合香港国际机场而建的十大核心工程之一。于1992年5月开始兴建，1998年建成。,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,日本明石海峡大桥,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,在建筑工程领域中，悬索结构屋盖的发展 开始于19世纪末。悬索结构屋盖主要用于60100m左右的体 育馆，会展中心等大跨度公共建筑中。目前，悬索屋盖结构的跨度最大已达到160m。20世纪50年代的北京工人体育馆就采用了 悬索屋盖结构。,4.1 概述

3、,第六章大跨屋盖结构,北京工人体育馆,4.1 概述,北京工人体育 馆于1961年2月 建成。建筑面 积：40200平 方米，混凝土 框架结构。屋 盖为轮辐式双 层悬索结构，跨度94米，有 144根悬索。,第六章大跨屋盖结构,杭州体育馆,杭州体育馆建 于1966年，采 用了马鞍形悬 索屋盖，建筑 平面为椭圆形，长轴80米，短 轴60米。,4.1 概述,第六章大跨屋盖结构,4.2 悬索结构的特点,第四节悬索结构,悬索结构属于轴心受拉构件，可以充分利 用结构材料的强度，是一种理想的结构形 式。正如前面所讲，曲面结构都是有推力的结 构，所以悬索结构也是一种有推力的结构。,第六章大跨屋盖结构,悬索结构有

4、很多种结构类型，但基本组成 大致相同。以单曲面单层悬索结构为例，其基本组成可分为：索网、边缘构件、下 部支承结构以及斜拉索等。,4.2 悬索结构的特点,第六章大跨屋盖结构,悬索是轴心受拉的构件，截面上既无弯矩也无剪力。根据结构力学可知：索的 水平推力可以表示为 H=M0/y。M0为该悬索同 跨度，同荷载的简支梁的 跨中弯矩，y为垂度。从这个式子可以看出，索的推力值与索的垂度成反比，当荷载和跨度一定时，垂度y越小，推力H越大。因此合理确定索的垂度，是悬索结构设计中的重要 问题。4.2 悬索结构的特点,第六章大跨屋盖结构,4.3 悬索屋盖结构的类型,悬索结构按其表面形式的不同，可以分为 单曲面与双

5、曲面两种类型，且每一种类型 根据索的布置方式又可分为单层悬索和双 层悬索两种形式。而在双曲面悬索结构中还有一种交叉索网 的结构形式。,第四节悬索结构,第六章大跨屋盖结构,1 单曲面悬索结构,单曲面悬索结构适用于矩形平面建筑。(1)单曲面单层悬索结构,4.3 悬索屋盖结构的类型,框架承担推力,斜拉索承担推力,第六章大跨屋盖结构,(1)单曲面单层悬索结构为了保持屋盖的稳定性，单曲面单层悬索 结构必须采用重型屋盖（一般为装配式钢 筋混凝土屋面板）。在大跨度的悬索结构中，为了限制屋面板 的开裂和过大变形，对屋面板需要施加预 应力的方法，使屋面形成整体结构。单曲面单层悬索结构的悬索垂度一般取跨 度的1/

6、501/20.,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(2)单曲面双层悬索结构单曲面双层悬索结构是由许多片平行的索 网组成，每片索网均由曲率相反的承重索 和稳定索组成，并在两者之间设置形状如 同屋架斜腹杆的张拉索。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,2 双曲面悬索结构双曲面悬索结构更适合平面类型采用圆形、椭圆形或复杂的曲线形等的建筑。它的结 构类型除了单层、双层外，还有一种曲率 相反的单层交叉索形式。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(1)双曲面单层悬索结构,这种结构形式常 用于圆形建筑平面，悬索按辐射状布置，悬索的一端锚固在 受压的外环梁上，另一端锚固

7、在中心 受拉的内环或立柱 上。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(2)双曲面双层悬索结构与单曲面双层悬索结构一样，双曲面双层 悬索结构也是由承重索和稳定索组成，广 泛应用于圆形建筑平面。悬索按辐射状布置，悬索的一端锚固在受 压的外环梁上，另一端锚固在中心受拉的 内环上。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(2)双曲面双层悬索结构,根据承重索与稳 定索的相对位置关 系，屋面可以形成 上凸、下凹或凸凹 交叉等不同形式。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(3)双曲面交叉索网结构双曲面交叉索网结构是由两组曲率相反的 拉索交叉组成，其中下凹的一组为承重索，上

