1、說明： 懸索結(jié)構(gòu)，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)和索-膜結(jié)構(gòu)，索桿結(jié)構(gòu)等柔性體系均以張力來抵抗外荷載的作用,可總稱為張拉結(jié)構(gòu)。其中張拉整體結(jié)構(gòu)（全張力結(jié)構(gòu)）是索桿結(jié)構(gòu)的一個特例,它由連續(xù)的拉索與不連續(xù)的壓桿組成的自平衡結(jié)構(gòu)體系。本PPT概念與特點(diǎn)部分為全張拉結(jié)構(gòu)相關(guān)，其它部分與張拉結(jié)構(gòu)相關(guān)。第一章： 全張拉結(jié)構(gòu)概念 全張拉結(jié)構(gòu)即張拉整體式結(jié)構(gòu)：一組不連續(xù)的受壓構(gòu)件與一套連續(xù)的受拉單元組成的自支承、自應(yīng)力的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 。 至今還沒出現(xiàn)符合嚴(yán)格意義上的全張拉結(jié)構(gòu)建筑。 張拉結(jié)構(gòu)還在不斷的發(fā)展過程中，有關(guān)張拉結(jié)構(gòu)的的界定和分類有較多的方式，許多名稱還并不統(tǒng)一。1.含義 由三部分組成：張拉組件、邊緣組件和支撐組件

2、。 起主要力學(xué)作用的拉力構(gòu)件，這是與其他結(jié)構(gòu)體系相區(qū)別的主要特征。 邊緣構(gòu)件和支承結(jié)構(gòu)是張拉結(jié)構(gòu)賴以“生存的基礎(chǔ)”。2.組成 1996年亞特蘭大奧運(yùn)會主場館一喬治亞彎頂，覆蓋193x240平方米的橢圓形空間,而用鋼量不到30kg/m。索穹頂為張拉組件，外圍環(huán)梁與其下立柱為邊緣組件和支撐組件。 位于沙特阿拉伯首都利雅得法赫德國王國際體育場是1989年世青賽的主賽場，也是后來沙特國家隊的主場。索與膜為張拉組件，內(nèi)拉環(huán)，地錨與桅桿為邊緣組件和支撐組件。(1)結(jié)構(gòu)是由索和桿組成的自支撐體系, 結(jié)構(gòu)中受拉的索是賴以形成自支撐的單元。(2)結(jié)構(gòu)是由預(yù)應(yīng)力提供剛度的, 預(yù)應(yīng)力越大剛度也越大。(3)結(jié)構(gòu)本身應(yīng)

3、力自平衡, 這樣預(yù)應(yīng)力才能為結(jié)構(gòu)提供剛度。(4)與其他空間結(jié)構(gòu)相比, 結(jié)構(gòu)的幾何形狀對其力學(xué)性能的影響較大。(5) 在加載過程中, 結(jié)構(gòu)逐步調(diào)節(jié)并重新分布結(jié)構(gòu)的剛度。如果單元結(jié)構(gòu)中的某一根索發(fā)生松弛, 結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)承受荷載。3.特點(diǎn)（全張拉結(jié)構(gòu)） 單層軸對稱無預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)是一種可變體系，平衡形式隨荷載分布形式而變。為使單層懸索體系屋蓋具有必要的穩(wěn)定性，一般采用重屋蓋。而單層輻射狀式張拉結(jié)構(gòu)形式，懸索始終保持較大的張緊力，提高其穩(wěn)定性，使輕型屋蓋的運(yùn)用有了可能性。單層軸對稱無預(yù)應(yīng)力懸索屋面單層馬鞍面車輻式張拉結(jié)構(gòu)對第二條特點(diǎn)第二章： 張拉結(jié)構(gòu)特征 懸索結(jié)構(gòu)，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)和索-膜結(jié)構(gòu)，索桿結(jié)

4、構(gòu)等柔性體系均以張力來抵抗外荷載的作用,可總稱為張拉結(jié)構(gòu)。1.結(jié)構(gòu)形式 對于施加預(yù)張力的單層懸索結(jié)構(gòu)有單層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)。 單層輻射狀懸索結(jié)構(gòu) 單層輻射狀式張拉結(jié)構(gòu)形式，其外壓環(huán)高低起伏，進(jìn)而形成了馬鞍形的索系屋面，索系之間自平衡，存在初始預(yù)應(yīng)力態(tài)。這種類型的單層懸索結(jié)構(gòu)擺脫了以往對重屋面的依賴，可以和膜材相配合，使屋面顯得輕盈通透。該結(jié)構(gòu)類型直到最近才在科威特的賈比爾艾哈邁德體育場（在工程實(shí)例中有介紹）得到應(yīng)用。 單層輻射狀懸索結(jié)圖 （1）懸索結(jié)構(gòu)單層懸索結(jié)構(gòu) 雙層懸索體系是由一系列下凹的承重索、上凸的穩(wěn)定索及兩者之間的連系桿（拉桿或壓桿）組成。雙層懸索體系中，兩層索具有三種布置方式，凹向相

