懸索結(jié)構(gòu)謝尚

懸索結(jié)構(gòu)吉林速滑館

現(xiàn)存最早的懸索橋——四川瀘定橋早期游牧民族的帳篷懸索結(jié)構(gòu)性格對于建筑而言，由于拉索顯示出柔韌的狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)形式輕巧具有動感，而且平面形式自由靈活。結(jié)構(gòu)組成懸索結(jié)構(gòu)：由柔性受拉索、邊緣構(gòu)件及下部支撐構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu)。索的材料可以采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼，以及其他受拉性能良好的線材。懸索結(jié)構(gòu)能充分利用高強材料的抗拉性能，具有跨度大、自重小、材料省、易施工。

懸索結(jié)構(gòu)的受力及變形特點懸索為軸心受拉構(gòu)件在豎向荷載作用下，支座處的水平拉力與懸索的垂度成反比索內(nèi)軸力與cosα(該處索的切向與水平方向的夾角的余弦值)成反比?！c水平向的夾角越大，軸力越大懸索的變形懸索結(jié)構(gòu)的形式分類：按屋面幾何形式的不同：單曲面、雙曲面按拉索布置方式的不同：單層懸索體系、雙層懸索體系、交叉索網(wǎng)體系（鞍形索網(wǎng)體系）單層單曲懸索結(jié)構(gòu)單層懸索結(jié)構(gòu)水平力傳遞通過豎向承重結(jié)構(gòu)（斜柱墩、側(cè)邊的框架結(jié)構(gòu)）傳至基礎(chǔ)（如丹東體育館結(jié)構(gòu)）；通過拉錨傳至基礎(chǔ)；通過剛性水平構(gòu)件傳至抗側(cè)力墻；1）錨固在足夠重的大體積混凝土圖a；

2）利用底板及回填土自重抵抗拉力圖b；

3）錨固于受拉摩擦樁或受彎摩擦樁上圖c；

4）錨固在巖石層的鉆孔中圖為德國多特蒙的展覽大廳，屋蓋跨度為80m，單曲單層懸索結(jié)構(gòu)，懸索拉力通過斜柱拉錨至地下基礎(chǔ)。屋蓋采用普通混凝土肋加浮石混凝土屋面板，以保證懸索的穩(wěn)定性。拉錨的錨固圖

德國多特蒙德展覽大廳單層雙曲懸索結(jié)構(gòu)單層懸索結(jié)構(gòu)實例單層懸索結(jié)構(gòu)小結(jié)單層懸索結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡單，傳力明確的優(yōu)點單層懸索結(jié)構(gòu)垂跨比經(jīng)驗值取1/20~1/10單層懸索結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，需采取一定的加強措施垂跨比：索垂度與跨度比。在相同的跨度和荷載條件下，垂跨比小時，索系曲面扁平，形狀穩(wěn)定性和剛度較差，索中拉力大；垂跨比大時，形狀穩(wěn)定性和剛度有所改善，索中拉力減少，但結(jié)構(gòu)所占空間加大，影響經(jīng)濟性。

懸索結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性懸索屋蓋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)在以下方面：適應(yīng)荷載變化的能力差外形會隨活載如不對稱風(fēng)、雪荷載的大小與位置而變化，且幅度很大，振蕩過于頻繁，對保持屋面形狀、保證屋面防水非常不利抗風(fēng)吸能力差

索只能單向傳力，即荷載必須與垂度f同向，若風(fēng)為吸力或豎向地震力時，則立即失去穩(wěn)定，無力抵抗向上風(fēng)力和豎向地震力，嚴(yán)重時甚至屋蓋被局部掀起或屋蓋被完全揭頂?？癸L(fēng)震、地震能力差

風(fēng)荷載與地震作用具有動力和隨機性，懸索像繃緊之弦，易于受到顫動，并會產(chǎn)生振動。一旦發(fā)生振動，屋蓋即遭破壞。1940年11月7日，美國華盛頓塔克馬海峽橋，和風(fēng)持續(xù)6h，風(fēng)力穩(wěn)定且低18．8m/s，橋面產(chǎn)生空氣動力顫動，振幅逐漸增大，橋梁受到扭轉(zhuǎn)、彎曲，最后失穩(wěn)，終于斷折破壞。

