大跨度建筑-悬索结构
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型- 结构理论摘要：大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。
大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
而大跨度结构的表现形式是多种多样的，具体如下文所示：关键词：大跨度空间结构；拱券结构及穹隆结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构一、拱券结构及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。
古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。
券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。
罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。
例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。
很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。
为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。
而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。
到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。
神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。
在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。
从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。
2012年一级建造师《建筑》：悬索结构
悬索结构
悬索结构，是⽐较理想的⼤跨度结构形式之⼀，在桥梁中被⼴泛应⽤。
⽬前，悬索屋盖结构的跨度已达160m，主要⽤于体育馆、展览馆中。
悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索，钢索是⽤⾼强度钢绞线或钢丝绳制成。
1）悬索结构的受⼒特点
悬索结构包括三部分：索、边缘构件和下部⽀承结构。
索⾮常柔软，其抗弯刚度忽略不计。
索的形状随荷载性质⽽变。
索是中⼼受拉构件，既⽆弯矩也⽆剪⼒。
⽔平反⼒为H，⽅向是向外的。
索的拉⼒取决于跨中的垂度，，垂度越⼩拉⼒越⼤。
索的垂度⼀般为跨度的1／30.索的合理轴线形状随荷载的作⽤⽅式⽽变化。
2）悬索的类型及实例
悬索结构可分为单曲⾯与双曲⾯两类。
单曲拉索体系构造简单，屋⾯稳定性差。
双曲拉索体系，它由承重索和稳定索组成。
⽀承结构可以有很多种，如框架、拱等。
北京⼯⼈体育馆，为圆形悬索结构，可容纳15000名观众。
⽐赛⼤厅直径94m，周围为四层框架结构，宽7．5m，主要为附属⽤房及休息廊。
悬索理解——大跨度建筑设计分析
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1794年，Fuss在一次悬索桥的设计中収现荷重沿悬索 的跨距均匀分布时形成的“抛物线”。“抙物线” 理论之所以被重视，丌仅仅是因为“抙物线”是简单 的二次函数，而且由于在很多情况下，悬索的荷重确 实是沿悬索的跨距均匀分布的。
但对于自重是沿曲线均匀分布的悬挂绳索，“抙物线” 理论的计算只是“悬链曲线”展开级数式叏前一项进 行改造后的近似计算，其适应范围为中央挠度系数等 于百分之八左右。
1 刚不柔
• 大跨度空间结构分类中，大体分为三类：
实体结构（刚性结构）：拱、穹顶、折板、薄壳 网格结构：网架、网壳、悬索 张力结构（柔性结构）：膜、混合结构
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悬索作为一种受拉构件，丌能单独作为承重构 件，而须不其他结构配合。
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悬索结构便于建筑造型，适应于各种建筑平面 和外形轮廓，因而能较自由地满足各种建筑功 能和表达形式的要求。
悬索结构
以一系列叐拉钢索为主要承 重构件，按照一定的规律组 成各种丌同形式的布置斱式， 幵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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1、刚不柔 2、平面不空间
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3、叐力特点
4、材料特性 5、几何形式 6、传力斱式 7、建筑形式
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8、跨度
9、可不那哪些结构相结合使用 10 预应力索网的工程实例
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下部支承结构一般是受压构件，常采用柱结构
10 预应力索网的工程实例
——加拿大卡尔加里滑冰馆
结构体系：鞍型索网
几何形状柱的安装来自梁安装完毕索网安装完毕
