悬索理解——大跨度建筑设计分析.ppt

悬索结构 以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一定的规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构。 1、刚与柔 2、平面与空间 3、受力特点 4、材料特性 5、几何形式 6、传力方式 7、建筑形式 8、跨度 9、可与那哪些结构相结合使用 10 预应力索网的工程实例 1 刚与柔 大跨度空间结构分类中，大体分为三类： 实体结构（刚性结构）：拱、穹顶、折板、薄壳 网格结构：网架、网壳、悬索 张力结构（柔性结构）：膜、混合结构 悬索作为一种受拉构件，不能单独作为承重构件，而须与其他结构配合。 悬索结构便于建筑造型，适应于各种建筑平面和外形轮廓，因而能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，便于协调，利用曲线索，采用不同的支承形式，可方便地创造出各种新颖独特、富有动感的建筑造型。 1 刚与柔 “柔”： 优：充分发挥钢材的抗拉性能，节省材料，自重轻 柔度大，抵抗变形能力强 缺：稳定性较差，是一种可变体系， 其平衡形式随荷载分布方式而变化。 2 平面与空间 梁式体系 平面结构体系 框架式体系 拱式体系 实体结构类：薄壳、折板结构 空间结构体系 网格结构类：网架及网壳结构 张力结构类：悬索结构、膜结构 混合结构类 2 平面与空间 梁式体系 平面结构体系 框架式体系 拱式体系 实体结构类：薄壳、折板结构 空间结构体系 网格结构类：网架及网壳结构 张力结构类：悬索结构、膜结构 混合结构类 3 受力特点 3 受力特点 索网只受轴向拉力，既无弯矩，也无剪力，受力简单 十七世纪，伽利略第一个研究了悬挂于两固定支架上、且不可伸长的索或链的曲线线型，称之为“悬链曲线”。 1794年，Fuss在一次悬索桥的设计中发现荷重沿悬索的跨距均匀分布时形成的“抛物线”。“抛物线”理论之所以被重视，不仅仅是因为“抛物线”是简单的二次函数，而且由于在很多情况下，悬索的荷重确实是沿悬索的跨距均匀分布的。 但对于自重是沿曲线均匀分布的悬挂绳索，“抛物线”理论的计算只是“悬链曲线”展开级数式取前一项进行改造后的近似计算，其适应范围为中央挠度系数等于百分之八左右。 索的形状是不稳定的，随荷载分布形式变化。必须采取不同的构造措施，以形成各种具有性状稳定性的悬索体系。 悬索抵抗机构性位移的能力——索的稳定性 提高稳定性的措施： 增加悬索结构上的荷载（单层悬索加重屋面） 形成预应力索—壳组合结构（预应力“悬挂薄壳”） 形成索—梁或索—桁架组合结构 增设相反曲率稳定索（预应力双层索系） 4 材料特性 大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。 在大跨度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材料。 钢索具有自重轻、柔软，抗拉性能好等特点。 钢索设计 悬索结构中的钢索可根据结构跨度、荷载、施工方法和使用条件等因素，分别采用有高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或平行钢丝束，其中钢绞线和平行钢丝束最为常用。但也可采用圆钢筋或带状薄钢板。 平行钢丝束中各钢丝不经缠绕，受力均匀，能充分发挥钢材的力学性能，其承载能力和弹性模量均较钢绞线或钢丝绳为高，造价也较低，应用广泛，在悬索拉力较大时宜优先采用；在相同直径下，钢绞线的强度和弹性模量高于钢丝绳，但由于钢丝绳比较柔软，在需要弯曲且曲率较大的悬索结构中宜采用。 5 几何形式 悬索的几何形式有两种： 6 拉索水平力的传力方式 通过竖向承重结构传至基础,拉索的两端锚固在具有足够抗侧刚度的竖向承重结构上 相似方式的结构： 几乎所有结构 通过拉锚传至基础 相似方式的结构： 膜结构 通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙 7 建筑形式 悬索结构的丰富多彩，是与边缘构件的形式有直接关系的，边缘构件对保持索系的张力、维持结构形态的稳定起着重要