索结构(4)-设计方法
索结构典型工程集(上、下册)
索结构典型工程集(上、下册)索结构典型工程集（上、下册）是一本介绍索结构的经典著作，它通过详细的案例分析和理论阐述，全面展示了索结构工程设计的技术和实践。
下面将从两个方面对该书进行分析：一、索结构的基本原理和设计方法1.索结构的定义和特点索结构是一种利用索（绳、索或钢丝绳）进行支撑和连接的结构形式，它具有轻量、高强、易于构建等特点。
索结构的设计理念是最大程度地利用索的拉力和挠度来支撑和分担结构荷载，从而实现结构的稳定和坚固。
2.索结构的设计原则索结构的设计原则包括：合理布置索的位置和方向、合理选择索的直径和材料、合理设计索结构的连接节点等。
在设计索结构时，必须充分考虑结构的受力特点和应力分布规律，确保结构能够承受外部荷载和环境影响。
3.索结构的设计方法索结构的设计方法主要包括静力分析、模型试验和有限元分析。
其中，静力分析是最常用的设计方法，通过计算索的受力和变形情况，确定结构的稳定性和安全性。
模型试验和有限元分析则可以对设计结果进行验证和优化，提高结构的可靠性和经济性。
二、索结构的典型工程案例分析1.迪拜塔迪拜塔是一座采用索结构设计的超高层建筑，其主体结构采用了多层索结构系统，通过合理布置和连接索，实现了整个建筑的平衡和支撑。
迪拜塔的设计不仅考虑了外部荷载和风荷载的影响，还充分利用了索结构的轻量化和高强度特点，最大程度地提高了建筑的安全性和抗震性能。
2.奥运会主体育馆奥运会主体育馆是一座采用索结构设计的大跨度建筑，其屋面结构和观众席采用了多层索结构系统，通过合理的索结构布局和连接方式，实现了建筑的整体稳定和坚固。
奥运会主体育馆的设计充分考虑了大跨度结构的受力特点和应力分布规律，确保了建筑在承受大风和大雪等外部荷载时的安全性和稳定性。
3.索桥索桥是一种采用索结构设计的特大桥梁，其主体结构采用了多层索结构系统，通过合理的索桥梁布置和连接方式，实现了桥梁的整体稳定和承载能力。
索桥的设计充分考虑了大跨度结构的受力特点和索力传递规律，确保了桥梁在承受车流和地震等外部荷载时的安全性和可靠性。
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=AL=LN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%。
数据库系统概论第五版第七章习题解答及解析
数据库系统概论第五版第七章习题解答及解析(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第七章习题解答和解析1. 试述数据库设计过程。
答：这里只概要列出数据库设计过程的六个阶段:(1) 需求分析;(2) 概念结构设计;(3) 逻辑结构设计;(4) 数据库物理设计;(5) 数据库实施;(6) 数据库运行和维护。
这是一个完整的实际数据库及其应用系统的设计过程。
不仅包括设计数据库本身,还包括数据库的实施、运行和维护。
设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。
解析：希望读者能够认真阅读《概论》的内容,了解并掌握数据库设计过程。
2.试述数据库设计过程中结构设计部分形成的数据库模式。
答：数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式,即:(1) 在概念设计阶段形成独立于机器特点,独立于各个 DB MS 产品的概念模式,在本篇中就是 E-R 图;(2) 在逻辑设计阶段将 E-R 图转换成具体的数据库产品支持的数据模型,如关系模型,形成数据库逻辑模式,然后在基本表的基础上再建立必要的视图(View),形成数据的外模式;(3) 在物理设计阶段,根据 DB MS 特点和处理的需要,进行物理存储安排,建立索引,形成数据库内模式。
读者可以参考《概论》上图。
图中概念模式是面向用户和设计人员的,属于概念模型的层次;逻辑模式、外模式、内模式是 DBMS 支持的模式,属于数据模型的层次,可以在DBMS 中加以描述和存储。
3.需求分析阶段的设计目标是什么调查的内容是什么答需求分析阶段的设计目标是通过详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等),充分了解原系统(手工系统或计算机系统)工作概况,明确用户的各种需求,然后在此基础上确定新系统的功能。