索网网格平面图
屋面板安装
网格结构相对复杂，外部围合 的平面多为囿形、斱形，斲工 复杂。结构特性介于刚性和柔 性之间，轻盈不厚重平衡。不 线结构比，可以在两个斱形达 到很大跨度。
大跨度结构—悬索结构
7.2 悬索结构的分类
悬索结构形式极其丰富多彩，根据几何形状、组成方法、悬索
材料以及受力特点等不同因素，可有多种不同的划分。按组成方法
和受力特点，可分为以下类型：
7.2.1 单层悬索体系 7.2.2 预应力双层悬索体系 7.2.3 预应力鞍形索网
7.2.1 单层悬索体系
单层悬索体系由一系列、按一定规律布置的单根悬索组成， 悬索两端锚挂在稳固的支承结构上。 1. 平行布置形式（平行布置的单层索系形成下凹的单曲率 曲面，适应于矩形或多边形的建筑平面）
下凹双曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美国阿拉 美达比赛馆，跨径 128m(1967)
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。
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
2.辐射式布置形式
3.网状布置形式 网状布置的单层索系形成下凹的双曲率曲面。适用于圆形， 矩形等各种平面
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水平梁 承受悬索拉力 水平梁和框架一起 承受悬索拉力
悬索直接 锚挂于框架
斜拉索将 悬索拉力 拉向地锚
拉索水平力的传递的三种方式： 1、通过竖向承重结构传至基础
2、通过拉锚传至基础
3、通过刚性水平构件集中传至 抗侧力墙
2.辐射式布置形式 单索辐射式布置形成下凹的双曲率碟形屋顶，适用于圆形， 椭圆形平面
支承构件则常为钢筋混凝土结构。
7.1.2 悬索结构的特点
索――轴向受拉
便于建筑造型，各种平面 施工较方便。自重小（10kg/m2），屋面构件一般也较轻。 可创造良好物理性能的建筑空间。 稳定性较差。
边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以
大跨度悬索结构施工工法
大跨度悬索结构施工工法1 前言本工法是在联想园区C座工程施工过程中总结出来的，该工程地上有南北两个塔楼，在两个塔楼中间为63m跨度的悬索结构，本工法是针对该施工方法进行编制的，该项技术已经获得适用新型专利和发明专利各一项。
2 特点本工法施工操作简便，采用铺设轨道，用卷扬机牵引将悬索安装到位，再通过竖向立索的5次张拉达到设计要求。
3 适用范围本工法适用于民用建筑中地下室连成一个整体，地上分为两个塔楼，在两个塔楼中间一层设计的大跨度悬索结构的施工，适应的跨度幅度为50-150m。
4 工艺原理在两个塔楼位置的核心筒内设计拉结悬索的劲性钢结构，在两个塔楼中间设计4根主悬索和2根揽风索作为大堂的主受力构件，其中主悬索上面每2m固定一根钢梁，作为屋顶玻璃的固定件，同时在钢梁的两侧固定竖向拉索，拉索下部与地下室顶板固定，通过竖向拉索的张拉使整个结构受力并形成一个整体框架，大堂侧面的玻璃通过拉索固定。
立面及平面设计图见附图1。
施工方法：首先搭设脚手架，将钢梁用汽车吊就位在脚手架上，铺设悬索就位用的轨道，从一侧楼体用卷扬机将悬索牵引到位并安装到两侧楼体的钢框架耳板上，安装缆风索和竖向拉索，通过竖向拉索的张拉对整个索结构施加预应力，并达到设计要求的标高和应力。
然后在索结构上面和两侧安装玻璃幕墙。
5 工艺流程及操作要点5.1 钢结构现场尺寸复核复测屋面4根Φ104主索两端连接耳板标高及轴线尺寸，复测耳板组成的四边形对角线长度差，复测悬索两端耳板孔间距；复测立面Φ22钢索下端连接的预埋件套管上表面中心标高和轴线尺寸偏移量；复测立面Φ22钢索下端连接的预埋件下表面标高及周边混凝土梁高及宽度；复测并仔细调整脚手架各工字钢上面的标高，使其低于相应的钢梁底面约60mm。
5.2 施工工艺施工工艺：满堂红脚手架搭设→钢梁就位→出入口钢架安装→将Φ104主索穿过每榀钢梁并安装→安装Φ50缆风索→安装立面Φ22钢索→多次调整并张拉Φ22钢索到设计预应力值→局部微调Φ50揽风索拉力。
悬索结构简介
水平梁和框架一起 承受悬索拉力
水平梁 承受悬索拉力
斜拉索将 悬索拉力 拉向地锚
悬索直接 锚挂于框架
幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面)
下凹双曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美国阿拉 美达比赛馆，跨径 128m(1967)
2、形成预应力索-壳组合结构 对屋面施加预应力，使之形成一倒挂 的薄壳与悬索共同受力、整体工作。 常用施工方法：在悬索上铺好预制屋面板， 在板上加额外的临时荷载，使索进一步伸 长，板缝增大，然后浇灌混凝土，达到足 够强度后，卸去临时荷载，悬索缩短，屋 面回弹，产生预应力。使屋面形成预应力 混凝土薄壳。
机构性位移与由弹性变形引起的位移不同。 索抵抗机构性位移的能力就是索的稳定性。它与 索的张紧程度有关。 为使单层索屋盖结构具有稳定性，一般可采取： 1、增加悬索结构上的荷载 通过在索上加重荷载，或在索下吊挂重荷载 等，增加屋盖自重。书P152图8-4-2. 缺点：使悬索截面增大，支撑结构受力也增大。
二、索的拉力
N=H/cos@ 当索方程确定后，按上式就可求出索 的各个截面内的轴力。索的轴力在支座处 最大;在跨中最小,最小为N=ql2/8f .
三、索的变形 悬索是轴拉构件，既无弯矩又无剪力。 由于索本身是柔性构件，其抗弯刚度可忽 略，因此索的形状会随荷载的不同而改变。 见书P145.
