第八章懸懸索索結構柔性的懸懸索在自自然狀態(tài)態(tài)下不僅僅沒有剛剛度，其其形狀也也是不確確定的。。必須采采用敷設設重屋面面或施加加預應力力等措施施，才能能賦予一一定的形形狀，成成為在外外荷作用用下具有必要剛度度和形狀狀穩(wěn)定性性的結構。。因此也也稱其為為張力結構構。第一節(jié)概概述述懸索結構構由受拉拉索、邊邊緣構件件和下部部支承構構件所組組成。拉索：鋼絞線線、鋼絲絲繩或鋼鋼絲束、、邊緣構件件和下部部支承構構件：鋼筋混混凝土。。韓國永宗大橋橋第一個現代懸索索屋蓋是是美國于于1953年建成的的雷里競技技館，采用以以兩個斜斜置的拋拋物線拱拱為邊緣緣構件的的懸索屋屋蓋，主要用于于飛機庫庫、體育育館、展展覽館、、雜技場場等大跨跨度公共共建筑和和某些大大跨度工工業(yè)廠房房中，跨跨度最大大達160m。北京工人人體育館館、浙江江人民體體育館，達到了了當時國國際上較較先進的的水平，，在以后后的幾十十年間，，成都城北北體育館館、吉林林滑冰場場、安徽徽省體育育館、丹丹東體育育館、亞亞運會朝朝陽體育育館等建筑中中，采用用了各種種形式的的懸索屋屋蓋結構構，但在在設計理理論和工工程規(guī)模模上，并并沒有很很大的突突破。特點：1）通過索索的軸向向拉伸抵抵抗外荷荷作用，，充分利利用鋼材材強度，，自重低低。跨度度越大，，經濟性性越好。。2）施工方方便，費費用低3）便于建建筑造型型，容易易適應各各種建筑筑平面4）可創(chuàng)造造具有良良好物理理性能的的建筑空空間5）穩(wěn)定性性差6）邊緣構構件和下下部支承承必須具具有一定定的剛度度和合理理的形式式，以承承受索端端巨大的的水平拉拉力。第二節(jié)懸懸索的的受力與與變形特特點單根懸索索的受力力與拱受受力相似似，為軸軸心受力力構件。。懸索是是軸心心受拉拉構件，，對于于鋼材材而言言，懸懸索是是一種種理想想結構構形式式。一、索索的支支座反反力由于鋼鋼拉索索是柔柔性的的，不不能受受彎，，索端端可認認為是是固定定鉸支支座。。在豎豎向荷荷載下下，懸懸索呈呈拋物物線形形，跨跨中的的下垂垂度為為f，計算算跨度度為l。Va=VB=0.5qL索中任任意截截M=0，對跨跨中截截面取取矩f=M0/H由上式式知，，在豎豎向荷荷載下下，懸懸索支支座受受到水水平拉拉力作作用，，該水水平拉拉力的的大小小等于于相同同跨度度簡支支梁在在相同同荷載載作用用下的的跨中中彎矩矩除以以懸索索的垂垂度。。f與H是反比比關系系，因此找找到合合理垂垂度，，處理理好拉拉索水水平力力的傳傳遞和和平衡衡是結構構設計計中的的重點點。二、索索的拉拉力N=H/cos@當索方方程確確定后后，按按上式式就可可求出出索的的各個個截面面內的的軸力力。索索的軸軸力在在支座座處最最大;在跨中中最小小,最小為為N=ql2/8f.三、索索的變變形懸索是是軸拉拉構件件，既既無彎彎矩又又無剪剪力。。由于于索本本身是是柔性性構件件，其其抗彎彎剛度度可忽忽略，，因此此索的的形狀狀會隨隨荷載載的不不同而而改變變。見書P145.第三節(jié)節(jié)懸懸索結結構形形式按按拉索布布置方方式分三類類：一、單單層懸索結結構優(yōu)點：：傳力力明確確，構構造簡簡單；；缺點：：穩(wěn)定定性差差，抗抗風能能力小小。