调查的内容是“数据”和“处理”,即获得用户对数据库的如下要求:(1) 信息要求,指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质,由信息要求可以导出数据要求,即在数据库中需要存储哪些数据;(2) 处理要求,指用户要完成什么处理功能,对处理的响应时间有什么要求,处理方式是批处理还是联机处理;(3) 安全性与完整性要求。
索结构工程设计实例分析与索结构特点
93科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术大跨度张弦梁结构是近十余年来快速发展和应用的一种新型大跨空间结构形式。
结构由刚度较大的抗弯构件(又称刚性构件,通常为梁、拱或桁架)和高强度的弦(又称柔性构件,通常为索)以及连接两者的撑杆组成;通过对柔性构件施加拉力,使相互连接的构件成为具有整体刚度的结构。
天津站无站台柱雨棚的主体屋架结构就是张弦梁结构,其最大跨度为48.525m。
雨棚分东西两部分,西侧雨棚宽度为147m,长度为213m,纵向设温度缝一道,分为2个温度区段;东侧雨棚宽度为253.5m ,长度213m,纵向设温度缝两道,分为3个温度区段。
雨棚纵向共有20榀刚架,榀间距为20m。
每一榀刚架又由五连跨横向5榀张弦梁刚架组成,跨度从南到北分别为48.525m,41.1m,41.95m,41.95m,39.5m。
刚架的纵向平面外稳定由屋面的支撑系统保证。
刚架梁为张弦梁,柱为圆钢管混凝土柱,规格为75030 。
柱顶标高9.5m ,通过四棱锥状的分叉柱与张弦屋架铰接连接,锥角为 30 ,锥体高度为3.3m,分叉柱与张弦屋架以销轴形式实现理想铰接。
分叉柱为圆钢管 40030020 （～）,直接过渡成锥形钢管。
张弦梁屋架中上弦为拱形桁架结构,拱顶标高15.9m 。
矢高3.1m 。
预张力索为 5139 低松弛冷拔钢丝束,强度设计值1670N/mm 2,直接充当屋架的下弦,外形是一条下凹的抛物线,垂跨比接近1∶30.索与拱形桁架之间通过“V”字状的竖腹杆连接。
拱形桁架弦杆为圆钢管 37714 ,腹杆为索结构工程设计实例分析与索结构特点屈明(天津市铁道部第三勘察设计院建筑分院 天津 300457)摘 要:阐述张弦梁结构的基本概念,引用具体实例说明张弦梁结构的设计方法。
其次介绍了索的刚度和索结构的三种受力状态。
关键词:张弦梁结构 索结构 刚度 预应力 三种受力状态中图分类号:T V 73文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)07(c)-0093-04图2单榀整体图1. All Rights Reserved.94科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald圆钢管 15910 。
绳索结构知识点总结
绳索结构知识点总结第一章绳索结构的基本概念1.1 绳索结构的定义绳索结构是利用单根或多根绳索构成的一种结构形式。
绳索结构的应用领域非常广泛，可以用于桥梁、建筑、航空航天等领域。
1.2 绳索结构的特点绳索结构具有轻质、高强度、柔软、具有一定的变形能力等特点，适用于大跨度、大空间体系的建筑结构。
在建筑领域中，绳索结构常用于大跨度建筑、大跨度屋盖、大型广场、体育馆等项目。
1.3 绳索结构的分类根据绳索结构的形式和用途，可以将绳索结构分为索结构、网格结构和网索结构。
索结构是利用单根绳索构成的结构形式，常见的有悬索桥和悬索屋盖；网格结构是由相互交错的绳索构成的结构形式，常见的有网架结构和格构结构；网索结构则是由网格结构和索结构相结合而成的结构形式。
1.4 绳索结构的设计原则绳索结构的设计应遵循结构设计的基本原则，包括合理布置结构形式、满足结构的强度和稳定性要求、考虑结构的整体性能等。
第二章绳索结构的力学原理2.1 绳索结构的受力特点绳索结构的受力特点主要表现为受力状态简单、内力沿绳索方向传递、受力过程中绳索的变形较大等。
在绳索结构中，绳索受到的拉力主要是由于结构自重、外载荷和温度荷载等所引起的。
2.2 绳索结构的力学模型绳索结构的力学分析通常采用弹性力学中的弹性绳模型，并考虑绳索的拉伸刚度和弯曲刚度。
根据绳索的受力特点和力学模型，可以推导出绳索结构的受力分析方程，进而得到结构的受力状态和变形情况。
2.3 绳索结构的受力计算绳索结构的受力计算通常包括绳索的拉力计算、支座反力计算、结构的受力分析等。
受力计算的基本原则是按照平衡原理和相应的受力分析方法进行计算，保证结构在承受外载荷时的稳定性和安全性。
第三章绳索结构的设计与施工3.1 绳索结构的设计流程绳索结构的设计流程包括结构形式设计、材料选择、受力计算、结构构件设计等。