第三节 悬索结构形式
然而随着时代的发展，人们对建筑的要 求已经不再仅仅是满足物质功能的需要， 而是越来越高地提出了对建筑精神功能的 要求，因此，可以预言，随着高强度材料 的推广应用，随着建筑施工技术的完善， 随着各种新型屋面材料的出现，随着人们 对建筑精神功能要求的提高，大跨度建筑 结构的形式将会越来越丰富多彩。
悬索结构——精选推荐
悬索结构一、悬索结构的概念随着生产的发展和人民生活水平的提高，建筑事业也在不断发展。
作为建筑结构中的重要分支——钢筋混凝土结构在各个方面都发展得越来越完善，而具有经济指标低、施工快、便于建筑造型等优点，在国外应用很广的悬索结构，在我国却因实践和理论研究上的不足，均处于相对落后的地位。
土木建筑结构所指的悬索结构，就是指以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构体系边缘构件上的结构。
正是因为索主要承受轴向拉力，所以可以最充分地利用钢材的强度，如果再采用高强度材料时，更可大大减轻结构自重，因而，悬索结构可以较经济地跨越很大的跨度，是目前大跨建筑的主要结构形式之一。
二、悬索结构的特点(一)受力合理、节约材料悬索结构是一种受力比较合理的建筑结构形式，将悬索结构与简支梁两者的受力情况进行对比，就可以看出这种合理性。
如图I所示，简支梁在竖向荷载作用下，上纤维压应力的合力与下纤维拉应力的合力组成了截面的内力矩，合力间的距离即为内力臂，它总在截面高度的范围内，因此要提高梁的承载能力，就意味着要增加梁的高度。
但在悬索结构中，钢索在自重下就自然形成了垂度，由索中拉力与支承水平力间的距离构成的内力臂，总在钢索截面范围以外，增加垂度也就加大了力臂，从而可以有效地减少索中拉力和钢索截面面积。
图1 筒支梁与悬索结构受力的合理性比较上——筒支梁(M=Nh0)；下——1II}素{M=Hf)(二)施工比较方便由于钢索自重很小，屋面构件一般也较轻，因而给施工架设带来了很大的方便。
安装时不需要大型起重设备，施工时不需要脚手架，也不需要模板。
这些都有利于加快施工进度，降低工程造价。
因而，与其它结构形式比较，施工费用相对较低。
(三)便于建筑造型悬索结构由于索网布置灵活，便于建筑造型，能适应多种多样的平面形状和外形轮廓，因而能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求，使建筑与结构可以得到较完善的结合。
浅谈大跨度空间结构之悬索结构1
浅谈大跨度空间结构之悬索结构摘要：在世博会的发展历史上新材料新技术的应用总是与世博会的建筑结构设计创新紧密相伴的，特别是1958年布鲁塞尔世博会,是第二次世界大战结束后的第一次世博会。
在这届世博会的众多建筑中，有几座建筑一直是广大建筑师工程师至今称道的优秀建筑实例，即使在今天，我们仍可以感受到它们对现代建筑所起到的不可磨灭的推动作用，而其中一个很重要的创新便是对悬索结构应用和空间创造方面的探索。
关键字：空间结构；悬索结构；空间创造；技术创新1.引言今年五月份在上海举行的世博会，可以说是全世界的盛宴，来自全世界150多个国家或地区参加这次盛会，带来人类的最新科技成果。
世博园区里，各国展馆让人目不暇接，而建筑，作为社会生活的反映，在这里体现得淋漓尽致。
在150多年的世博会的发展历史上，新材料新技术的应用总是与世博会的建筑结构设计创新紧密相伴，1851年的在伦敦举行的第一届万国博览会，可以说是现代新建筑的起始点，“水晶宫”的出现改变了之前的传统的砖石结构为基础的梁板结构体系，取而代之的是，以钢铁，玻璃等新材料组成的大跨度支撑结构体系。
“水晶宫”虽然功能简单，但是其结构设计的创新却使人类在新材料新技术的应用上达到新的高度。
为后来的世博会创造了好的开端。
特别是1958年布鲁塞尔世博会,是第二次世界大战结束后的第一次世博会。
在这届世博会的众多建筑中，有几座建筑一直是广大建筑师工程师迄今为止啧啧称道的优秀建筑实例，即使今天我们仍可以感受到它们对现代建筑所起的不可磨灭的推动作用，而其中一个很重要的创新便是对悬索结构应用和空间创造方面的探索。
2.空间结构--悬索结构教建筑力学的老师说过，所有的力学计算都是在假想的平面内完成的，并不能真实的反映出三维情况下的受力情况，具有很大的局限性。
事实上在这实个实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，我们在许多场合把它们分解成一平面的结构来进行计算。
常见大跨度建筑的结构形式
常见大跨度建筑的结构形式结构类型：有拱、刚架以及桁架、折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、充气结构、篷帐张力结构等。
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。
由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢衍架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
