悬索结构的建筑分类
第八章 悬索结构
第八章悬索结构第一节概述一．悬索结构的发展概况：二．悬索结构的适用范围：60～100M左右的体育馆、展览馆、会议厅等大型公共建筑。
目前，索结构的跨度已达160M。
――三、结构的关键问题：1．屋面刚度――刚柔是完全相对的，但必须做到索柔而屋面刚。
――对于单根柔索。
而多根柔索组合使用。
因此，悬索屋盖必须要有足够的刚度，既能保持其原有形状，又能使各索共同受力工作，且限制屋面变形不能过大，不致使屋面防水层开裂而影响使用。
2．结构的稳定性：柔索只能单向受力，即荷载q必须与悬索的垂度f同向，若反向（如：风吸力、地震荷载等），则其形状立即失去稳定，根本无能力反向荷载，非常危险严重者甚至屋盖局部被掀起或完全揭顶。
因此，刚度与稳定是悬索的首要问题，应二者结合起来予以考虑。
3．共振：风载与地震具有随机性。
悬索自身像绷紧的弦，会产生振动，一旦发生共振，房屋即遭破坏，故必须避免屋盖产生共振。
这个问题在桥梁建筑中尤为重要（――）。
4．悬索结构支座拉力的结构处理：这一问题与拱脚推力结构问题同等重要，若悬索支承拉力无可靠着落点，则悬索结构屋盖将全部报废。
第二节悬索结构的组成及受力特点一．悬索结构的组成：1．受拉索：一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳和钢丝束。
钢拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，是结构的主要承重构件。
其特点是只承受拉力，抗弯刚度很小。
因此，对集中荷载及不均匀的分布荷载（风、地震荷载）比较敏感。
2．边缘构件和支承结构：拉索结构都设有支承在下部支承结构上的边缘构件，它的细微变化，都会引起拉索内力的变化；支承结构除了承受竖向力以外，还承受拉索传来的横向拉力。
因此，要求具有较强的侧向结构。
一般说来，拉索自身的用钢量很小，而边缘构件和支承结构却要耗费较多的材料。
二．悬索的基本力学原理：1．拉索是一个中心受拉构件，既无弯矩，也无剪力。
由于索本身是一个非常柔软的构件，抗弯刚度可忽略不计，而且其形状随荷载的性质不同而变化。
悬索结构代表建筑
悬索结构代表建筑南京长江三桥南京长江三桥，是长江南京段继南京长江大桥、二桥之后建设的又一座跨江通道，2005年10月，三桥建成通车。
南京三桥位于现南京长江大桥上游约19km 处的大胜关附近，横跨长江两岸，南与南京绕城公路相接，北与宁合高速公路相连，全长约15.6km，其中跨江大桥长4.744km，主桥采用主跨648m的双塔钢箱梁斜拉桥，桥塔采用钢结构，为国内第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥。
浙江黄龙体育中心主体育场工程概况主体育场（Main Stadium）浙江省新建的大型体育场，系省重点工程项目，总用地面积15公顷总建筑面积近10万平方米，该工程于1997年6月启动建设2000年10月建成并投入使用。
该体育场是座建筑造型新颖，设施齐全、设备先进的现代化体育场，可容纳观众近6万人。
结构类型及特点观众席上部建有双塔斜拉索悬吊式挑蓬，气势雄伟壮观。
结构上首次将斜拉桥的结构概念用于体育场的挑蓬结构，为斜拉网壳挑蓬式，由塔、斜拉索、内环梁、网壳、外环梁和稳定索组成。
网壳结构支撑于钢箱形内环梁和预应力钢筋混凝土外环梁上，通过斜拉锁悬挂在两端的吊塔上。
吊塔为85m搞的预应力混凝土通体结构，筒体外侧施加预应力，外环梁支承于看台框架上的预应力钢筋混凝土箱型梁；网壳采用双层类四角锥焊接球节点形式；斜拉索与稳定索采用高强度钢绞线，由此形成了一个复杂的空间杂交结构。
美国华盛顿DULLES机场美国华盛顿DULLES 机场，是现代主义者芬兰建筑师Eero Saarinen设计，1962 年建造的。
屋盖为平行布置的悬索结构。
华盛顿杜勒斯国际机场得名于1888年——1959年时，美国当时的国务卿约翰·福斯特·杜勒斯。
华盛顿杜勒斯国际机场位于华盛顿市区以西约43千米处，是美国联合航空公司的主要枢纽。
