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1、Cable Structure结构概念与体系-如何使结构跨度更大6.3 索结构索结构16.3 索结构6.3 索结构1.概述索结构是以由柔性受拉索及其边缘构件所形成的一种预应力结构。建筑用索钢丝缆索高强钢棒钢绞线平行钢丝束钢丝绳26.3 索结构6.3 索结构1.概述索结构充分利用材料强度，传力效率高，结构自重轻，仅为钢结构的1/31/5，钢筋混凝土结构的1/8 1/10钢桁架网架单层网壳双层网壳悬索结构36.3 索结构6.3 索结构1.概述索结构也是人类较早认识并利用的一种结构形式。40m位于秘鲁南部的古印加草绳桥位于秘鲁南部的古印加草绳桥46.3 索结构6.3 索结构2.索结构的形与力以单根悬
2、索为例，其基本平衡微分方程为：220zd zHqdxqz(x)z方向的任意分布荷载方向的任意分布荷载z=z(x)索的曲线形状方程索的曲线形状方程H 索张力的水平分量索张力的水平分量受任意分布荷载的悬索zxH56.3 索结构6.3 索结构2.索结构的形与力概念1：索曲线在某点的二阶导数与作用在该点的竖向荷载集度成正比，与索拉力成反比。22zqd zdxH 66.3 索结构6.3 索结构2.索结构的形与力概念2：索曲线的形状与承受同样荷载的简支梁弯矩图完全相似。索的平衡曲线简支梁弯矩图220zddxMq220zzdHqdx悬索梁悬索梁左端，左端，z=0 M=0 右端，右端，z=0 M=0()()M
3、 xz xH76.3 索结构6.3 索结构3.索结构的体系演变索的特点是只能承受拉力，不能承受弯矩，所以其形状会随着荷载的变化而改变。集中荷载作用非对称荷载作用风荷载作用提高形状稳定性是索结构设计的重要问题。提高形状稳定性是索结构设计的重要问题。83.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构为有效抵抗机构性位移，需要采取不同的构造措施，从而形成多种结构体系。单层悬索体系单层悬索体系预应力双层索系预应力双层索系预应力索网预应力索网93.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构3.1 单层悬索体系单层悬索体系一种最简单的索结构形式，其思想来源于悬索桥，在索结构发展早期应用较多。措施1：通过
4、设置重屋面，使均布重力荷载具有优势，以保证初始形状的相对稳定性。103.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构1)挂屋面板1)挂屋面板2)加超载，然后灌缝2)加超载，然后灌缝3)待缝结硬后卸去超载3)待缝结硬后卸去超载形成悬挂薄壳形成悬挂薄壳措施2：采用预应力混凝土悬挂薄壳3.1 单层悬索体系单层悬索体系11华盛顿杜勒斯机场候机厅，1957 单层悬索体系单层悬索体系，矩形平面195.251.5m，矩形平面195.251.5m 屋面采用预制轻质混凝土板，灌缝处理。屋面采用预制轻质混凝土板，灌缝处理。3.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构123.索结构的体系演变6.3 索结构6.3
5、 索结构主索(承重索）副索(稳定索）拉杆3.2 预应力双索体系预应力双索体系由一系列下凹的承重索和上凸的稳定索，以及它们之间的连系杆（拉杆或压杆）组成。稳定索与承重索协同工作，提高体系刚度。133.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构吉林滑冰馆，1986 第六届全国冬运会主场馆第六届全国冬运会主场馆 采用平行布置的预应力双索体采用平行布置的预应力双索体系，承重索与稳定索相互错开系，承重索与稳定索相互错开半个柱间布置半个柱间布置 矩形平面：矩形平面：76.8m67.4m 耗钢量：耗钢量：35.5kg/m2 1987年，参加了在美国举行的年，参加了在美国举行的“国际先进结构展览国际先进结构
6、展览”143.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构由外环、内环及联系内外环的辐射方向布置的双层钢索组成。外环受压，一般用钢筋混凝土做成，支承在周边的柱上；内环受拉，一般采用钢结构。3.3 轮辐式双索体系轮辐式双索体系153.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构北京工人体育馆，1961 轮辐式双索体系轮辐式双索体系 圆形平面：圆形平面：D=94m 耗钢量：耗钢量：54kg/m2该结构在当时达到了很好的技该结构在当时达到了很好的技术经济指标，受到国内、外工程界术经济指标，受到国内、外工程界的好评。的好评。迄今为止，仍是我国跨度迄今为止，仍是我国跨度最大的轮辐式悬索屋盖结构。最大的轮
7、辐式悬索屋盖结构。163.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构3.4 预应力鞍形索网预应力鞍形索网与双层索系的工作原理类似；区别在于后者属于平面体系，而前者属于空间体系。承重索稳定索P173.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构美国雷利竞技馆，1953 预应力鞍形索网结构预应力鞍形索网结构 近圆形平面 9297 m近圆形平面 9297 m 索网格1.831.83m索网格1.831.83m183.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构3.5 预应力平面索网预应力平面索网索结构构件纤细的特点恰好满足了玻璃幕墙和采光顶对于结构通透性的要求，因而目前在该类工程中应用较多，且得到了
8、进一步发展193.索结构的体系演变6.3 索结构6.3 索结构宽宽58m，高，高87m，采用单层平面，采用单层平面索网体系。索网体系。北京新保利大厦，2006204.索与拱6.3 索结构6.3 索结构矢高矢高h垂度垂度f试分析索与拱的相似之处和不同之处。试分析索与拱的相似之处和不同之处。214.索与拱6.3 索结构6.3 索结构索拱体系（张弦结构）索拱体系（张弦结构）利用索与拱的互补性，巧妙结合形成的索拱结构受力合理，外形美观，施工方便，在大跨度屋盖结构中已得到广泛应用。梁拱桁架张弦结构+=索张弦结构的基本组成224.索与拱6.3 索结构6.3 索结构柏林中央火车站，2006弯矩对比图将拉索按照拱的弯矩图布置可以有效抵消拱中的弯矩，提高结构刚度。234.索与拱6.3 索结构6.3 索结构上海浦东机场航站，1997 水平投影82.6m水平投影82.6m 跨中高度11m跨中高度11m24 索只能受拉，不能受压和受弯，因而其形态与结构内部的传力路径一致；提升形状稳定性是索结构设计的核心问题；利用索与拱的互补性，巧妙组合可以提高结构刚度、减小拱脚推力，形成更加高效的结构。小 结索是一种典型的大跨空间结构形式，应重点从以下几方面加深对其受力性能的理解：