刚架是由梁和柱组成的结构，各杆件主要受弯,刚架的结点主要是刚结点，也可以有部分铰结点或组合结点。
全部是钢材焊接的结构，一般用于超高层的办公大楼，或大型的会场和展厅。
桁架是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。
桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。
桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。
常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。
折叠折板屋顶结构一种由许多块钢筋混凝土板连接成波折形的整体薄壁折板屋顶结构。
这种折板也可作为垂直构件的墙体或其他承重构件使用。
折板屋顶结构组合形式有单坡和多坡，单跨和多跨，平行折板和复式折板等,能适应不同建筑平面的需要。
常用的截面形状有V形和梯形，板厚一般为5~10厘米,最薄的预制预应力板的厚度为3厘米。
跨度为6~40米，波折宽度一般不大于12米,现浇折板波折的倾角不大于30°;坡度大时须采用双面模板或喷射法施工。
大跨空间结构悬索结构
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 发展概况
尽管存在如上面介绍的一些杰出工程，现在来回顾80年代 初期我国悬索结构以致整个空间结构的总体发展水平，仍然只 能承认当时仅有平板网架结构的发展是比较成熟的；由于 60 年代以后全国在平板网架方面投入了不少力量，在工程实践和 理论分析方面均积累了较多经验。但在悬索结构、网壳结构、 薄壳结构和薄膜结构等其它空间结构类型方面，则相对比较落 后，工程实践既有限，理论储备也不足，同国际发展水平相比 差距较大。目前，这种差距在逐步缩小。
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 概念
拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体 系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉 索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。 拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳 或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢 筋混凝土结构。
第四章 悬索结构
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 选型
索结构的选型应根据建筑物的功能与形状，跨度以及承受 的荷载等，综合考虑材料供应、加工制作与现场施工安装方法， 选择合理的结构形式、边缘构件及支承结构，设计时应保证结 构的整体刚度和稳定性。 各种形式的悬索结构对于不同建筑平面的适用性是不同的， 设计时应根据具体的平面形状选用合理的结构形式。 （1）建筑造型及使用功能方面的考虑 （2）材料及施工安装方面的考虑 （3）要处理好边缘构件和支承结构的设计
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 发展概况
世界上最早的现代悬索屋盖是美国于 1953 年建成的 Releigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍 形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或 技术水平来看，在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。 但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到 1980年才建成成都城北体育馆。
大跨悬索结构
悬索结构xuansuo jiegou悬索结构suspended cable structure由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。
索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。
悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工,单悬索与拱结构一样，都是平面结构，属于轴心受力构件，但拱属于轴心受压的，对于抗压性能好的砖石来讲是一种合理的结构形式，悬索则是轴心受拉的构件，对于抗拉性能好的钢材来讲，悬索是一种理想的结构形式。
悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。
中国是世界上最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊桥跨越深谷。