5、背布置，凹面相對布置，交疊布置（如下圖所示）。雙層懸索結(jié)構(gòu) 索網(wǎng)體系是由曲率相反的兩組鋼索相互正交做成的負(fù)高斯曲率的曲面懸索結(jié)構(gòu)，索網(wǎng)周邊懸掛在邊緣構(gòu)件上。下凹的承重索在下，上凸的穩(wěn)定索在上，兩組索在交點(diǎn)處連接。預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)體系的空間形態(tài)豐富，最富變化。（如下圖所示）（2）索網(wǎng)結(jié)構(gòu) 加拿大卡爾加里體育館是北美冰球職業(yè)聯(lián)賽卡爾加里火焰隊主場，于1983年竣工，曾舉行過1988年冬季奧運(yùn)會的滑冰與冰球比賽項目。屋面結(jié)構(gòu) 為鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 膜結(jié)構(gòu)是以性能優(yōu)良的織物為材料，利用柔性拉索或剛性骨架將膜面繃緊，也可向膜內(nèi)充氣來支承膜面，從而形成具有一定剛度并能覆蓋較大空間的結(jié)構(gòu)體系。 膜結(jié)構(gòu)可分為張拉膜結(jié)構(gòu)

6、和充氣膜結(jié)構(gòu)。 張拉膜結(jié)構(gòu)是利用柔性鋼索或剛性支承結(jié)構(gòu)使膜產(chǎn)生一定的預(yù)張力,從而形成具有一定剛度來承受自重與外荷載的結(jié)構(gòu)。 張拉膜結(jié)構(gòu)包括懸掛膜結(jié)構(gòu)，索膜結(jié)構(gòu)，骨架支撐膜結(jié)構(gòu)。（3）張拉膜結(jié)構(gòu) 位于英國倫敦的千年穹千年穹直徑320米，周圈大于1000米，有12根穿出屋面高達(dá)100米的桅桿，屋蓋采用圓球形的張力膜結(jié)構(gòu)。膜面支承在72根輻射狀的鋼索上，這些鋼索則通過間距25米的斜拉吊索與系索被桅桿所支撐，吊索與系索同時對桅桿起穩(wěn)定作用。是迄今為止單體面積最大的張拉膜結(jié)構(gòu)，其覆蓋面積大八萬多平方米。 索桿結(jié)構(gòu)是由鉸接二力桿和索單元構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系,多用于點(diǎn)支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)支承體系。 其中張拉整體結(jié)構(gòu)（

7、全張力結(jié)構(gòu)）是索桿結(jié)構(gòu)的一個特例,它由連續(xù)的拉索與不連續(xù)的壓桿組成的自平衡結(jié)構(gòu)體系。 索穹頂結(jié)構(gòu)是在吸收了大量張拉整體結(jié)構(gòu)體系研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。迄今為止應(yīng)用與實(shí)際工程張拉整體體系的是周邊支承于受壓環(huán)梁上的索彎頂結(jié)構(gòu)。 從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看，索穹頂結(jié)構(gòu)體系是一種受力合理，結(jié)構(gòu)效率高的結(jié)構(gòu)體系。它由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成,完全體現(xiàn)了Fuller關(guān)于“壓桿的孤島存在于拉桿的海洋中的思想”。（4）索桿結(jié)構(gòu) 目前實(shí)際工程中的索彎頂有兩種類型,根據(jù)設(shè)計者的名字命名為Geiger型索穹頂和Levy型索穹頂（如a，b圖所示）。Geiger型索彎頂結(jié)構(gòu)較為簡單,施工難度低。它的幾何形狀類似于平面桁架,所

8、以結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)剛度較小。同時由于該體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著機(jī)構(gòu),當(dāng)荷載達(dá)到一定程度時,易出現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)的分支點(diǎn)失穩(wěn)的情況。Levy型索彎頂是美國工程是M.Levy等對Geiger型索彎頂?shù)母脑?，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,使結(jié)構(gòu)構(gòu)成立體桁架形式,消除了內(nèi)部機(jī)構(gòu),幾何穩(wěn)定性明顯提高。喬治亞彎頂和阿根廷的La Plata體育館采用的就是Levy型索穹頂。索穹頂結(jié)構(gòu)（1）場所適應(yīng)性 膜結(jié)構(gòu)在空間和平面布局上的高度靈活性,使其往往與特定的自然或城市環(huán)境極其自然地融為一體。（2）空間適應(yīng)性 膜結(jié)構(gòu)能提供靈活可變的空間形狀，滿足使用者功能需求。（3）形態(tài)適應(yīng)性 膜通過張拉具有多種藝術(shù)形態(tài)，具有極強(qiáng)的個性與表現(xiàn)力，符合使用