在设计过程中应根据结构的实际使用要求和受力情况，进行合理的设计方案和施工准备工作。
3.2 绳索结构的材料选用绳索结构所用的材料主要包括钢索、合成纤维绳、钢丝绳、碳纤维绳等。
悬索结构4课件PPT教学
• 单层辐射状悬索结构
• 悬索按辐射状布置，曲面下凹。排水不利。中间可设柱。 • 内环受拉，外环受压，并与悬索形成一自平衡体系。 • 山东淄博长途汽车站（圆形，跨径50m）
• 单层网状悬索结构
• 网状布置的单层索形成下凹曲第1面1页，/共5索3页正交。
1单层悬索结构
第33页/共53页
悬索结构
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悬索结构定义 以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一定的规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂在边缘构件或
支撑结构上而形成的一种空间结构。
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悬索结构的特点
✓ 由索受拉来抵抗外荷载，结构自重轻，适合于大跨度建筑物； ✓ 建筑造型丰富，具有现代感和动感； ✓ 施工方便； ✓ 建筑物理性能良好，尤其是采光性和音响效果好； ✓ 计算复杂； ✓ 稳定性差； ✓ 下部支承结构耗费较大，不适合小跨度结构。
• 拉索水平力的传递 • 通过刚性水平构件传至抗侧力墙
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1单层悬索结构
• 提高稳定性的措施 • A采用重屋面，如装配式钢筋混凝土屋面板。 • B采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳。 • 山东淄博体育馆，54m跨单层平行索系， 采用预加荷载方法使钢索与钢筋混凝土形成具有抗弯刚 度的预应力悬挂薄壳。 • C采用横向加劲构件 • 安徽体育馆，外包尺寸72m×53m不等边6角形， 长向采用单曲承重索，横向按柱距6m设置轻型 钢屋架作为加劲构件，调整两端支座位移使索建立预应力
第7页/共53页
8.1 概述
• 特点 • 6悬索结构的形状稳定性，与悬索的张紧程度有关。 • 悬索内拉力愈大，其抵抗局部荷载引起的机构性位移的能力愈大，即形状稳定性愈好。 • 7悬索结构的边缘构件和下部支承体系必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索段巨大的水平拉力。
建筑结构(第四版)
2.1.3 调研
· 建筑使用要求 · 材料供应、施工技术 2.1.4 了解有关的方针政策、法令、法规 · 基地踏勘 · 民俗民风
2.2 建筑设计阶段
初步设计（方案设计）、 技术设计（扩初）、 施工图设计
3. 建筑物的构造组成 （名称、作用、要求 ）
屋顶 内墙
外墙
门 楼板
窗
基础 地坪 基础
楼梯
楼层 地坪层） 屋顶 （结构构件） ↓ ↓ ↓ （非结构“构件”） ↓ 楼梯 ↓ 基础 ( 疏散） 承重 承重 承重 ↓ 承重 ↓ 通风、采光 围护围护 基础 水平支撑 承重 承重 围护 屋面 围护、分隔 分隔 分隔 墙 ↓ 垂直交通 ↓ ↓ ↓坚固 地面 ↓ ↓ 柱 坚固耐久 ↓ 坚固耐久 强度 坚固 墙面 人流疏散 排水防水 耐久 坚固安全 梁、楼板 刚度 耐久 防水防潮 门窗 家具进出 保温隔热 稳定 疏散方便 屋架 防水 保温隔热 栏杆防潮 日照隔声 隔声 保温 防火隔声 保温隔热 细部装修
世界贸易中心主体结构布置
（外筒240根柱，内框架47根柱）
美.能源部福雷斯特总部大楼 “日 光 墙”设 计
设计要求
1. 具有足够的强度和稳定性 强度是指墙体承受荷载的能力。承重墙应有足够的强度来承受楼 板及屋顶的竖向荷载。它与墙体采用的材料、墙体尺寸、墙体构造 和施工方式有关。 砖墙是脆性材料，变形能力小，因而对房屋的高度及层数有一 定的限制值。 墙体作为承重构件，应满足一定的刚度要求。 墙体的稳定性与高厚比有关。 抗震设防地区，为了增加建筑物的整体刚度和稳定性，在多层砖 混结构房屋的墙体中，还需设置贯通的圈梁和钢筋混凝土构造柱， 使之相互连接，形成空间骨架，加强墙体抗弯、抗剪能力。 在地震烈度7-9度的地区内，应设置防震缝，将建筑物分为若 干体型简单、结构刚度均匀的独立单元。
第四章悬索结构091.