明朝成化年间（1465～1487年）已用铁链建成霁虹桥, 1937年美国加州金门大桥。
近代的悬索结构，除用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中应用。
目前悬索结构的跨度已达到160m，跨度在100-150m范围内悬索结构是非常经济的！悬索结构的优缺点：1，索中只受拉力，既无弯矩，也无剪力，受力简单，抗弯刚度为0，当仅有自重作用时处于自然悬挂状态，受集中力作用时，自动形成悬吊折线形。
2，悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用钢材的强度。
3.悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面。
4.可以创造具有良好物理性能的建筑空间。
5.悬索屋盖结构的稳定性较差，柔性悬索只能单向受力，当荷载和垂直度方向相反时会发生失稳。
6.悬索结构的边缘构件和下部支撑必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。
7.边缘构件承受拉力较大，所以构件断面尺寸也较大。
11第十一章悬索结构
悬索结构是大跨度屋盖的一种理想结构型式。 悬索在工程上的应用最早是桥梁。我国古代汉 朝(公元463—473年)已经有用链索建造桥梁。以后 又有铁索、绳索桥等相继出现。大渡河泸定桥 (跨
度104m)就是著名的铁索桥。在国外，19世纪以后
也有一些跨越海峡的比较大的铜缆桥出现。
悬索应用于房屋建筑上也是很早就有的 事情，追溯历史上的蒙古包、游牧民族的帐 篷及富有热带色彩的桅杆圆帐等，这些都是
不过，单悬索结构与拱结构一样，它 们都是平面结构体系。如果我们利用很多 单悬索互相交叉组成“索网”(好像利用桁架 交叉组成网架一样)，就形成多向受力的空 间结构——悬索结构。
由此可见，悬索结构的特点是： (1) 索网只受轴向拉力，既无弯矩，受力简单，更有 利于采用钢材做“索”。 (2)钢索材料采用高强度的钢绞线或钢丝绳，因而整 个索网的结构自重小，能够跨越很大的跨度。 (3) 索网的支座叫“边缘构件”，即应注意对边缘构 件的处理；采用合理的边缘构件型式以承受索网拉力。 (4)边缘构件是索网的边框，无边框则索网不能成型 。所以，边缘构件是悬索结构的重要组成部分，而且是 决定悬索结构型式的重要依据。
第三节 悬索 结构的型式 与建筑实例
一、单向悬索结构 单向悬索结构 的索网是由单向平 行的钢索构成(图 11—4)。其边缘构 件就是钢索两端的 水平梁(横梁)。支 承结构是立柱及拉 缆，或框架等。
二、车轮形悬索结构
车轮形悬索结构的边缘构件为闭合的圆环，因其体形如车 轮，因而得名。
它的索网是由上凸下凹两层呈辐射形布置的钢索组成。钢 索一端锚固于车轮的外环，另一端锚固于车轮的中央内环。
马鞍形悬索结构多适用于椭圆形、圆形等建筑平面。
悬索结构是大跨度建筑中较好的结构型式，
大跨度体育建筑结构经济性分析
大跨度体育建筑结构经济性分析一、引言大跨度体育建筑作为现代城市的重要标志性建筑，其结构设计不仅要满足功能需求和美学要求，还需要从经济学角度进行深入分析。
合理的结构选型和设计在大跨度体育建筑的全生命周期成本中有着至关重要的作用。
二、大跨度体育建筑结构类型及特点（一）空间网架结构空间网架结构具有空间受力、重量轻、刚度大等优点。
它可以用较少的材料跨越较大的空间，杆件规格相对统一，便于工业化生产。
例如，许多体育馆采用网架结构，其能有效地将屋面荷载传递到下部支撑结构。
（二）悬索结构悬索结构通过索的轴向拉力来承受外部荷载，能充分利用钢材的抗拉性能。
它造型优美，可以创造出独特的建筑外观，如一些大型体育场的挑篷采用悬索结构。
其缺点是对边界条件和锚固要求较高，施工难度相对较大。
（三）膜结构膜结构自重轻、造型丰富、透光性好。
它可以利用气压差或柔性索来维持形状，在体育建筑中可用于覆盖大面积的屋顶或墙面。
不过，膜材料需要定期维护，且对防火、防雷等有特殊要求。
（四）拱结构拱结构主要承受轴向压力，能有效地将竖向荷载转化为侧向推力，可利用混凝土或钢材等材料。
其形式有实腹拱和格构拱等，在一些小型体育场馆或有特殊造型需求的建筑中应用。
三、经济学分析要素（一）初始投资成本1.材料成本不同结构类型所需材料不同，其成本差异较大。
例如，网架结构若采用普通钢材，材料成本相对较低，但如果是大跨度悬索结构，高强度钢索的成本较高。
同时，膜结构的特殊膜材价格也因种类和性能而异。
2.施工成本施工难度和工艺对成本影响显著。
悬索结构和复杂的网架结构安装需要特殊的施工设备和技术人员，施工成本较高。
膜结构的安装精度要求高，尤其是气承式膜结构的充气系统安装等。
拱结构的施工可能涉及到大型模板或特殊的吊装设备。
3.设计成本大跨度体育建筑结构设计需要专业的结构工程师和先进的设计软件。
复杂的结构形式如空间异形网架或非对称悬索结构设计周期长，设计成本相应增加。
（二）运营成本1.维护成本网架结构需要定期检查杆件的连接和锈蚀情况。
悬索结构
按几何形态
单曲面、双曲面悬索结构
按钢索的竖向布置方式
单层悬索结构，双层悬索结构，交叉索网。