机场的柱子是向外倾斜的。
索拉紧外倾的柱子，在自重和屋面载荷下自然下垂成悬链状。
在柱子之间，有倾斜的梁板，这个板状梁倾斜方向是沿着索的方向的。
悬索结构
3.4. 2悬索结构的计算要点
2. 悬索结构分类
悬索结构分为单层悬索体系、预应力双层悬索体系、 预应力鞍形索网、预应力横向加劲单层索系、预应力 索拱及 张弦结构、悬挂薄壳、张拉整体结构、索膜结 构及混合悬挂结构等形式
（1）单层悬索体系：单层悬索体系是由按一定规律 布置得单根悬索组成，悬索两端锚挂在支撑结构上。 索系布置有平行式、辐射式、网格式三种。
（2）预应力双层悬索体系（索桁架）：双层悬索体 系是由一系列下凹的承重索、上凸的稳定索及两者之 间的连系杆（拉杆活压杆组成）
（3）预应力鞍形索网：鞍形索网是由曲率相反的两组钢索相 互正交做成的负高斯曲率的曲面悬索结构，索网周边悬挂在边 缘构件上。下凹的承重索在下，上凸的稳定索在上，两组索在 交点处连接。
（4）预应力横向加劲单层索系：在平行布置的单层悬索上敷 设与索方向垂直的实腹梁或桁架等劲性构件，通过下压这些横 向构件的两端并加以固定，在索与横向构件组成的体系中建立 起预应力，形成横向加劲单层索系屋盖结构也称索梁体系。
（5）预应力索拱及张弦结构
在鞍行索网中，以实腹式或格构式进行构件代替上凸的稳定索， 张拉承重索或下压拱的两端，使索与拱互相压紧，形成预应力 索拱体系。
3、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件—般也 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用 相对较低。
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。
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
建筑结构第七节悬索结构
错开布置，构成波形屋面
（3）、双曲面双层拉索索系
上索既是稳定索，又直接承载 a)双层内环梁 b)双层外环梁 c)双层内外环梁 d)单层外环梁网状布置 e)双层外环梁网状布置
3、预应力鞍形索网
• 由两组相互正交的、曲率相反的拉索直接 交叠组成，形成负高斯曲率的双曲抛物面。 • 两组拉索中，下凹者为承重索，上凸者稳 定索，稳定索应在承重索之上。
a)
四、悬索结构的尺度
• 主要是承重索的垂跨比与稳定索的拱跨比， 其各体系适宜的尺度如下：
五、悬索结构工程实例
1 、安徽省体育馆
2、北京奥林匹克体育中心综合 馆
• 该屋盖平面尺寸为80m×112m。屋盖结构由三部 分组成：一为两榀 • 双层圆柱面网壳，采用斜放四角锥结构体系；二为 设置在中间屋脊 • 部位的立体桁架，作为网壳一边的支座；三为8对 共16根斜拉索。
2、预应力双层悬索体系
• （1）、一般形式：平行布置，辐射布 置，网状布置 • 由下凹的承重索，上凸的稳定索及它们 之间的连系杆组成 • 承重索垂跨比一般取1/201/15 ， • 稳定索拱跨比一般取1/201/25
（2）、平行索系 • 优点：稳定性好，整体刚度大。适宜于采 用轻屋面 • 对于平行索系，承重索和稳定索可在同一 平面内，也可错开布置，构成波形屋面
二、悬索结构的特点
1、悬索结构的优点 (1)、悬索结构受力合理，用料经济 (2)、施工便捷、施工设施简单 (3)、适应性强，造型美观 (4）、与桁架、钢架、拱和网架等常规结构相比， 悬索结构有以下特点：a 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， 计算悬索结构要采用几何非线性理论。 b 悬索是一种可变体系，其平衡形式随荷载分布 方式而变化。
第六章_6.4悬索结构
第六章 大跨屋盖结构
主要内容
• 1 网架结构 • 2 网壳结构 • 3 拱结构 • 4 悬索结构 • 5 薄壁空间结构
第六章 大跨屋盖结构
4.1 概述