（3）采用横向加劲构件
设置横向加劲梁或加劲桁架，使原来单独工作的 悬索连接成整体，在集中力和不均匀荷载作用下，荷 载能重新分配，让更多的索参加工作。
安徽省体育馆
桁架加劲的单曲面悬索结构
平面尺寸为 72m 53m的六边形。
安徽省体育馆剖面示意图
5 垂跨比
悬索的垂度与跨度之比是影响单层悬索体系工作的 重要几何参数。
4 单层悬索体系具有必要形状稳定 性应采用的措施
（1）采用重屋面
恒载克服了风的卸荷作用，使索保持较大的张紧力， 提高了抵抗机构变形的能力。但重屋面使悬索截面和支 承结构的受力增大，影响了经济效果。 （2）采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 在钢索上安放预制屋面板，在板上加额外的临时荷 载，使索伸长,板缝增大，再灌缝。待混凝土达到预定强 度时，卸去临时荷载，板内就产生预应力，屋面就形成 了一个预应力混凝土薄壳。
双曲抛物面完全壳体
六 抗震和抗风
1 自身抗震性能好，考虑水平力对下部结构的影响。
2 风吸力，考虑风振系数、不同体态分布系数的不同 。
思考题:
1 什么是悬索结构? 有哪些特点? 2 处理悬索结构水平推力的方法有哪些?
第二节 悬索结构形式
悬索结构形式划分的方法很多，可根据几何形状、组成 方法、悬索材料以及受力特点等划分。
特尔蒙特展览馆
ⅱ) 承重索具有抗弯刚度
东京代代木体育馆 承重索由工字钢分段连接而成。
ⅲ) 加一根稳定索，构成索桁架或索梁
斯德哥尔摩溜冰场
3）利用稳定索加强刚度
在单层双向悬索屋盖中，布置一群与承重索交叉、曲 率相反的稳定索，并给索网施加预应力，提高屋盖的刚度， 限制钢索的松动，减少钢索的伸缩变形。
辐射式布置的单层索系在圆形的中心设中心拉环；在 外围设受压外环。
锚杆(索)的设计与施工
6.2.5 锚杆（索）锚筋的设计
根据锚筋截面计算值Ag’，对锚杆进行锚筋的配置，要求实际的锚筋配置截面Ag ≥ Ag’ 。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因素综合考虑。
对于棒式锚杆，都采用钢筋做锚筋。如果是非预应力锚杆一般选用普通HRB335 、HRB400级热轧钢筋；如果是预应力锚杆可选用HRB335 、 HRB400级冷拉热轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用Φ22-32。
非预应力土层锚杆弹性变形的计算 对于土层锚杆在外荷载作用下，除了锚杆自由段产生变形外，锚固段也存在一部分变形，一般需通过试验确定，在初步设计时可以近似估算： （6.13） 式中：Sc ——锚杆弹性变形；Lf , La ——锚杆自由段和锚固段长度；A , Ac ——杆体截面面积和锚固体截面面积；Es , Ec ——杆体弹性模量和锚固体组合弹性模量，可由下式确定： （6.14） Am , Em ——锚固体中砂浆体的截面面积和弹性模量。
粘性土中锚杆的极限锚固力计算：
式中：Pu ——锚杆极限锚固力；L1, L2, D, d ——锚固体结构尺寸； qs ——锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值；h, g ——扩大头上覆土层的厚度和土体容重；Cu ——土体不排水抗剪强度； bc ——锚固力因数。
锚杆的最小锚固长度为： 砂性土： 粘性土： 在实际工程中，为了便于计算常将上面两式简化为： 式中：Bc ——扩大头承载力修正系数，对于临时锚杆取，对于永久性锚杆取。
§6.2.7 锚杆（索）的弹性变形计算
非预应力岩石锚杆弹性变形计算 非预应力岩石锚杆的弹性变形主要为锚杆自由段的弹性变形，估算公式为： （6.15） 3. 预应力锚杆（索）弹性变形的计算 预应力锚杆在受到的轴向拉力小于预应力实际保留值时，可按刚性拉杆考虑；如果承受的轴向拉力大于预应力保留值时，预应力锚杆将再次产生拉伸变形，此时锚杆的变形量可根据拉力超出预应力保留值的增量代入式（6.13）和（6.15）中的Sc计算变形量。
建筑结构选型 专题5索结构
外景局部
慕尼黑奥林匹克体育中心（1972）
慕尼黑奥林匹克体育场索网结构（1972）
看台内景
看台挑蓬索网示意图
慕尼黑溜冰馆索网结构（1972）