1单层悬索结构
单层单向悬索结构
由一群平行走向的承重索组成，曲面下凹。 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。
5 香港青马大桥
1377m，中 国 1997，桁架，上公6下铁2公4
悬索桥工程实例
1 日本明石大桥
世界上跨度最大的钢结构悬索公路桥。 总长3911米； 索塔间跨度1991米，为世界第一；
悬索桥工程实例
3金门大桥（Golden Gate Bridge）
地点：旧金山海湾，1937年通车 主跨：4200ft，这一长度记录保持了29年
8.1 概述
历史
最早应用于桥梁工程中 江阴长江大桥，1999年，主跨1385m
8.1 概述
历史
应用于建筑工程中 雷里竞技馆，1953年
8.1 概述
特点
1悬索结构受力合理，用料经济。
当采用高强度材料时，更可大大减轻结构自重，因而 可以较经济地跨越很大的跨度。但悬索体系的文承结 构往往需要耗费较多的材料，其用钢量均超过钢索部 分。
由柔性悬索与刚性构件组成 索拱体系，吊挂式混合结构，斜拉式混合结
构
8.3 悬索桥简介
桥面支承在悬索（通常称大缆）上的桥称为 悬索桥。
英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之 意，故也有译作“吊桥”的。 “吊桥”的悬挂系 统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索 桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键 杆做成的。
北京朝阳体育馆
大跨结构的体系及特点
大跨结构的体系及特点一、大跨结构的体系大跨结构有好多不同的体系呢。
比如说拱结构，就像那些古老的拱桥一样，弯弯的形状特别好看。
它主要是靠拱的曲线来承受压力的，这种结构在古代就被广泛应用啦，像赵州桥，那可是咱老祖宗智慧的结晶。
还有桁架结构，它就像是由一根根小木条或者小铁棍组成的框架，这些杆件相互连接，通过合理的布置，就能把力很好地传递和分散，在一些大的厂房或者展览馆里经常能看到。
悬索结构也很有趣，想象一下，两根高高的柱子之间拉着一根或者几根很粗的索，然后在索上挂着建筑的屋面或者其他结构，就像吊床一样，只不过是超级大的吊床，这种结构在大跨度的桥梁和一些大型体育场馆里也有应用。
网架结构呢，是由很多杆件按照一定规律组成的网格状结构，看起来就像一个巨大的钢丝球一样，不过它可结实着呢，能覆盖很大的面积。
二、大跨结构的特点1. 空间性大跨结构的空间性可棒啦。
因为它跨度大，所以能创造出很开阔的内部空间，不管是大型的商业中心，还是那种超级大的会展中心，都需要这样开阔的空间来容纳很多人和很多东西。
比如说一个大型的展览馆，大跨结构能让里面的展览布局更加灵活，不会因为柱子太多而受到限制，这样人们在参观的时候就可以更加自由地走动，欣赏展品。
2. 受力特性大跨结构的受力特性比较复杂，但也很有趣。
像拱结构，它主要承受压力，把上面的荷载沿着拱的曲线传递到基础上。
而悬索结构呢，主要是靠索的拉力来承受荷载，就像拔河一样，索把力拉着，不让建筑塌下来。
这些不同的受力特性就要求在设计和施工的时候，要特别注意结构的合理性和安全性，要根据不同的荷载情况来选择合适的结构体系。
3. 美观性大跨结构真的是超级美观。
从远处看，那些大跨度的建筑就像一件件艺术品一样。
比如说悉尼歌剧院，它的壳体结构看起来就像一只只帆船，在海边特别的耀眼。
这种美观性不仅能吸引人们的眼球，还能成为一个城市的标志性建筑，让人们一看到就知道是哪里。
4. 材料与技术要求大跨结构对材料和技术的要求很高哦。
大型公共建筑为什么常常采用悬索结构
大型公共建筑为什么常常采用悬索结构大型公共建筑为什么常常采用悬索结构公共建筑是指供人们进行各种公共活动的建筑。
一般包括办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑、交通运输类建筑等。
下面是小编为大家整理的大型公共建筑为什么常常采用悬索结构，仅供参考，欢迎阅读。
人们很早就开始采用悬索结构制造桥梁了。
早在1000多年前，中国先民就已经用竹索和铁链来建造悬索桥，而蒙古包这样的帐篷则被看成是悬索结构建筑的原型。
现代悬索结构的主要承重构件是一系列高强度的钢索，按照一定规律悬挂在支撑结构上，因此很容易做到大跨度。
这种结构自重很轻，耗钢量又少，本身占用空间也不多，所以是一种比较理想的大跨度结构形式，且跨度越大，经济效益就越显著。
悬索结构在桥梁中的运用最为广泛，比如，堪称当今世界第四、中国第一的江阴长江大桥就是一座钢悬索桥，主跨度达1385米。
像体育馆、展览馆、飞机库这样的大跨度建筑之所以采用悬索结构，就是为了最大可能地形成室内无柱的大空间，以满足容纳飞机、大型展示和比赛场地的需要。
中国悬索结构大跨度建筑的经典之作是完成于1961年的北京工人体育馆，当时是为举办第26届世界乒乓球锦标赛而建造的。
建筑平面为圆形，面积40200平方米，可容纳15000名观众。
屋面采用轮辐式双层悬索结构，跨度达到94米，共有144根悬索。
