悬索结构

索网的各种形式 Different Forms of Cable Net
预应力索网的工程实例
Examples of Cable Net
美国雷里体育馆 The Raleigh Arena, USA (a 剖面 Section b 立面 Elevation)
美国雷里体育馆 The Raleigh Arena
芬兰赫尔辛基冰上运动场
吉林滑冰馆
Jilin Ice-Skating Rink，China
吉林滑冰馆——预应力空间双层索系 Spatial Double-layer Cable System for Jilin Ice-Skating Rink
• （2）辐射式悬索结构，又叫做车辐式悬索结 构，通常用于圆形屋盖，其结构布置就像自行 车轮一样，结构中部设置一刚性拉环，承重索 和稳定索沿辐射方向布置，周围支承在周边构 件上（一般为受压圈梁），承重索和稳定索之 间可以设腹杆，也可不设（图6.3-5）。在图 6.3-5c不设腹杆的体系中，上索既是稳定索， 又直接承受屋面传来的荷载，以支反力的形式 将部分荷载传给刚性拉环，承重索（下索）即 承受拉环传来的集中荷载。其预应力施加通过 拉环这一集中腹杆得以实现。
图6.3-1 美国Raleigh竞技馆
悬索结构的类型
Basic Types of Cable-suspended Structures
1.单层悬索加重屋面 Single-Layer Cable System with Heavy (R.C.) Slabs 2.预应力“悬挂薄壳” Pre-stressed “Suspended Shell” 3.预应力双层索系 Double-Layer Counter-Stressed Cable System 4. 预应力索网 Pre-stressed Cable Net 5. 劲性悬索 Suspended “Rigid Cables” 6. 横向加劲平行索系——索-梁(桁)体系 Parallel Cables Stiffened with Transverse Beams or Trusses 7. 索-拱体系 Cable-Arch System
青岛体育馆的组合索网结构 The Qingdao Gymnasium, China
5.设置横向加劲构件——形成“索梁体系”或 “索桁体系” Cable-Beam(Truss) System——Introduction of Transverse Rigid Elements
横向加劲构件 (梁或桁架)的 作用： • 借以施加预 应力 • 匀开集中荷 载 By means of the Transverse beams(or trusses): •The cables can be pre-tensioned. •The concentrated load can be distributed to adjacent cables.
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图6.3-2b 辐射式单层悬索体 系
图6.3-2c 双向单层悬索体 系
2.悬挂薄壳——单层重屋面体系的进一步演进。 Suspended Shell- the further development of single-layer cable system with heavy slabs.
德国慕尼黑奥林匹克体育中心体育场
The Munich Olympic Stadium
体育场主看台的帐篷式索网示意图 The Sketch of the Cable Net for the Stadium
体育场主看台的帐篷式索网 The Cable Net of the Stadium
施工中的索网结构 Cable Net under Construction
德国乌柏特市游泳馆
A Swimming Hall in German
结构剖面
Structural Cross-Section
• 双层悬索体系
双层悬索屋盖的基本构成单元是索桁架（图 6.3-3）。索桁架承重索、稳定索和联系承重索 和稳定索的腹杆组成，其中，负高斯曲率的为 承重索，正高斯曲率的为稳定索。正是由于承 重索和稳定索曲率相反，其通过腹杆传递的预 应力可以互相平衡，因此索桁架中能维持预应 力。正是由于预应力的存在，稳定索能和承重 索一起抵抗竖向荷载的作用，从而提高整个结 构的刚度。在动荷载作用下，这种体系也具有 很好的抗震性能。根据索桁架的平面布置方式， 双层悬索体系可以分为三种形式：
6.劲性索 Rigid Cable（具有一定抗弯刚度的构 件或桁架）
第22届奥运会游泳馆劲性索屋盖结构
The Moscow Swimming Hall
第22届奥运会游泳馆劲性索屋盖结构
The Moscow Swimming Hall
(b 劲性索与拱的铰接 c 拱脚)
7. Hybrid System 混合体系