结构示意图
索网节点
卡尔加里滑冰馆鞍形索网结构（1986）
索网安装完毕
索网网格平面图
屋面板安装
亚特兰大体育馆索穹顶（1996）
索穹顶结构示意图
伞形屋面 最大的伞形屋面： 前苏联伊利姆斯克 汽车库，跨径206m
受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比 平行布置做到较大跨度。
网状布置形式(适用于圆形，矩形等各种平面)
两向索正交布置屋面板规格统一边缘构件弯矩大于幅射式布置
单层索网结构的设计要点
单层悬索体系垂跨比经验取值： 1/201/10 加强形状稳定性的措施： 1）采用重屋面 2）采用预应力钢筋混凝土大型屋面板 3） 混凝土悬挂薄壳 4） 采用横向加劲构件
三、索的构成、材料及性能
1、索的组成：钢丝束、钢铰线、钢丝绳。 结构用索一般为全钢索，且为较粗的线 材制造。
D¡ ª ¹ « ³ Æ Ö ±¾ ¶
Aª ¡ 3¹ É ¸ Ö ½ Ê Ï ß Á ¿ ² â ³ ß ´ ç
2、索的材料：
钢索的弹性模量一般为147—190KN/mm2 索的线膨胀系数一般为：3.9E-5/℃
专题五——索结构
“索”是受拉单元的统称
独龙 河上 的藤 网桥
慕尼黑奥林匹克体育场索网结构（1972）
亚特兰大体育馆索穹顶（1996）
日本明石海峡大桥—1999年建成， 1991米跨
一、索结构的特点
通过施加预应力提供结构的初始刚度 通过轴向拉伸抵抗外荷作用，充分利用钢材强度 施工方便，费用低 便于建筑造型
索结构理论
第三章 索的计算模型
第一节 基本假定 1. 索只能承受拉力，不能承受压力和弯矩； 2. 索是线弹性材料。
对于较细较短的索，索的自重对索自身及索结构的工作性能影 响不大，可采用两节点的只拉不压线单元模拟索的工作，将索的 自重等效作用到两端节点处；( Ref: Sap2000 ) 对于较粗或较长的索，索的自重可能对索自身或结构的工作性 能影响较大，宜采用能够考虑索跨中自重的力学模型。(Ref: Sap)
索作用在结构节点上的外荷载
f (ti1 ) T (ti )S (ti ) f 0 f w
1 1 1 1 f w W cos , W sin , 0 , W cos , W sin , 0 2 2 2 2
1 L Lu 2 EAW
F4 T j 2 F4T j F2Ti F1 ln T F i 2
三、已知几何和张力求原长
当已知索i节点张力Ti、重量W、几何坐标V、H时，可按以下步骤求索的原长： 1．假定F1； 2．求
，求L，求F2；
3．检查 Ti 是否满足给定要求，不满足重新假定F1转步骤2； 4．Tj； 5．F4； 6．解Lu。
G F n 1 G F n G '( F n ) F n 1 F n G ' F
(n)
1 2 3 4
H 1 F4 F2 1 F W Tj Ti 1 F1 1 2 3 T 1T j i W Lu 1 F4 F 2 4 Ti EA W T j
钢结构新技术-索结构应用技术
索结构应用技术1. 技术内容（1）索结构的设计进行索结构设计时，需要首先确定索结构体系，包括结构的形状、布索方式、传力路径和支承位置等；其次采用非线性分析法进行找形分析，确定设计初始态，并通过施加预应力建立结构的强度与刚度，进行索结构在各种荷载工况下的极限承载能力设计与变形验算；；然后进行索具节点、锚固节点设计；最后对支承位置及下部结构设计。
（2）索结构的施工和防护索结构的预应力施工技术可分为分批张拉法和分级张拉法。
分批张拉法是指：将不同的拉索进行分批，执行合适的分批张拉顺序，以有效的改善张拉施工过程中结构中的索力分布，保证张拉过程的安全性和经济性。
分级张拉法是指：对于索力较大的结构，分多次张拉将拉索中的预应力施加到位，可以有效的调节张拉过程中结构内力的峰值。
实际工程中通常将这两种张拉技术结合使用。
目前索结构多采用定尺定长的制作工艺，一方面要求拉索具有较高的制作精度，另一方面对拉索施工过程中的夹持和锚固也提出了较高的要求。
索结构的夹持构件和索头节点应具有高强度/抗变形的材料属性，并在安装过程中具有抗滑移和精确定位的能力。
索结构还需要采取可靠的防水、防腐蚀和防老化措施，同时钢索上应涂敷防火涂料以满足防火要求，应定期检查拉索在使用过程中是否松弛，并采用恰当的措施予以张紧。