经改造更新，该馆成为2008年北京奥运会的'拳击主赛场和残奥会盲人柔道比赛场地。
悬索结构的建筑还能形成强烈的雕塑感。
比如日本著名建筑师丹下健三设计的东京代代木国立综合体育馆，一座为两个相对错位的新月形，一座为螺旋形，像只大蜗牛。
两馆均采用悬索结构，创造出了富有紧张感和灵动感的大型内部空间和独特的外部形态。
该作品被誉为20世纪最美的建筑之一。
建筑概论第8章 大跨建筑简介
中国国家游泳中心，平面尺寸177m×177m，是世界上最大的膜结构工程，总 建筑面积65000～80000平方米，见图8-33。除地面外，外表面都采用了膜材料— ETFE。
图30 阿拉伯塔酒店图
图31 水立方
（六）充气结构
充气结构是由薄膜材料制成的构件充入空气后形成的结构，具有自重轻、跨 度大、构造简单、建造方便外形灵活等优点。
图3 德国法兰克福机场机库
图4 马拉卡拉体育场
（5）首都人民大会堂，采用的是钢屋架，跨度达到60m，南北长336米，东西宽 206米，高46.5米，占地面积15万平方米，建筑面积17.18万平方米。比故宫的全 部建筑面积还要大。见图5。 （6）北京奥运会主场馆“鸟巢”，目前是世界上跨度最大的钢结构建筑，外形像 鸟巢，立面与结构达到了完美的统一，工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长
深圳龙岗商业中心建筑面积114300平方米，2003年开工兴建，是我国也是 世界上第一个充气悬浮的建筑，见图32。
图32 深圳龙岗商业中心
（七）应力蒙皮结构
应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结 构。
1959年建于美国巴顿鲁治的应力膜皮屋盖，是第一个应力蒙皮大跨结构。屋 盖直径为117m，高35.7m，由一个外部管材骨架形成的短程线桁架系来支承804 个双边长为4.6m的六角形钢板片单元，钢板厚度大于3.2mm，钢管直径为 152mm，壁厚3.2mm，见图33。
大跨度建筑-悬索结构
辐射式布置：
辐射式布置的双层索系可用于圆形、椭圆形建筑平面。 为解决双层索在圆形平面中央的汇交问题。在圆心处通 常要设置受拉内环，双层索一点锚挂于内环上，另一端 锚挂在周边的受压外环上。根据所采用的索桁架形式不 同，对应承重索和稳定索可能要设置两层外环梁或两层 内环梁。
受力特点：
双层索体系中，设置了相反曲率的稳定索及相应的连 系杆，不仅能够有效地抵抗风吸力作用，而且可以对 体系施加预应力。通过张拉承重索或稳定索，或对他 们都施行张拉。均可使索系绷紧，在承重索和稳定索 内保持足够的预拉力，以使索系具有必要的形状稳定 性。此外，由于存在预应力整个体系的刚度得到提高。 采用预应力双层索系是解决悬索屋盖形状稳定性问题 的一个十分有效的途径。预应力双层索系具有良好的 结构刚度和形状稳定性，因此可以采用轻屋面，如石 棉板、纤维水泥板、彩色涂层压型钢板及高效能的保 温轻质材料。因此，双层悬索体系还具有较好的抗震 性能。
列下凹的的承重索和上凸的稳定索以及它们之间的连 系杆（拉杆的压杆）组成。
结构方案：
平行布置
辐射式
网状布置
双层悬索体系的一般布置
适用范围： 平行布置： 双层布置的双层索可用于矩形，多边形建筑平面，并可 用于单跨、双跨及多跨。双层索系的承重索与稳定索要 分别锚固在稳固的支撑结构上，支承结构形式与单层索 体系基本相同
网状布置单层悬索体系
受力特点： 仅有一系列下凹的单层柔索组成的悬索体系，其工作性能与 单索相似，属几何可变，所以形状稳定性不好。一方面，悬 索的局部荷载作用下会产生较大的机构性位移，另一方面， 索系的抗风能力也很差。
如何提高单层索系形状稳定性： 采用重屋面
设置横向加劲梁或加劲桁架
预应力双层悬索体系：双层悬索体系是由一系
19-悬索结构解析
悬索结构的形式
悬索屋盖结构按屋面几何形式的不同．可 分为单曲面和双曲面两类；根据拉索布置 方式的不同，可分为单层悬索体系、双层 悬索体系和交叉索网体系三类。
一、单层悬索体系
单层悬索体系的优点是传力明确，构造简 中，缺点是屋面稳定性差，抗风(上吸力)能 力小。为此常采用重屋面．适用于中小跨 度的屋盖。单层悬索体系有单曲面单层拉 索体系和双曲面单层拉索体系。
3．适应性强，造型美观。悬索结构适应于各种建筑平面 和外形轮廊。利用曲线索，采用不同的支承形式，可方便 地创造出各种新颖独特的建筑造型，是建筑师们乐于采用 的一种结构形式。
4．与桁架、刚架、拱和网架等常规结构相比，悬索结 构的工作性能有以下特点：
(1)悬索的荷载与位移、荷载与索力的关系曲线呈非线性， 是动态变化的，计算悬索要采用几何非线性理论。
图9—6为德国乌柏特市游泳馆．可容纳观 众2000人。比赛大厅；平面面积为 65m×40m、屋盖设计成纵向单曲单层悬索。 悬索拉力通过看台斜梁传至游泳池底部，
两侧对称平衡．使地基仅承受压力，该建
筑结构形式与建筑使用空间协调一致，非
常合理．采用浮石混凝土和普通混凝土屋 面．以保证悬索的稳定性，
悬索结构
14．1 概 述 悬索结构是由一系列高强度钢索组成的
一种张力结构，由于其自重轻，用钢量省， 能跨越很大的跨度，是一种比较理想的大 跨度结构型式。