• 由两个边缘水平拱和一个垂直中央拱组 成。中央拱与两边看台后的水平拱间拉 承重索，稳定索与之正交。中央拱两边 承重索的水平拉力形成平衡，但当两侧 荷载变化时，原来的平衡就被破坏。而 拱平面外刚度很小，对拱面外力几乎没 有办法，因此将中央拱设计为具有平面 外转动功能的大拱，当拱两侧屋面挠度 变化时，拱也跟着转动到新的位置（图 6.3-10）。
• 索网结构是同一曲面上两组曲率相反的 悬索直接交叠，形成的一种负高斯曲率 的网状悬索结构体系，也称为鞍形索网 （图6.3-7）。两组钢索中，下凹的为承 重索（主索），上凸的为稳定索（副 索）。两组钢索在相交处相互连接。沿 索往边缘需设置强大的边缘构件，以锚 固两组钢索。周边可以做成闭合圈梁 （图6.3-7a），也可以做成强大的边拱， 将荷载直接传给基础（图6.3-7b、c）。
圆形平面双层索系实例
Examples of Double-layer Cable System with Circular Plan
前苏联列宁格勒体育馆结构简图
圆形平面双层索系实例
Examples of Double-layer Cable System with Circular Plan
1958年布鲁塞尔世界博览会美国馆结构剖面
悬索结构
Cable-suspended structures
索的形状是不稳定的(随荷载分布形式变化)。 必须采取不同的构造措施，以形成各种具有形状 稳定性的悬索体系。 使索具有一定刚度的方法就是施加预应力， 要改变一根松弛的绳子的形状容易，把绳子绷紧， 它就具有了一定的刚度，可以承受垂直于它的荷载 作用。
• 支承系统由圈梁或水平横梁和压杆、立 柱或斜拱等构件组成。它承受着悬索系 统传来的荷载，并将它们可靠地传至基 础。支承结构的合理性和可靠性直接影 响着整个屋盖结构的经济与安全。 • 覆盖系统一般位于索系之上，由檩条、 彩板、保温防水材料或钢筋混凝土预制 板组成。其作用是形成一个保温、隔热、 防水的屋面，完成屋盖的建筑功能。在 一些情况下如单层索体系屋盖中也可对 索施加预应力形成自平衡体系而实现其 结构功能。
• 双向双层悬索结构（图6.3-6），将索桁 架沿相互交叉（或正交）的两个方向布 置，形成交叉网格。一般用于圆形平面， 也可-5 车辐式双层悬索
图6.3-6 双向双层悬索
圆形平面的双层索系 Double-layer Cable System with Circular Plan (arranged radically or orthogonally)
首都工人体育馆
The Workers’ Gymnasium, Beijing
4.预应力鞍形索网 Pre-stressed Cable Net
为了施加预应力，两个方向的索曲率相反，因此预应力 索网的曲面必定是负高斯曲率的鞍形曲面。
Pre-tension requires that the cables of two directions should have counter curvatures, So that cable net always has a surface of negative Gaussion curvature.
利用不同型式的结构受力性能的不同，或不同材料的强度性 能的不同，使各种结构充分发挥各自的特长，使各种材料取 长补短共同工作，有时还可使承重结构与维护构件合二为一 ，达到材尽其用的目的。即各种“复合结构”与“复合材料 ”。其造型活泼明快、易于变化，能适应多种边界条件。
• 单层悬索体系又可以分为以下三种： • （1）单向单层悬索体系是由一系列的承 重单索构成的结构体系。此类悬索结构 形式常适用于矩形平面的建筑屋盖，可 以是单跨，也可以用于多跨。
图6.3-2a 单向单层悬索体系
（2）辐射式单层悬索体系（图6.3-2b） 。 是由一系列的沿径向辐射布置的承重索 组成，通常适用于圆形平面的建筑屋盖。 （3）双向单层悬索体系（图6.3-2c），是 由两个方向相交（或正交）并曲率方向 相同的承重索系构成，可以适用于圆形、 矩形等多种平面的建筑屋盖。
1.单层索系加重屋面
设置重屋面的作 用——使均布重力荷载具有优势，以保 证初始形状的相对稳定性。
Single-layer Cable System with heavy slabs, in which the superiority of uniform dead load ensures the basic shape-stability.
a)
b)
c)
d)
图6.3-7 索网结构的典型形式
• 对索网结构也必须施加预应力，以提高 体系的稳定性和刚度。由于两组相反曲 率的悬索的存在，对其中任何一组或对 两组同时进行张拉，均可实现预应力。 索网的工作原理和双层索系非常相似， 因此预应力足够大时索网具有良好的结 构稳定性和刚度，可以采用轻屋面。 • 索网结构体系多样，容易适应建筑需要， 屋面排水也较易处理，因此近年来获得 了广泛应用。
a）