2. 技术指标（1）拉索的技术指标拉索采用高强度材料制作，作为主要受力构件，其索体的静载破断荷载一般不小于索体标准破断荷载的95%，破断延伸率不小于2%，拉索的的设计强度一般为0.4～0.5倍标准强度。
当有疲劳要求时，拉索应按规定进行疲劳试验。
此外不同用途的拉索还应分别满足《建筑工程用索》和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》GB/T17101、《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224、《重要用途钢丝绳》GB8918等相关标准。
拉索采用的锚固装置应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370及相关钢材料标准。
（2）设计技术指标索结构的选型应根据使用要求和预应力分布特点，采用找形方法确定。
浅谈索结构施工技术应用
浅谈索结构施工技术应用余关鹏【摘要】索结构种类繁多，在桥梁、边坡和大空间结构中非常常见。
由于预应力在索结构中的广泛应用使得单根索的极限承载力相当可观，因而索的施工质量往往关系到结构的安全性，从而受到施工技术人员的重视。
本文将列举预应力索拱、预应力单索等常见索结构并着重分析此两种索结构的施工过程及关键技术。
【关键词】索拱与单索；预应力结构施工；应力张拉前言：索结构是近代土木工程发展的产物。
随着人们对钢筋和预应力技术认识的不断深入，如何节约材料及如何设计更加美观的结构成为两大新课题。
于是索结构逐渐进入人们的视野，高承载力及空间利用的高效率使其成为一种常见的结构形式。
在悬索桥、边坡支护、火车站候车大厅及大空间展览馆中索结构均具有很强的生命力。
为提高单根索的极限承载力，通常使用的方法是应用高强钢筋并对其施加预应力，因而在索结构中，每根索的施工质量都非常重要，索的施工成為索结构发展中必须解决的一大问题。
本文将从常见的索结构入手，分析其施工工艺和关键技术，力图对索结构施工有一个全面深入的了解和认识。
1.预应力索拱施工：作为一种建筑与美学和谐统一的结构形式，拱一直受到建筑师的青睐。
但是拱是具有侧推力的结构，拱脚处往往会产生较大的水平推力。
为降低甚至消除此拱脚推力，目前工程界有效的方法是使用钢索将两拱脚相连。
结构形式为钢索与钢拱架组合，即预应力索拱结构。
图1为预应力索拱的几种常见形式。
钢索是预应力索拱结构的关键组成部分，按结构计算和耐久性要求其材料选取、长度确定有以下几个特点：1）由预应力钢索最大承载拉力及安全系数确定钢索类型为φ5×31，材料标准强度为1670MPa。
考虑防火及防腐性能选择镀锌钢丝和外包双层PE保护层。
2）预应力钢索一端为锚固端，一端为张拉端。
锚固端为叉耳式，张拉端为带螺扣的钢拉杆。
张拉时借助螺扣设计张拉设备，张拉完成后使用双螺帽进行永久锚固。
3）在设计叉耳尺寸时要进行抗剪和局部承压验算，特别注意与型钢拱架耳板尺寸匹配，防止出现叉耳安装不上或者安装之后叉耳无法转动的情况。
4.悬索结构(下)
0
i
Ti li
x p u p xq uq Pxq 0
荷载态节点q平衡条件
i
Ti li
yp
vp
yq
vq
Pyq
0
(1)
关键是求 Ti 和 1/li
i
Ti li
zp
wp
zq
wq
Pzq
0
22
3.单元长度计算
初始态
初始长度l0i
荷载态
l0 ix p x q 2 y p y q 2 z p z q 2
H
d2z dx2
qz
0
d2z q dx2 H
f
积分两次得
z q x2 2H
C1xC2
代入边界条件 （x=0, z=0）; （x=l, z=0）; （x=l/2, z=f ）
ql C1 2H C2 0
H ql2 8f
索内的水平张力
4 fx(l x) z l2
索曲线方程
7
试通过对A点取矩求索内水平张力H
(2)
ai l1 0 2ixpxq upuq ypyq vpvq zpzq w pw q
bil1 0 2iupuq
2
vpvq
2w pw q 2
24
4.物理条件
li
l0i
Ti T0i EAi
l0i
Ti
T0i
EAi ll0ii
1
li l0i 12ai bi