• 悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索。 这些索按一定的规律组成各种不同形式的 （网面）体系，并悬挂在相应的支承结构 上。
• 钢索一般采用由高强钢丝组成的高强钢丝 束、钢绞线或钢丝绳制成。
• 正如前面所讲，曲面结构都是有推力的结 构，所以悬索结构也是一种有推力的结构。
第四节 悬索结构
第六章 大跨屋盖结构
• 悬索结构有很多种结构类型，但基本组成 大致相同。以单曲面单层悬索结构为例， 其基本组成可分为：索网、边缘构件、下 部支承结构以及斜拉索等。
4.2 悬索结构的特点
第六章 大跨屋盖结构
4.3 悬索屋盖结构的类型
第六章 大跨屋盖结构
(3) 双曲面交叉索网结构
• 支承和锚固马鞍形索网的边缘构件，可以根据建筑不同的 平面形状和建筑造型采用斜向边拱、双曲环梁和人字刚架 等形式。
斜向边拱 双曲环梁
斜向边拱 人字刚架
4.3 悬索屋盖结构的类型
第六章 大跨屋盖结构
4.4 悬索屋盖的刚度和稳定
屋面构件都必须与悬索连接牢固，使得各道索之 间能够共同承担荷载和变形。
风吸力一般只出现在屋盖局部，通常在边缘处最 大，因此，必须加强屋盖边缘构件与其下部支承结 构之间的连接，确保安全。
4.4 悬索屋盖的刚度和稳定
第六章 大跨屋盖结构
提高悬索屋盖结构刚度和稳定性的措施 • (2)选择合理的悬索结构类型
一般来说，双层悬索结构的刚度和稳定性比单层 悬索结构要好得多，因此要尽量选用双层悬索结构 的形式。
第七节悬索结构
(7)安装荷载:应分别考虑每一安装过程中安装荷 载对结构的影响,在边缘构件和支承结构中常常 会出现较大的安装应力。结构的蠕变和温度变化 将导致钢索和结构刚度减小,在结构设计中还应 考虑它们的影响。对非抗震设计,荷载效应组合 应按《建筑结构荷载规范》(GBJ5009)计算。在 截面及节点设计中,应按荷载的基本组合确定内 力设计值,在位移计算中应按荷载短期效应组合 确定其挠度。对抗震设计,应按《建筑抗震设计 规范》(GBJ50011)确定屋盖重力荷载代表值 。
(3)建筑造型美观。悬索结构不仅可以适应 各种平面形状和外形轮廓的要求,而且可以 充分发挥建筑师的想象力,较自由地满足各 种建筑功能和表达形式的要求 ,实现建筑和 结构较完美的结合。(4)悬索结构的边缘构 件或支承结构受力较大,往往需要强大的截 面、耗费较多的材料,而且其刚度对悬索结 构的受力影响较大,因此,边缘构件或支承结 构的设计极为重要。(5)悬索结构的受力属 大变位、小应变,非线性强,常规结构分析中 的叠加原理不能利用,计算复杂
(4) 悬索结构的计算应按初始几何状态、预应 力状态和荷载状态进行,并充分考虑几何非线 性的影响。 (5)在确定预应力状态后 ,应对悬索结构在各种 情况下的永久荷载与可变荷载下进行内力、 位移计算:并根据具体情况,分别对施工安装荷 载、地震和温度变化等作用下的内力、位移 进行验算。在计算各个阶段各种荷载情况的 效应时应考虑加载次序的影响。悬索结构内 力和位移可按弹性阶段进行计算。
五、悬索结构的节点构造
1、钢索与钢索 2、钢索连接件 3、钢索与屋面板 4、钢索支承节点
六、悬索结构施工
1、钢索制作 2、钢索安装 3、钢索张拉 4、钢索防腐
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
6悬索结构
屋面形式：上凸、下凹或交叉形。 周边柱项应设置一道或两道受压环梁。
三、交叉索网体系
交叉索网体系也称为鞍形索网，它是由两组相互正 交的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成双曲抛 物面。
交叉索网体系中边缘构件的形式：
1、闭合曲线环梁 2、落地交叉拱 3、不落地交叉拱 4、一对不交叉的落地拱 5、拉索结构
江阴长江公路大桥是 我国首座跨径超千米 的特大型钢箱梁悬索 桥梁，也是20世纪 “中国第一、世界第 四”大钢箱梁悬索桥
意大利南部凡纳弗罗市M&G研究试验室
美国巴尔的摩内港6号码头音乐厅