8、凸的一组为稳定索，通常对稳定索施加 预应力，使承重索拉紧，增强索网的整体 刚度。交叉索网形成的曲面为双曲抛物面，一般 称为马鞍形悬索。,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,(3)双曲面交叉索网结构,支承和锚固马鞍形索网的边缘构件，可以根据建筑不同的 平面形状和建筑造型采用斜向边拱、双曲环梁和人字刚架 等形式。斜向边拱 双曲环梁,斜向边拱 人字刚架,4.3 悬索屋盖结构的类型,第六章大跨屋盖结构,4.4 悬索屋盖的刚度和稳定,悬索结构的主体是悬挂的柔性索网，因此结构的 刚度和稳定性较差，风荷载效应大，会造成屋面 结构破坏,第四节悬索结构,第六章大跨屋盖结构,1940年塔科马悬索桥,4

9、.4 悬索屋盖的刚度和稳定,第六章大跨屋盖结构,提高悬索屋盖结构刚度和稳定性的措施,4.4 悬索屋盖的刚度和稳定,(1)采用重屋盖方案铺放在索网上的屋面构件要有一定的刚度及重量，利用屋盖的自重抵抗风吸力影响。屋面构件都必须与悬索连接牢固，使得各道索之 间能够共同承担荷载和变形。风吸力一般只出现在屋盖局部，通常在边缘处最 大，因此，必须加强屋盖边缘构件与其下部支承结 构之间的连接，确保安全。,第六章大跨屋盖结构,提高悬索屋盖结构刚度和稳定性的措施,4.4 悬索屋盖的刚度和稳定,(2)选择合理的悬索结构类型一般来说，双层悬索结构的刚度和稳定性比单层 悬索结构要好得多，因此要尽量选用双层悬索结构 的

10、形式。(3)对悬索结构的承重索和稳定索之间施加 预应力通过施加预应力的方法，可以很大程度上提高悬 索结构屋盖的刚度和稳定性，但并没有额外增加屋 盖的重量。,第六章大跨屋盖结构,提高悬索屋盖结构刚度和稳定性的措施,(4)悬挂薄壳法适用于刚性屋面。该方 法是在铺好的预制屋面板 上施加临时荷载，使承重 索产生预拉应力，然后在 屋面板之间的缝隙处灌入 水泥砂浆，待砂浆达到设 计强度后，卸去临时荷载。这时，屋面板会受到挤紧 的预压力构成整体的悬挂 薄壳。,4.4 悬索屋盖的刚度和稳定,第六章大跨屋盖结构,提高悬索屋盖结构刚度和稳定性的措施,(4)悬挂薄壳法这种薄壳有较大的 刚度，能够很好地承受 风吸力和

11、不对称荷载作 用。缺点是屋面自重大，施工麻烦。,4.4 悬索屋盖的刚度和稳定,第六章大跨屋盖结构,4.5 悬索结构的经济分析,从图中可以看出，当结构跨度在200m以 下时，悬索结构的造 价比同跨度的平板网 架结构造价高，但当 跨度超过200m后，悬 索结构的经济性就明 显体现出来。,第四节悬索结构,第六章大跨屋盖结构,4.6 悬索结构实例,东京代代木国立综合体育馆之游泳馆,第四节悬索结构,平面像两个月牙形错叠在一起，从圆形两侧 伸出两个尖角。长边240米，短边120米，最 高处404米.由桅杆柱支撑，呈现出奇特的 贝壳状外观。日本建筑大师丹下健三设计的代代木体育馆 是60年代的技术进步的象征，它脱离了传统 的结构和造型，被誉为划时代的作品。,第六章大跨屋盖结构,北京工人体育馆,4.6 悬索结构实例,第六章大跨屋盖结构,这是埃诺沙里 宁设计的另一 座航站建筑,1962年落成。候机楼有两排 巨型钢筋混凝 土柱墩,一排稍 高,另一排稍低,每隔3m有一对钢索悬挂在 前后两排柱顶。悬索结构上铺设预制钢筋 混凝土板。美国华盛顿杜勒斯国际机场候机楼,4.6 悬索结构实例,