li l0 i 1 a i 1 2 b i 1 2 a i2 1 2 a ib i 1 2 a i3
– 索的受拉工作符合虎克定律; – 荷载均作用在节点上，各索段呈直线形。
有限元理论不受小垂度问题的限制，索的几 何形状可以是任意的。
索结构理论
2. 钢丝绳索体(wire rope/strand rope)
由钢丝束围绕绳芯扭绞而成，绳芯可采用纤维芯或钢芯
钢丝绳索体用高强度钢丝为直径小于5mm，其质量和性能应 满足国家标准《钢丝绳》（GB/T8918）中的有关规定。建筑结 构中的钢丝绳索体，除膜结构中部分对拉索柔软性有要求的绳 索可采用纤维钢丝绳外，其他应采用钢芯钢丝绳。
kc u f c (ti1 ) T (ti )S (ti )
k c T (t i ) dS T (t i )T
dD
f (ti1 ) T (ti1 )S (ti1 )
T
T l, m, n,l, m,n
dS E h A S3 dD L 3 E h Aq 2 L2 S 12
2 2 0
1 cos cos
2 2
2
第四节 悬链线单元
一、坐标轴和符号
Lu、L——索的原长和变形后长度； Ti、Tj——索两端节点张力； W——索自重。
二、基本方程
Ti F12 F22 Tj F32 F42
F3 F1 F4 F2 WLu
悬链线方程可表示为：
三、锚具 冷铸锚——锚杯内冷铸带钢丸的有机结合剂
热铸锚——锚杯内填充浇注低熔点合金
压接锚——钢板与索体通过压力机挤压成型
夹片锚——热加工后的钢夹片与索体自锁
镦头锚——钢丝或钢绞线端头加工成镦头卡
在夹板上锚具组件为低合金结构钢
压接锚锚具宜应用于直径<44mm的索体，索体直径超过规定 数值时应进行试验验证。 冷铸锚锚杯的坯件宜选用锻件，热铸锚锚杯的坯件可选用锻 件或铸件。锻件材料应为优质碳素结构钢或合金结构钢，其技 术性能应满足国家标准《优质碳素结构钢》（ GB/T699 ）、 《合金结构钢》（GB/T3077）中有关规定。铸件的技术性能应 满足国家标准《一般工程用铸造碳钢件》（GB/T11352）中有 关规定。
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应采取有效措施，确保悬索结构的刚度和稳定 性，以防止结构在不对称荷载作用下产生较大的 变形，或由于风荷载产生动力失稳的可能。 对于大跨度的悬索结构，在建筑平面的中部设置 强劲的中央支承结构，以减少索和索网的跨度， 是增强结构刚度的有效措施之一。 中央支承结构的形式除根据建筑造型的要求外， 还应使其受力合理，特别是应使其具有足够的侧 向刚度。
10
3、材料及施工安装方面的考虑
应尽量采用轻型屋面，使索结构的优越性得以充 分发挥。 可行的施工方案
单层索系→重屋面 平行布置的单层索系→横向加劲构件 圆形平面双层索系→对上索施加预应力 矩形平面双层索系→调整系杆 正交索网 →稳定索
11
适当的预张力施加步骤
平行布置的索桁架结构，可分别施加预张力； 车辐式结构，应考虑索拉力对中心环产生的非 对称荷载作用； 应采用分区、对称张拉的方式，必要时还应将 总拉力分成几级来施加。
结构形态 (Morphology)
— 建筑功能与结构特点相协调
承载能力 (Capacity Limit)
— 结构都有其合理跨度区间；梁→桁架→拱→悬索
荷载条件 (Load Conditions)
— 抗风、抗震、抗火造价 (Cost)— 砖石→混凝土→钢结构→张力结构
3
1、建筑造型及使用功能方面的考虑
¾ ¾ ¾
椭圆形平面，104m×67m 中央落地平面钢拱+两片预应 力鞍形索网 索网边索固定在由立柱和锚杆 组成的锚架上
5
索网上面覆以木网格及白色透明的聚氯乙烯聚酯薄膜
6
中央钢拱为三角形截面的 格构式钢管结构
7
索网网格0.75m×0.75m， 两个方向的悬索均采用两 根φ11.5mm的镀锌钢绞线 组成，用铝合金夹具固定
8
屋面的排水性能
鞍形索网屋面，沿负曲率方向由中央向两侧排水。 平行布置的单层悬索屋面，可通过适当抬高中央部 分悬索的标高在纵向形成排水。 圆形平面下凹的单层悬索屋面，可在屋盖最低点设 置内排水。
声学性能、建筑能耗等
a) 穹顶屋盖使声音集中
b）碟形屋盖使声音发散
9
2、结构力学性能方面的考虑
概念设计是方向性问题，而结构计算从属于它。 体现了设计者对结构的理解力和工程预见力。