北京工人体育馆——我国第一座悬索屋盖结构建筑 北京工人体育馆建成于 1961年，其屋盖为圆形 平面，直径94m，采用 车辐式双层悬索体系， 由截面为2m X2m的钢 筋混凝土圈梁、中央钢 环，以及辐射布置的两 端分别锚定于圈梁和中 央钢环的上索和下索组 成。中央钢环直径16m， 高11m，由钢板和型钢 焊成，承受由于索力作 用而产生的环向拉力， 并在上、下索之间起撑 杆的作用。
所谓空间结构（Spatialstructures） ，其形状呈空间状， 并同时具有三维受力特性。优秀的空间结构具有荷载传递路 线最短，受力均匀等特点：而平面楼盖结构，由于构件分为 板、次梁和主梁等“级别”，荷载传递路线长，浪费材料。 自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构，如蛋壳、海螺等 是薄壳结构；蜂窝是空间网格结构；肥皂泡是充气膜结构： 蜘蛛网是索网结构：棕榈树叶是折板结构等等。因此，从某 种意义上来说，空间结构是一种仿生结构，它们比平面结构
分类：单曲面、双曲面、
1．单曲面双层拉索体系 常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
单曲面双层拉索体系中的承重索和稳定索也可以不 在同一竖向平面内，而是相互错开布置，构成波形 屋面
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。
第三章 悬索结构
第三章悬索结构3.1悬索结构的发展和应用概况悬索结构是以只能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系。
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。
工程实例（一）美国Raleigh竞技馆：平面为91.5m×91.5m的近似圆形，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网结构。
工程实例（二）德国多特蒙特展览大厅美国华盛顿杜勒斯机场候机楼工程实例（三）北京工人体育馆：屋盖为直径94m的圆形平面，采用的是车辐式双层悬索体系。
其他图片。
悬索结构的优点：1、悬索结构是通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯矩和剪力效应，因此其可充分利用钢材的强度；2、悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面，因此能够较好地满足建筑功能和造型需求，是建筑师乐于采用的结构形式之一；3、当采用高强度钢材时，大大减轻结构的自重，同时由于屋盖结构一般也较轻，屋盖安装不需要大型起重设备，故可较为经济地跨越很大的空间；4、目前悬索结构连接节点的加工技术和锚固系统已很完善，预应力张拉工艺及控制技术也非常成熟，因此悬索结构的加工、制作和施工也比较方便。
3.2 悬索结构的形式与分类1.悬索屋盖的基本构成悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支承系统三部分构成。
(1) 悬索系统是指悬索屋盖中跨越水平距离、形成大空间的主要受力结构部分。
其由一系列按一定规律布置的高强钢索及联系钢索之间的杆件组成。
悬索系统起到形成屋面、承担屋面荷载并将其传至支承结构的作用。
悬索结构
悬索结构简介
1986年 吉林滑冰馆 当年修建悬索结构统计：数量：2座 面积：6300平米
悬索结构简介
• 1989年 安徽省体育馆 当年修建悬索结构统计：数量：4座面积：10261平米
都昌人民广场膜结构小品
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。这种状态 同当时蓬勃兴起的新的建设形势形成了明显的反差。在设 计日益增多的如体育馆等一些大型公共建筑时，普遍感到 结构形式的选择余地很有限，无法满足日益发展的对建筑 功能和建筑选型多样化的要求。