平行行布置置形式式(跨度可可達80m）水平梁梁和框框架一一起承受懸懸索拉拉力水平梁梁承受懸懸索拉拉力懸索直直接錨掛于于框架架斜拉索索將懸索拉拉力拉向地地錨幅射式式布置置形式式(適用于于圓形形，橢圓形形平面面)下凹雙雙曲率率碟形形屋面面不便于于排水水，最最大的的碟形屋屋面：：美國阿阿拉美達比比賽館館，跨跨徑128m(1967)傘形屋屋面最大的的傘形形屋面面：前蘇聯(lián)聯(lián)伊利利姆斯斯克汽車庫庫，跨跨徑206m受拉內內環(huán)采采用鋼鋼制，，受壓壓外環(huán)環(huán)采用用鋼筋筋混凝凝土制制作。。可比比平行行布置置做到到較大大跨度度。網狀狀布置置形式式(適用于于圓形形，矩形等等各種種平面面)設計要要點單層懸懸索體體系垂垂跨比比經驗驗取值值：1/201/10加強形形狀穩(wěn)穩(wěn)定性性的措措施：：采用重重屋面面采用預預應力力鋼筋筋混凝凝土懸懸掛薄薄殼采用橫橫向加加勁構構件兩向索索正交交布置置屋面板板規(guī)格格統(tǒng)一一邊緣構構件彎彎矩大大于幅射射式布布置1、單曲曲面單單層拉拉索體體系（（單層層平行行索系系）由許多多平行行的單單根拉拉索組組成。。屋蓋蓋表面面為筒筒狀凹凹面，，需從從兩端端山墻墻排水水。拉拉索兩兩端可可以等等高，，也可可不等等高。。拉索索可以以是單單跨，，也可可以是是多跨跨。索的水水平拉拉力不不能在在上部部結構構實現現自平平衡，，必須須通過過適當當的形形式傳傳至基基礎。。拉索水水平力力傳遞遞一般般有三三種形形式：：1）通過過豎向向承重重構件件傳至至基礎礎2）通過過拉錨傳至基基礎3）通過過剛性性水平平構件件集中中傳至至抗側側力墻墻。2、雙曲曲面單單層拉拉索體體系（（單層層輻射射索系系）常見圓圓形，，其拉拉索按按輻射射狀布布置。。蝶形：拉索索一端端支承承在周周邊柱柱頂環(huán)環(huán)梁上上，另另一端端支承承在中中心內內環(huán)梁梁上。。傘形：一端端支承承在周周邊柱柱頂環(huán)環(huán)梁上上，另另一端端支承承在中中心立立柱上上。二、雙層懸索結結構優(yōu)點：：穩(wěn)定定性好好，整整體剛剛度大大，（平行布布置形形式））1、單曲曲面雙雙層拉拉索體體系由下凹凹的承承重索索，上上凸的的穩(wěn)定定索及及它們們之間間的連連系桿桿組成成承重重索垂垂跨比比一般般取1/201/15，穩(wěn)定定索拱拱跨比比一般般取1/201/25。雙層層索系系兩端端也必必須錨錨固在在側邊邊構件件上，，或通通過錨錨索固固定在在基礎礎上，，2、雙曲曲面雙雙層拉拉索體體系（（幅射射式及及網狀狀布置置形式式）承重索索和穩(wěn)穩(wěn)定索索均沿沿輻射射方向向布置置，周周圍支支承在在周邊邊柱頂頂的受受壓環(huán)環(huán)梁上上，中中心則則設置置受拉拉內環(huán)環(huán)梁。。整個個屋蓋蓋支承承于外外墻或或周邊邊柱上上，根根據承承重索索和受受拉索索的關關系所所形成成的屋屋面可可為上凸下下凹或或交叉叉形，相應應在周周邊柱柱頂設設置一一道或或兩道道受壓壓環(huán)梁梁。上索既既是穩(wěn)穩(wěn)定索索，又又直接接承載載a)雙層內內環(huán)梁梁b)雙層外外環(huán)梁梁c)雙層內內外環(huán)環(huán)梁d)單層外外環(huán)梁梁網狀狀布置置e)雙層外外環(huán)梁梁網狀狀布置置三、交交叉索索網體體系由兩組相相互正正交的的、曲曲率相相反的的拉索索直接交交疊組組成，，形成成負高高斯曲曲率的的雙曲曲拋物物面。。