1
¾ 结构工程师在概念设计中的作用
The role of structural engineer in CD
概念设计的目标是，使结构在满足建筑功能和美 观的前提下，保证结构内部力流的流畅，充分发 挥构件的受力特点，避免结构出现整体失稳。 概念设计需要建筑师和结构师来共同完成，是真 正体现结构师创造力的工作。
17
三、索结构的连接节点构造设计 三、索结构的连接节点构造设计
索结构的连接节点包括：索与刚性构件的连接、 索与索的连接、索的锚固节点等。 节点和连接件的承载力应大于所连接索的承载力 设计值，必要时应通过试验来确定。 节点构造应保证安全，力求简单，传力路线明 确，便于制作和安装。 节点构造设计应考虑施加预张力的方式、结构安 装偏差及进行二次张拉的可能性。
18
索与屋面板的连接
19
索与钢檩条的连接
20
索与撑杆的连接（1）
钢管撑杆 缝焊
紧固螺栓
索球
21
索与撑杆的连接（2）
钢管斜腹杆 焊接耳板 高强螺栓 铸钢索瓦 剖口焊
22
索与圆管桁架的连接
5.5 悬索结构设计
Design of Cable Structures
主讲人：武 岳
哈尔滨工业大学
0
一、悬索结构的方案设计 一、悬索结构的方案设计
概念设计
是依据工程对象的具体条件,以工程概念为依据， 用符合工程客观规律和本质的方法,对设计做宏观 控制。 是在结构设计初期对整体方案合理性的把握。
(1) (2) (3) (4) (5) 2.2( D + P) ⎫ ⎪ 2.2( D + P + L) ⎪ ⎪ 2.0( D + P + W 或E ) ⎬ 2.0( D + P + L + W 或E ) ⎪ ⎪ 2.0C ⎪ ⎭
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¾ 容许应力方法
N k max f k ≤ A K
Nkmax —— 索最大拉力标准值； fk —— 索抗拉强度标准值；★ A —— 单索的截面面积；★ K —— 安全系数；根据国内已建的悬索屋盖工 程统计，大致为2.5~3.0。
应根据建筑平面选用合理的悬索结构形式；
矩形平面，宜选用平行布置的单层或双层悬索 体系； 方形平面，宜采用双曲型屋盖； 圆形平面，宜采用辐射状布置的单层或双层索 系或双曲抛物面鞍形索网等结构形式。 网状布置的单层或双层索系可适应矩形、圆 形、椭圆形和菱形等多种建筑平面的要求。
4
德国慕尼黑溜冰馆 将索网与中央支承拱结合，可解决采光问题， Ice Rink of Munich Olympia Park, 1982 还可以减少索的跨度，有效增强结构刚度。
15
¾ 极限状态设计方法
单索截面根据承载力按下式验算：
γ 0 Nd ≤ ftdA
Nd —— 索最大轴向拉力设计值； ftd —— 索抗拉强度设计值；★ A —— 单索的截面面积；★
γ0 —— 结构重要性系数。
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¾ 索屋盖的变形控制
单层悬索体系 1/200（自初始几何态算起）；
双层悬索体系、索网、及横向加劲索系 1/250（自预应力态算起）
消除徐变的影响
在施工时对索施加超张拉来补偿； 在使用一段时间后，进行二次张拉。
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4、处理好边缘构件和支承结构的设计
如何将水平力从锚固处可靠地传递到基础，是边 缘构件和支承结构设计重点考虑的问题。
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二、强度校核与变形控制 二、强度校核与变形控制
荷载组合
美国土木工程协会规范ASCE 19-96规定，索的 极限承载力不得小于下列各值：
Without intervening into the conceptual design means that an engineer degrades himself to a safety specialist.
—— Jörg Schlaich
2
¾ 结构选型的若干基本原则
Principles for Structure Systems Selection