（二）索预拉力的施加方案 一般采用张拉钢索法对大跨度张弦梁结构施加预拉力。 钢索可以在张弦梁结构各构件装配在结构支座处后一次张拉; 也可以在临时支架上进行张拉，张拉完毕后再提升并滑移至 结构支座处。对在临时支架上张拉的张弦梁结构，可能还有 必要在其安装到结构支座处后再次张拉，即分批张拉。进行 分批张拉的原因有二：其一，考虑到张弦梁整体刚度形成后 的强几何非线性和屋面荷载尚未施加等因素，若在临时支架 上将全部预拉力一次施加上去，可能导致结构变形太大，无 法获得理想的几何位形；其二，对安装在支座上的张弦梁结 构再次张拉可以调整几何位形方面的施工误差，提高施工质 量。 索内预拉力的施加方法和方案应根据结构特点、张拉机 具、锚具特点和吊装能力等综合确定，必要时可以采用不同 方法的组合方式以施加预拉力。
第4章 悬索结构(完海鹰)
2011年4月16日
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第4章 悬索结构
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我国现代悬索结构发展于50年代末、六十年代初，代表 作为北京工人体育馆和浙江人民体育馆。 1961年建成 北京工人体育馆屋盖直径为94m的圆形平 面，采用车辐式双层悬索体系。 1967年建成 浙江人民体育馆椭圆形平面，长轴80m，短 轴60m，采用双曲抛物面正交索网结构。 文革时期，屋盖的悬索结构陷入停顿。直到1980年，成 都城北体育馆的建设（D=61m，双层车辐式悬索结构， 比北京工人体育馆有所改进），拉开了我国悬索结构的 新的发展阶段。 1986年建成的吉林滑冰馆，为59mX77m的矩形平面， 采用预应力双层悬索结构。 其他
哈理工
建筑工程学院
2011年4月16日
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第4章 悬索结构
（5 ）组合悬索结构 5 将两种或两种以上的悬索体系（索网、单层索 系、双层索系等）和强大的中间支承结构组合在一 起，可形成形式各异的组合悬索结构。
哈理工
建筑工程学院
2011年4月16日
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德国慕尼黑溜冰馆组合索网结构
哈理工 建筑工程学院
2011年4月16日
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第22届奥运会游泳馆劲性索屋盖结构
哈理工
建筑工程学院
2011年4月16日
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索拱体系
哈理工
建筑工程学院
2011年4月16日
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四川省体育馆的组合索网结构
哈理工
建筑工程学院
2011年4月16日
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北京朝阳体育馆的组合悬索结构
哈理工 建筑工程学院
2011年4月16日
悬索结构
悬索结构的型式 交叉索网体系
单层平行索之上 或之下增设与之正 交的稳定索，形成 双层平行索系。 两组拉索中，下 凹者为承重索，将 屋面荷载传到边缘 构件，上凸者稳定 索，将风吸力传到 边缘构件，稳定索 应在承重索之上。
一般张拉稳定索，使两组索均 获得预应力。 刚度大，变形小，稳定性好， 抗动荷载能力优。
概述 悬索结构的发展