悬索在工程上的应用最早是桥梁，我国建 造最早的铁链桥是云南的兰津桥(公元57— 75年间)。1000多年来我国建造的铁索桥， 如云南元江铁索桥、澜沧江铁索桥、贵州 盘江铁索桥、四川泸定桥等至今仍在使用。
(2)拉索水平力通过拉锚传至基础
索的拉力也可在柱顶改变方向后通过拉锚传至基 础(图9—4b))
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明石海峡大 桥
1998年4月5日，世界上目前最长的吊桥——日本明石海峡大桥正式通车。 大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间(东经135度01分，北纬34度36分）， 全长3911米，主桥墩跨度1991米。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米， 水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆 组成，重约5万吨。大桥于1988年5月动工。1998年3月竣工。 明石海峡大 桥首次采用1800MP级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造， 首创悬索桥主缆，这也是第一座用顶推法施工的跨谷悬索桥，由著名的 法国埃菲尔集团公司承建。
END
预应力鞍形索网：由相互正交、曲率相反的两组
钢索直接叠交而形成一种负高斯曲率的曲面悬索结构。
闭合空间曲梁
空间框架
拱
拱
拱 柔性边缘构建——边界索
柔性边缘构建——边界索
受力特点：
鞍形索网的工作原理与双层索系相同，但工作空 间结构。其受力分析要比双层索系复杂。 与双层索体系一样，对鞍形索网也必须进行预张 拉。由于两组索的曲率相反，因此可以对其中任意一 组或同时对两组索进行张拉，在索网中建立预应力。 另外，因柔性悬索不能抗弯、抗压，因此为改进 这一缺点而出现了一些组合体系，如劲性索结构、横 向加劲单层索系与索拱体系，将两片或以上的悬索体 系和强大的中间支撑结构组合在一起，还可以形成各 种组合悬索结构。
辐射式布置：
辐射式布置的双层索系可用于圆形、椭圆形建筑平面。 为解决双层索在圆形平面中央的汇交问题。在圆心处通 常要设置受拉内环，双层索一点锚挂于内环上，另一端 锚挂在周边的受压外环上。根据所采用的索桁架形式不 同，对应承重索和稳定索可能要设置两层外环梁或两层 内环梁。
受力特点：
双层索体系中，设置了相反曲率的稳定索及相应的连 系杆，不仅能够有效地抵抗风吸力作用，而且可以对 体系施加预应力。通过张拉承重索或稳定索，或对他 们都施行张拉。均可使索系绷紧，在承重索和稳定索 内保持足够的预拉力，以使索系具有必要的形状稳定 性。此外，由于存在预应力，稳定索能与承重索一起 抵抗竖向荷载作用，从而整个体系的刚度得到提高。 采用预应力双层索系是解决悬索屋盖形状稳定性问题 的一个十分有效的途径。预应力双层索系具有良好的 结构刚度和形状稳定性，因此可以采用轻屋面，如石 棉板、纤维水泥板、彩色涂层压型钢板及高效能的保 温轻质材料。因此，双层悬索体系还具有较好的抗震 性能。
大跨度建筑结构
悬索结构
姓名：李文龙 学号：1101081018 年级：11级建筑学
定义：由柔性受拉索及其边缘构件所形成 的承重结构。
发展和应用概况
在欧洲， 十六世纪便开始出现悬索的计算理论，并广泛应用在悬 索桥、索道、输电线等工程的计算分析中。目前世界上最长的悬索 桥——日本明石海峡大桥跨度达到1991米。 十九世纪末，俄国工程师苏霍夫系统提出了索网结构的计算理 论。悬索结构在房屋建筑结构中的应用是从二十世纪五十年代开 始，世界上第一个现代悬索屋盖是美国于1952年建成的Raleigh竞技 馆。我国从上个世纪五十年代末开始研究悬索结构屋盖。最早的代表 性工程有1961年建成的北京工人体育馆。
优点：
受力合理，用料经济 施工便捷，施工设施简单 适应性强，造型美观
缺点：
动荷载下的共振问题 不能承受反向荷载
分类：
单层悬索体系 预应力双层悬索体系 预应力鞍形索网
单层悬索体系：单层悬索体系由一系列、按一定规律布
置的单层悬索组成，悬索两端锚挂在稳固的支承结构上。
结构方案：
平行单层悬索体系
辐射式布置单层悬索体系
网状布置单层悬索体系
受力特点： 仅有一系列下凹的单层柔索组成的悬索体系，其工作性能与 单索相似，属几何可变，所以形状稳定性不好。一方面，悬 索的局部荷载作用下会产生较大的机构性位移，另一方面， 索系的抗风能力也很差。
如何提高单层索系形状稳定性： 采用重屋面
设置横向加劲梁或加劲桁架
预应力双层悬索体系：双层悬索体系是由一系
列下凹的的承重索和上凸的稳定索以及它们之间的连 系杆（拉杆的压杆）组成。
结构方案：
平行布置
辐射式
网状布置
双层悬索体系的一般布置
ห้องสมุดไป่ตู้
适用范围： 平行布置： 双层布置的双层索可用于矩形，多边形建筑平面，并可 用于单跨、双跨及多跨。双层索系的承重索与稳定索要 分别锚固在稳固的支撑结构上，支承结构形式与单层索 体系基本相同