兩組組拉索索中，，上凸凸為穩(wěn)穩(wěn)定索索，下下凹為為承重重索。。該結結構通通常施施加預預應力力，以以增強強屋蓋蓋的穩(wěn)穩(wěn)定性性和剛剛度。。優(yōu)點：：剛度度大，，變形形小穩(wěn)穩(wěn)定性性好。。適用用大跨跨度。。鞍形索索網布布置形形式交叉索索網體體系需需設置置強大大的邊邊緣構構件，，以錨錨固不不同方方向的的兩組組拉索索。（（拉索索內常常產生生相當當大的的彎矩矩、扭扭矩））邊緣構構件形形式很很多，，根據據建筑筑造型型一般般有以以下幾幾種布布置方方式：：1、邊緣緣構件件為閉閉合曲曲線環(huán)環(huán)梁2、邊緣緣構件件為落落地交交叉拱拱3、邊緣緣構件件為不不落地地交叉叉拱4、邊緣緣構件件為一一對不不相交交的落落地拱拱5、邊緣緣構件件為拉拉索結結構第四節(jié)節(jié)懸懸索結結構的的穩(wěn)定定主要表表現在在兩個個方面面：一是適適應荷荷載變變化的的能力力低；；二是是抗風風吸、、風振振能力力差。在索自自重作作用下下，呈呈懸鏈鏈線形形式，，此時時若施施加荷荷載，，則原原來的的懸鏈鏈形式式就不不能保保持平平衡，，會產產生很很大的的位移移，形形成與與新荷荷載分分布相相適應應的平平衡形形式。。會造造成屋屋面防防水層層的損損壞，，該位位移為為機構性性位移移。機構性性位移移與由由彈性性變形形引起起的位位移不不同。。索抵抵抗機機構性性位移移的能能力就就是索索的穩(wěn)穩(wěn)定性性。它它與索索的張張緊程程度有有關。。為使單單層索索屋蓋蓋結構構具有有穩(wěn)定定性，，一般般可采采?。海?、增加加懸索索結構構上的的荷載載通過在在索上上加重重荷載載，或或在索索下吊吊掛重重荷載載等，，增加加屋蓋蓋自重重。書書P152圖8-4-2.缺點：：使懸懸索截截面增增大，，支撐撐結構構受力力也增增大。。2、形成成預應應力索索-殼組合合結構構對屋面面施加加預應應力，，使之之形成成一倒倒掛的的薄殼殼與懸懸索共共同受受力、、整體體工作作。常用施施工方方法：在懸懸索上上鋪好好預制制屋面面板，，在板板上加加額外外的臨臨時荷荷載，，使索索進一一步伸伸長，，板縫縫增大大，然然后澆澆灌混混凝土土，達達到足足夠強強度后后，卸卸去臨臨時荷荷載，，懸索索縮短短，屋屋面回回彈，，產生生預應應力。。使屋屋面形形成預預應力力混凝凝土薄薄殼。。3、形成成索-梁或索索-桁架組組合結結構可在索索上擱擱置橫向加加勁梁梁或橫橫向加加勁桁桁架，形成成索-梁體系系。橫向加加勁梁梁具有有一定定的抗抗彎剛剛度，，在兩兩端與與山墻墻處的的結構構相連連，并并與各各懸索索在相相交處處互相相連接接。梁梁-索構成成整體體，共共同受受力。。4、增設設相反反曲率率的穩(wěn)穩(wěn)定索索即為雙雙層拉拉索體體系或或交叉叉索網網體系系。通通過調調整受受拉鋼鋼索或或受壓壓撐桿桿的長長度，，可對對懸索索體系系施加加預應應力，，是承承重索索與穩(wěn)穩(wěn)定索索內始始終保保持足足夠大大的拉拉緊力力，提提高整整體穩(wěn)穩(wěn)定性性和抗抗震能能力。。