索结构、膜结构、框架结构的比较

索结构、膜结构、框架结构的比较

摘要：随着科学技术与施工技术的发展，在建筑结构方面出现了越来越多的新型结构代替了传统的框架结构。在新型结构中比较突出的有索结构，膜结构，它们造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。

关键词：索结构、膜结构、框架结构、材料用量、受力、区别、工程实例

正文：

框架结构：

框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。

水平方向仍然是楼板，然后楼板应该搭在这个梁上，梁支撑在两边的柱子上，这就把重量递给了柱子，沿着高度方向传到基础的部分，即梁、板、柱构成的承重体系。框架结构的特点非常突出：所有的墙都不承重跟厂房的承重没有关系，那个承重，是板搭在梁上，梁传给了柱子，墙都是后坐上去的用于其他的轻质材料，墙都不会承重，应用的时候都很灵活，如想要大房间不要墙，就要大房间，不想要大房间，想要小的，就可以在其中用其它的轻质材料来进行房间的划分，房间划分成若干个小房间，因此它的墙不承重，及起着一个划分空间的作用，仅起着一个保温，隔热，隔声的部分。注意：框架结构：指梁、板、柱的承重体系。框架建筑的主要优点是空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；同时具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；同时框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。框架结构体系的缺点为：①框架节点应力集中显著；

②框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；③对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。④钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大。

索结构：

索结构为近年来发展起来的新型幕墙结构，索结构幕墙最大限度的降低了幕墙所占装饰空间的比重，且由于结构形式简单、通透性强而倍受设计师及用户青睐。单层平面索网支承式玻璃幕墙结构，是近年来在国内外应用较为广泛的一种新型幕墙结构，具有建筑造型美观、构件轻巧纤细、视觉通透性好等优点，因而特别适用于大型公共建筑中。这类

结构的一个显著特点是，结构在外

荷载的作用下变形较大(目前国内

外常用变形标准为跨度的1／50或

更大)，结构刚度和振动频率与变

形相关．具有较明显的几何非线性

特征。同时其作为一种新型预张力

结构形式，具有柔性大、质量轻、

阻尼小的特点．属风敏感结构。而

现行荷载规范中提出的等效静风

荷载法仅适用于高层、高耸等悬臂

型结构，幕墙规范提出的阵风系数

也仅适用于单块玻璃的抗风设计，不适用于支承结构设计。由于结构的刚度和振动频率与结构位移相关，因此较难根据结构响应来定义结构的等效静风荷载，等效静风荷载的概念对于单层索网玻璃幕墙结构可能是不适用的。

北京工人体育场的改建更能说明了索结构的一系列的优越性。北京工人体育馆建成于１９６１年，是为举办第２６届世界乒乓球锦标赛而建造的。体育馆建筑平面为圆形，地下一层，地上四层，屋盖采用轮辐式双层悬索结构，跨度达到９４米，是我国悬索结构大跨度建筑的经典之作。世乒赛后，工人体育馆成为北京地区举行大型活动的重要场所。北京工人体育场位于北京市朝阳区工体北路三里屯，作为国家体育场，举行过多项国家大型活动，在全国人民心中有着崇高的地位。本次改建后将作为北京2008奥运会足球比赛场馆，容纳观众六万人。北京工人体育场建成于1958年，为当时北京十大建筑之一，受当时建筑科学技术水平和历史条件的限制，原结构设计未考虑抗震设防。虽然之前曾对原结构进行过加固，但限于条件，并未进行抗震加固。此次改造本着最大限度地保持原建筑外貌和风格的原则进行，结构加固应用了许多新技术、新工艺、新材料。

本工程总变配电室位于工人体育场西南侧，高低压柜在同一室内，下有电缆夹层，原有7间油浸式变压器室，本次改造全部更换为干式变压器。总变配电室高低压柜、变压器、直流屏等需增容及更新设备，外线为奥运会提供电源的电缆更换新缆，足球比赛场地照明改造，热水交换间及消防泵房因移位进行重新设计，⑩至⑩轴看台下用房按奥运会用房标准进行改造。

为合理利用资源、科学组织施工，保工期、

保质量，本工程拆除及结构加固改造施工分为

3个平行的施工段，如图2所示

（1）施工区A：◎轴一⑩轴，地下一层、一

层、二层主要为奥运功能用房。

(2)施工区B：◎轴一⑩轴，主要为非奥运用房。

(3)施工区C：⑩轴一⑩轴，主要为非奥运用房。

照明灯梭形钢管桁架预应力拉索结构施工原北京工人体育场场地照明灯具安装在钢结构挑棚的前端，照度及眩光不满足奥运会足球比赛的要求，根据奥组委及国际足联对场地照明的要求，需将原灯具的位置提高12m，因此增设了梭形柱灯架结构，该结构为柔性结构体系，每榀梭形桁架由3根拉索张拉就位，后索与三肢梭形钢管格构柱在平面内连接，梭形柱平面外由前索以及钢桁架连接，钢桁架作为马道使用，同时用来放置灯具，因此拉索安装顺序将直接决定施工的安全可靠性。具体安装顺序：吊车将整榀桁架吊起后，先就位梭形桁架的柱脚，再安装后拉索，最后安装前拉索。该结构为有索单元的悬索结构，在未施加预应力之前，结构还不具有稳定的刚度。为了使得每榀梭形桁架柱都能够施加上设计要求的预应力值，因此必须在张拉过程中进行施工监测。对预应力张拉过程中进行监测的目的主要有以下两点

(1)由于在未施加预应力之前，结构不能自成体系，因此在张拉过程中一定要进行施工监测，以保证预应力施加的大小以及施加过程的安全。

(2)为保证梭形桁架的顶端竖向位移能够在规范允许的范围内，并且保证灯具在同一个标高处，不至于出现梭形桁架应力过大或整体结构变形过大的情况，必须对梭形桁架柱的应力和竖向位移分别进行应力监测和位移监测。

本工程改建的高空灯架为柔性结构体系，每榀梭形桁架由3根拉索张拉就位，采用改变刚性杆件和柔性索长度方法，针对工艺原理对梭形钢管桁架和预应力拉索预加预应力，施工难度和施工前期准备工作量大，因此，拉索安装顺序将