我国现代悬索结构之发展始于50年代后期和80年代。北京 的工人体育馆和杭州人民体育馆是当时的两个代表作。 北京工人体育馆：建于1961年，其屋盖为圆形平面，直径 94m，采用车辐式双层悬索体系，由截面为2m X2m的钢筋 混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于 圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m， 高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的 环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。 杭州体育馆：建于1966年，采用马鞍形悬索屋盖，建筑平 面椭圆形，长轴80m，短轴60m。
承重索和稳定索在同一竖平面内
悬索结构的型式 双层悬索体系 1）单曲面双层拉索体系
单曲面双层拉索体 系中的承重索或稳 定索也可以不在同 一竖向平面内，而 是相互错开布置， 构成波形屋面可有 效地解决屋面排水 问题。承重索与稳 定索之间靠波形的 系杆连接，并借以 施加预应力。
承重索和稳定索不在同一竖平面内
概述 悬索结构的发展
1961 北京工人体育馆
1966 杭州体育馆
悬索的受力与变形特点 索的支座反力
由 ，支座反力为 Y 0
1 V A VB ql 2
索中任一截面的弯矩为零， 以跨中截面为矩心，则有：
1 2 ql Hf 0 8
式中， M 0 1 ql 2
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悬索结构的建筑分类
悬索按受力状态分成平面结构和空间结构。
平面悬索结构
主要在一个平面内受力的平面结构，多用于悬索桥和架空管道。
按结构形式分为：①单层悬索结构。
可用做柔式悬索桥，也可用于屋盖，结构刚度较小，在可变荷载作用下变形较大，宜在索上铺设重屋面。
②加劲式单层悬索结构。
通过在索下面若干吊杆吊有加劲桁架（或加劲梁），以增强结构的刚度。
③双层悬索结构。
其上索与下索曲率相反，并通过其间的受拉斜腹杆中施加预应力而具有较好的刚度。
空间悬索结构
一种处于空间受力状态的结构，多用于大跨度屋盖结构中。
按结构形式分为：
①圆形单层悬索结构。
用于圆形平面的屋盖，其索按辐射状布置，整个屋面形成下凹的旋转曲面。
各根索的外端固定于周边的钢筋混凝土圈梁上，内端固定于圆心附近的拉环上。
当圆心处允许设柱时，可形成伞形悬索结构。
②圆形双层悬索结构。
其外形与上述结构类似，只是有上下两层索，从而可以有不同布置形式的预应力拉杆以增强刚度。
中国北京工人体育馆直径94米的比赛大厅屋盖即采用了这种结构形式。
其圆心附近的拉环除承受环向拉力外，在竖直方向还承受压力。
③双向正交索网结构。
由互相正交的两组索组成。
下凹的一组为承重索，上凸的一组为稳定索，两组索形成负高斯曲率的曲面。
对其中一组索
施加预应力时，另一组索也同时获得预应力的效果。
通过施加预应力，可使两组索在屋面荷载作用下始终贴紧，且获得良好的刚度。
这种索网可用于椭圆平面、矩形平面、菱形平面或其他平面的屋盖。
意大利米兰体育馆屋盖采用了圆形平面的马鞍形索网结构，直径140米，是目前世界上最大的索网结构。
中国浙江省人民体育馆屋盖采用80×60米椭圆平面的马鞍形索网，其索端固定于一个空间曲梁上。
为了减小曲梁内的弯矩，在索网下还设置了一层水平拉索。
除上述悬索结构外，工程中还常用斜拉索结构，如斜张桥和斜拉索屋盖。
这种斜拉索主要是用来减小屋面或桥面结构构件的跨度，以满足整个结构的大跨度要求和达到节省材料的目的。
随着卷材薄钢板的发展，近年来，有的国家采用悬挂板带结构。
如联邦德国法兰克福航空港飞机库的屋盖，平面尺寸达270×100米，分为两跨，每跨由10条长13米、宽7.5米的板带组成，板带之间用3米宽的采光带隔开。
除上述各种悬索外，还有一种结构是利用钢索来吊挂混凝土屋盖的，这种结构叫悬挂式结构，其特点是：充分利用钢索所具有的抗拉特点，而减小钢筋混凝土屋盖所承受的弯曲力。
下图所示日本代代木体育馆，采用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构，创造出带有紧张感、力动感的大型内空间。
在各种形式的悬索结构中，索的边缘构件及地锚的合理性和可靠性具有极其重要的意义，在一定程度上决定着结构的技术经济指标和安全。