一些典典型建建筑單層層懸索索德國烏烏柏特特市游游泳館館德國多多特蒙蒙特展展覽大大廳前蘇聯(lián)聯(lián)克達達斯若若牙爾爾斯克克車庫庫日本古古川市市民會會館雙層層懸索索瑞典斯斯德哥哥爾摩摩約翰翰尼紹紹夫滑滑冰場場芬蘭赫赫爾辛辛基冰冰上運運動場場德國法法蘭克克福機機動車車檢修修場羅馬尼尼亞布布加勒勒斯特特文體體宮鞍形形索網網前南斯斯拉夫夫萊士士科瓦瓦克紡紡織博博覽館館加拿大大卡爾爾加里里滑冰冰館第九章章大大跨度度建筑筑結構構的其其他形形式大跨度度建筑筑是人人類社社會發(fā)發(fā)展與與進步步的產產物，，它能能夠最最大限限度地地滿足足體育育、文文化、、商貿貿社交交活動動的需需要，，體現現了一一個城城市甚甚至一一個國國家建建筑技技術的的發(fā)展展水平平，同同時，，大跨跨度建建筑對對改善善城市市景觀觀、調調節(jié)市市民的的生活活環(huán)境境起著著重要要的作作用。。傳統(tǒng)的的大跨跨度建建筑的的結構構形式式有剛剛架結結構、、桁架架結構構、拱拱式結結構、、薄殼殼結構構、平平板網網架結結構、、網殼殼結構構、懸懸索結結構等等。這這些結結構形形式在在大跨跨度的的工業(yè)業(yè)與民民用建建筑中中都得得到了了廣泛泛的應應用。。它們們在結結構上上具有有不同同的受受力特特點，，在建建筑上上具有有不同同的造造型特特色，，然而隨著時時代的發(fā)展展，人們對對建筑的要要求已經不不再僅僅是是滿足物質質功能的需需要，而是是越來越高高地提出了了對建筑精精神功能的的要求，因因此，可以以預言，隨隨著高強度度材料的推推廣應用，，隨著建筑筑施工技術術的完善，，隨著各種種新型屋面面材料的出出現，隨著著人們對建建筑精神功功能要求的的提高，大大跨度建筑筑結構的形形式將會越越來越豐富富多彩。薄膜結構是是張拉結構構中最近發(fā)發(fā)展起來的的一種形式式，它以性性能優(yōu)良的的柔軟織物物為材料，，可以向膜膜內充氣，，由空氣壓壓力支撐膜膜面，也可可以利用柔柔軟性的拉拉索結構或或剛性的支支撐結構將將薄膜繃緊緊或撐起，，從而形成成具有一定定剛度、能能夠覆蓋大大跨度空間間的結構體體系。薄膜結構由由于其輕質質、柔軟、、不透氣、、不透水、、耐火性好好、有一定定的透光率率、有中夠夠的受拉承承截力，加加上新近研研制的膜材材耐久性有有了明顯的的提高，因因此，薄膜膜結構在最最近幾年得得到了較大大的發(fā)展，，在國內外外已被較多多地應用于于體育建筑筑、展覽中中心、商場場、倉庫、、交通服務務設施等大大跨度建筑筑中。第一節(jié)薄薄膜結構的的特點薄膜結構是是一種古老老的結構刑刑式，其造造型在自然然界中十分分常見，如如肥皂泡、、蝙蝠翼、、蜘蛛網等等。在日常常生活中也也有許多應應用薄膜結結構的實例例，如：氣氣球、游泳泳救生圈、、傘、帆、、風箏、帳帳篷等，受受力性能是是十分明確確的。作為建筑物物屋蓋結構構，帳篷是是最為古老老的空間張張力結構，，最早的帳帳篷是用獸獸皮或由羊羊毛織成，，后來則是是用棉或其其他天然織織物制作而而成，薄殼殼結構建筑筑與薄膜結結構與我們們傳統(tǒng)的建建筑結構體體系是完全全不同的。。薄膜結構是是建筑與結結構中一種種結構體系系，薄膜既既承受膜面面的內力，，作為結構構的一部分分，又可防防雨、擋風風，起維護護作用，同同時還可采采光以節(jié)省省室內照明明的能源，，膜材本身身的受彎剛剛度幾乎為為零，但通通過不同的的支撐體