建筑索结构设计

概念、方法和实例

张其林

同济大学土木工程学院2008年9月22日

石、土、木

钢筋混凝土

钢材

索和膜

受拉为主

充气

整体张拉+充气+整体张拉？

索的构成和力学性能

计算分析中的基本定义

q初始状态找形

q设计验算中的基本概念q工程实例简介

索的构成和力学性能

合金钢、不锈钢

不锈钢：建筑幕墙结构，直径F12～F60

合金钢：建筑主体结构，直径F20～F210

强度级别235级、345级、460级、550级和

I型锚头

LG-abD×L

表示拉杆；a、b表示拉杆两端的锚头形式；

表示直径；L表示长度。

150mm、长度6000mm、两端锚头均为U型的钢拉LG-UU150×6000。

强度钢丝或钢绞线按平行或半平行方式扭绞而成,强度钢丝的直径一般为5mm和7mm。

: (f)d×N，

强钢丝或钢绞线的直径，

强钢丝或钢绞线的数量。

)5×7～(f)5×649

)7×7～(f)7×649

钢芯钢丝绳（6×19）小于5mm

可采用纤维钢丝绳，其他建筑应采用钢芯钢丝绳索体的规格一般表示为：N×M

股数（不计绳芯）

束中高强钢丝的数量

钢丝绳的规格范以6×M居多。

绞线经防腐处理后再对索体包裹防护套

绞线经防腐处理后

包裹防护套或润滑材料加防护套。

：索体可采用简单防护处理

索体应采用多层防护处理

不同工程不同索材在设计中注明。

料宜选用高密度聚乙烯。

挤压成型

索体自锁

工成镦头卡在夹板上合金结构钢

合金结构钢。

拉索

坯件应选用锻件。

符合钢索破断后而锚具和连接件均不能时应通过试验来确定。

为叉耳式、单耳式。

D

=

A

L

=L

N

松弛新索的应力——应变关系

为线弹性的，其弹性模量

松弛新索经10次循环加卸

1.9×105MPa的数量级上，量一般小于钢丝和钢绞线自身的弹性模量。：

弹性模量不应小于1.9×105MPa；

弹性模量：单股不应小于1.4×105MPa，

多股不应小于1.1×105MPa

束的公称截面面积，索体公称破断荷载的95%。力和钢丝绳内钢丝破断力总和两种测定方法，

破断荷载不应低于相应规范规定的最小破断力。

拉索抗拉强度按下式设计或验算：

为拉索的抗力分项系数，取2.0。

k k R f P f f A

g ==

二、索的计算模型

用到两端节点处

线单元。

宜采用能考虑跨中自重的单

元(可考虑人与方向荷载)，通用和专业软件均具有，适用性最强

近似两节点单元(可考虑任意方向荷载)，通用软件不具有，适用于桅杆结构中的拉悬链线单元(仅考虑竖向自重)

通用软件不具有，仅适用于室内

计算分析中的基本定义

析类别

重

索结构的几何

索结构的位移定义

索结构的刚度特征

“索杆体系”和“索梁体系”

结构节点，

变化。

被动索→零状态；

平衡体系→初始状态；

同时考虑自重作用。

张拉主动索至给定值并进行给定主动索力对应的平衡

分析时可不考虑，但应作时考虑。

结构达到的几何。

定的结构几何，是已知的。

几何相吻合、是已知的；零状态几何必须依据图纸几何确定、是未知的。

形与自重效应抵消时,

建立计算模型，

的几何和内力。

与图纸几何吻合→初始状态几何=图纸几何

形较大、或预张力变形与自重效应迭加时，

为结构的初始状态几何，按图纸几何建立计算模型，其两端节点加上主动索力，

确定与图纸几何对应的预张力平衡内力

作状态的位移；

作状态的位移。

位移一> 位移二

位移一<

应以图纸几何为基准；

几何为基准，因为维护面板一

装的。

初始状态几何等于图纸几何时，无论考虑几何外观还是使用位移二作为结构验算时的位移。

零状态几何等于图纸几何时，从几何外观方面考虑，

一；从使用功能方面考虑，位移应取为位移二。结构设计时，应根据具体的结构体系和施工安装情况选择合适的位移作为结构正常使用极限状态验算时的位移指标。

EA/L 和应力刚度s A/L，

度

空间三向的，

一种非线性结构

、索受压会退出工作。

算的条件：各自由度均存在截面刚度、索始原因：截面刚度比应力刚度高2-3个数量引起的结构内力分布与荷载效应进行迭加。

呈现明显的非线性特征；如平面内）存在截面刚度）仅存在应力刚度。

元

形可能有两种情况。

变形不协调单元:“索”或“杆”单元：不随主动索张拉而同步变形的单元。

变形协调单元:“梁”单元

随主动索张拉而同步变形的单

的主动索预张力值，这一数值必状态的要求。

几何（零状态几何等于图纸几何索张力，计算在主动索张拉力作用下，得到初始状态。

零状态几何必须在初始状态基础上拆除主动索进行非线性计算