9、者的審美要求。2.張拉結(jié)構(gòu)適應(yīng)性（以膜結(jié)構(gòu)為例）（4）結(jié)構(gòu)適應(yīng)性 具有效能與經(jīng)濟(jì)，強(qiáng)度與穩(wěn)定。簡單與明確，輕與薄等特點(diǎn)。這也是建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的結(jié)合點(diǎn)。（5）生態(tài)適應(yīng)性 膜結(jié)構(gòu)能夠自身的合理設(shè)計具有透光，通風(fēng)功能，具有降低能耗的效果。符合“綠色，環(huán)?！钡慕ㄖl(fā)展主題。 沙特阿拉伯吉達(dá)的阿卜杜勒阿齊茲國王機(jī)場地處沙漠干旱炎熱地帶,約70%的陽光和熱能被屋頂反射出去,只有約10%進(jìn)入到空間內(nèi)部,在滿足自然采光的同時,也能保持屋頂覆蓋下空間的涼爽。 法赫德國王國際體育場位于沙特阿拉伯首都利雅得。其高聳桅桿頂部高處布置通風(fēng)口已形成煙囪效應(yīng)，熱空氣從高處的通風(fēng)口不斷排出,室內(nèi)形成的負(fù)壓會使室外涼爽空氣

10、從低處通風(fēng)口不斷進(jìn)入，起到了良好的通風(fēng)效果。 位于科威特首都科威特城的賈比爾艾哈邁德國際體育場屋面為馬鞍形張拉單層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)。這種類型的單層懸索結(jié)構(gòu)擺脫了以往對重屋面的依賴，可以和膜材相等輕型屋面配合，使屋面顯得輕盈通透。（1）懸索結(jié)構(gòu) 單層懸索結(jié)構(gòu)3.工程實(shí)例 戈特利布戴姆勒體育場位于德國斯圖加特。它最大的特色是觀眾席的屋頂，屋頂由聚酯織物構(gòu)成，精美的結(jié)構(gòu)與花紋，給人懷舊的感覺。屋頂結(jié)構(gòu)為雙層外壓環(huán)和單層內(nèi)拉環(huán)的雙層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)。雙層懸索結(jié)構(gòu) 實(shí)例1：慕尼黑奧林匹克體育場是1972年德國慕尼黑夏季奧運(yùn)會的主體育場，以頗具革命性的帳篷式屋頂結(jié)構(gòu)聞名。其整個棚頂呈圓錐形，由網(wǎng)索鋼纜組成，每

11、一網(wǎng)格為7575厘米，網(wǎng)索屋頂鑲嵌淺灰棕色丙烯塑料玻璃，用氟丁橡膠卡將玻璃卡在鋁框中，使覆蓋部分內(nèi)光線充足且柔和。（2）索網(wǎng)結(jié)構(gòu) 實(shí)例2：位于于貴州省黔南州平塘縣的大窩凼洼地在建的世界最大口徑射電望遠(yuǎn)鏡（簡稱FAST）是約30個足球場大小的高靈敏度巨型射電望遠(yuǎn)鏡。FAST反射面全球面張拉索網(wǎng)體系。 奧林匹克體育中心位于蕪湖市城南新區(qū)，是蕪湖市標(biāo)志性建筑。屋面結(jié)構(gòu)為懸掛膜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)輕盈，新穎。（3）張拉膜結(jié)構(gòu)懸掛膜結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)韓國釜山體育場外景圖韓國釜山體育場內(nèi)景圖 實(shí)例1：韓國釜山體育場是索膜屋頂建筑的代表。第14屆亞運(yùn)會的開幕式、閉幕式、田徑及部分足球比賽在此舉行。屋頂結(jié)構(gòu)為索膜體系，中間橢

12、圓形洞口尺寸為180m152m，屋蓋結(jié)構(gòu)由上，下環(huán)形鋼索連接在一起。整個屋蓋結(jié)構(gòu)支撐在外圈四周鋼筋混凝土斜柱及鋼環(huán)梁上。 實(shí)例2：世紀(jì)蓮花體育中心是佛山市的一座體育中心于2006年9月建成。它的屋蓋為膜結(jié)構(gòu)屋蓋，屋蓋呈圓環(huán)型，外徑310米，內(nèi)徑125米。內(nèi)環(huán)由1鋼索組成的受拉環(huán)。外環(huán)是受壓環(huán)，分上下兩層，均為鋼管混凝土組成。整朵“蓮花”由80根索，掛上80塊每塊面積近千平方米的膜拼成的。兩塊膜拼成一個“花瓣”的話，這朵“蓮花”一共有40片“花瓣”，其建筑藝術(shù)造型宛如一朵潔白碩大的盛放蓮花。骨架支撐膜結(jié)構(gòu) 濟(jì)州世界杯體育場曾經(jīng)作為2002年世界杯的其中一個比賽場地。體育場館的結(jié)構(gòu)方式為桁架支撐式膜結(jié)構(gòu)，采用桁架作為支撐，膜材料作為覆蓋材料。 實(shí)例1：漢城奧林匹克體操館和擊劍館是世界上第一個索彎頂結(jié)構(gòu)建筑,是1988年漢城奧運(yùn)會的主要比賽場館,兩者形狀均為圓形,結(jié)構(gòu)在周向分為16榀。其中體操館直徑為120m。擊劍館直徑為93