索膜结构基础知识

➢增加稳定性的措施 •单层悬索结构宜采用重屋面，如装配式钢筋混凝 土板； •采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳； •设置横向加劲构件。加劲梁或桁架分配局部荷载 及将索连成整体。
2. 双层悬索体系
由一系列下凹的承重索和相反曲率的稳定索组 成。每对索之间通过受拉钢索或受压撑杆连系，构 成如桁架形式的平面体系，称索桁架。
➢双层双向布置
凹形布置
凹凸形布置
凸形索网布置
凹形索网布置 凹凸形索网布置
3. 鞍形索网体系
索网结构是同一曲面上两组曲率相反的单层悬 索系统相交而成，下凹向为承重索，上凸向为稳定 索。
4. 混合悬挂体系
采用柔性的悬索体系与刚性的受弯构件（梁、 网架、网壳、桁架等）相结合，可组成共同抵抗 外荷载的各种混合体系。
索膜结构
一．悬索结构的形式与选型 二．悬索结构的分析计算 三．悬索结构的设计与构造 四．膜结构简介
承重结构的基本承重构件采用受拉工作的悬索 或张拉的薄膜，称为悬索结构或膜结构。由于受 拉构件的承载能力决定于强度而不是稳定性，因 而能充分发挥钢索和膜材受拉工作时强度高、自 重轻的特点。同时，由于覆盖材料自重轻，使承 重结构的重量较小，因而悬索结构和张拉薄膜结 构更适合于在大跨度结构中使用。
通常由7根、19根、37根和61根相互平行的直径为 4mm或5mm的高强钢丝组成。
2. 钢绞线
一般由7根钢丝捻成，1根在中心，其余6根围绕中 心钢丝按同一方向缠绕而成。
3. 钢缆绳
一般由7股钢绞线捻成，1股在中心，其余6股围绕
中心钢绞线按同一方向缠绕而成。
第二节 悬索结构的分析计算
悬索结构的计算一般按弹性理论，假定索是理想柔性 的，既不能受压，也不能抗弯，但承重索和稳定索之间 的连杆绝对刚性。在基本假定的基础上可建立索曲线的 平衡微分方程，再根据荷载及边界条件求出索的张力。
c l
xBiblioteka Baidu
T H ds H dx2 dz2 H 1 dz 2
dx
dx
dx
2
H
1
4f l
1
2x l
c l
➢当竖向荷载沿索长均匀分布
q
qds qz dx
将
qz
q ds dx
代入方程
H
d 2z dx 2
qz
0
H
dz
2
q
1 dz 2
0
dx
dx
结合边界条件得一悬链线方程
稳定索可以抵抗风吸力的作用，同时，相反曲 率的稳定索和相应的索杆能对体系施加预应力，使 每对索均保持足够大的张紧力，提高了整个结构的 稳定性与刚度。
承重索的垂跨比：1/20～1/15；稳定索的矢跨比 1/25～1/20。
➢双层单向布置
索桁架的一般形式 索桁架的平面布置与交错布置
➢双层辐射式布置
凸形布置
一．单索基本力学性质 1. 基本假定
➢ 索是理想柔性的，只能承受拉力，不能承受 压力、 剪力和弯矩 ；
➢ 索材料的力学特性满足虎克定律。
2. 索的平衡方程
单索 T
T
dz
X 0
Z
0
dH dx
qx
0
d
dx
Hdz dx
q
z
0
两个方程，两个未知数 H、z
当只考虑竖向作用，则 qx 0, H C
第一节 悬索结构的形式与选型
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。 一．结构特点
➢受力合理，材料强度利用效率高； ➢结构重量轻，适作各式大跨建筑；
➢施工方便，不需要大型起重设备； ➢边缘构件或支承构件受力较大，且其刚度对 结构受力影响较大； ➢属于柔性结构，受力时大变位、小应变，计算 复杂。
H
d 2z dx2
qz
0
➢当竖向荷载沿水平方向均匀分布时，qz q
d2z q dx2 H
z
q 2H
x2
C1x C2
边界条件
z
z
x0 xl
0 c
z q x lx c x
2H
l
一族抛物线
设跨中垂度f，则 x l 2，z c 2 f q
H
ql 2 ，z 8f
4f l2
x lx
q
q
qz
q
ds dx
qx q
qz
q
ds dx
c
0,
z
H q
cosh
cosh(
qx H
),
ql 2H
与抛物线比较，当 f l 0.2，z f 误差仅为0.11%
从已建工程看，f l 0.04～0.15，多为0.05~0.1。
故计算时可以抛物线代替悬链线。
➢当竖向荷载为任意分布时
将索的关系方程 进行比较
索长s
l
➢几何关系
当为小垂度时，
dz 2、 dz0
2
与1比均为小量
此类结构或用钢索悬挂其他构件，或由钢索 对其他构件提供附加支点，或用刚性的构件来加 强悬索的稳定性，以减小不均匀荷载作用下的机 构性位移。桥梁中的斜拉桥和悬索桥也属于这类 混合体系。
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三．钢索材料
1. 平行钢丝束
f n 0xn有
n1 n!
1 dz 2 1 1 dz 2 1 dz 4
dx
2 dx 8 dx
根据精度要求，对 f l 0.1可取前两项，
对于0.1 f l 0.2可取前三项
4. 索变形协调方程
l0
s s s0 l l l0 ur ul
z0
z
索长 s0
系，其平衡形状随荷载分布方式而变。在恒载作用下 呈悬链线形式，在不对称荷载或局部荷载作用下产生 大的位移（机构性位移）。索的张紧程度与索的稳定 性（抵抗机构位移的能力）成正比。
单层悬索结构的抗风能力差，在风吸力作用下悬 索内的拉力下降，稳定性进一步降低。
垂跨比的影响：垂跨比大，稳定性和刚度大，索拉
力小，但占用空间。通常取1/20～1/10。
二．悬索结构的分类
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. 单层悬索体系
➢ 单层单向悬索结构 由许多平行的单根拉索组成，构成单曲下凹屋
面，拉索两端悬挂在稳定的支承结构上。 ➢ 单层辐射状悬索结构 ➢ 单层网状悬索结构
➢受力特点 单层悬索结构的形状稳定性不好，是一种可变体
z — qz与梁的关系方程
M
— qz
索
d2z H dx 2 qz 0
梁
d 2M dx 2
qz
0
zM H
对于（b）图有索曲线方程
z M x简 c x
Hl
3. 索长计算
ds dx2 dz2 dx 1 dz 2
dx
B
l
s ds
1 dz 2 dx
A
0
dx
由f x f 0