增強單層懸索結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的措施：增加懸索結(jié)構(gòu)的荷載形成預(yù)應(yīng)力索—殼組合結(jié)構(gòu)形成索—梁或索—桁架組合結(jié)構(gòu)增設(shè)相反曲率的穩(wěn)定索（雙層懸索結(jié)構(gòu)、交叉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)）增加懸索結(jié)構(gòu)的荷載

形成預(yù)應(yīng)力索—殼組合結(jié)構(gòu)

主要采用單層索系上加鋼筋混凝土屋面板的構(gòu)造方式。施工時先將屋面板掛在索上，在板上加載使索伸長，然后在板縫中澆灌細(xì)石混凝土，待達(dá)到一定強度后卸去荷載，即形成具有一定預(yù)應(yīng)力的“懸掛薄殼”單曲面單層拉索結(jié)構(gòu)體系可以在索上擱置橫向加勁梁或橫向加勁桁架，形成所謂的索梁體系。一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載，使之更均勻地分配到各很平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構(gòu)件的兩端到預(yù)定位置或通過對索進行張拉使整個體系建立預(yù)應(yīng)力，從而提高屋蓋的剛度。鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)拉索繞過內(nèi)環(huán)梁實例

交叉索網(wǎng)體系也稱為鞍形索網(wǎng)，由兩組相互正交的、曲率相反的拉索直接交疊組成，形成負(fù)高斯曲率的雙曲拋物面。兩組拉索中，下凹者為承重索，上凸者穩(wěn)定索，穩(wěn)定索應(yīng)在承重索之上。交叉網(wǎng)體系小結(jié)：交叉索網(wǎng)體系剛度大、變形小、具有反向受力能力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，適用于大跨度建筑的屋蓋。交叉索網(wǎng)體系適用于圓形、橢圓形、菱形等建筑平面，邊緣構(gòu)件形式豐富多變，造型優(yōu)美屋面排水容易處理，應(yīng)用廣泛。屋面材料一般采用輕屋面，如卷材、呂板、拉力薄膜，以減輕自重，節(jié)省造價。懸索結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點：軸向拉伸抵抗外荷載作用，充分利用鋼材強度;便于建筑造型，容易適用于各種平面;施工方便，費用低；創(chuàng)造良好物理性能的建筑空間。缺點：穩(wěn)定性差，單索是幾何可變體邊緣構(gòu)件和下部支撐結(jié)構(gòu)耗材多金門大橋包括從鋼塔兩端延伸出去的部分，全長達(dá)2000米，為此，又分別在兩側(cè)修建了兩座輔助鋼塔，使橋形更加壯觀。大橋的橋面寬27.4米，有6條車行道和兩條寬敞的人行道。鋼塔之間的大橋跨度達(dá)1280米，為世界所建大橋中罕見的單孔長跨距大吊橋之一。代代木體育館——丹下健三由丹下設(shè)計的1964年東京奧運會主會場———代代木國立綜合體育館被稱為20世紀(jì)世界最美的建筑之一，而他本人也贏得日本當(dāng)代建筑界第一人的贊譽。代代木體育館采用高張力纜索為主體懸索屋頂結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出帶有緊張感和靈動感的大型內(nèi)部空間。其特異的外部形狀加之裝飾性的表現(xiàn)，具有原始的想像力。這一設(shè)計可以說是丹下健三結(jié)構(gòu)表現(xiàn)主義時期的頂峰之作，其最大限度地發(fā)揮出丹下將材料、功能、結(jié)構(gòu)、比例，直至歷史觀高度統(tǒng)一的杰出才能。世界最長的懸索橋——日本的名石大橋日本明石海峽大橋位于本州島與四國島之間，主跨1991米（960+1991+960），全長3911米，抗震強度按1/150的頻率，承受8.5級強烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴風(fēng)設(shè)計，為目前世界上跨度最大的懸索橋，也是世界上最長的雙層橋，是聯(lián)結(jié)內(nèi)陸工業(yè)中的重要紐帶。意大利南部凡納弗羅市M&G研究試驗室北京工人體育館——我國第一座懸索屋蓋結(jié)構(gòu)建筑北京工人體育館建成于1961年，其屋蓋為圓形平面，直徑94m，采用車輻式雙層懸