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1浅谈悬索结构悬索结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。因为索主要承受轴向拉力，可以最大限度的利用钢材的强度，如果再配以高强轻质的材料，可以大大减轻结构自重，经济的跨越很大的跨度。悬索结构也是二战后发展起来的：由于钢的强度很高，很小的截面就能够承受很大的拉力，因而早在本世纪初就开始用刚索来悬吊屋顶结构。当时，这种结构还处于幼年时代，悬索在风力的作用下容易产生震动或失稳，一般只用在临时性的建筑中。二次大战后，一些高强度的新品种钢材相继问世．其强度竞超过普通钢几十倍，但刚度却大体停留在原来的水平上，最合逻辑的方法就是以受拉的传力方式来代替受压的传力方式．悬索结构正是在这种情况下应运而生的。悬索结构主要是由三部分组成：悬索系统、覆盖系统和支撑系统。悬索系统是悬索屋盖中跨越水平距离，形成大空间的重要构件，通常由一系列按一定规律布置的高强度钢索及附件组成。悬索系统起着构建屋面形状。承担屋面荷载并将其传至支撑结构的作用。覆盖系统位于索系之上，覆盖系统的作用就是形成一个保温、隔热、防水的面层。完成屋盖本身的建筑功能。支撑系统是由圈梁或水平横梁、立柱或拱等构件组成，它承受悬索系统传来的荷载，并将它们传向基础。土木工程中悬索结构的形式主要有：单层悬索结构，双层悬索结构，索网结构。单曲面单层悬索结构形成下凹的单曲率曲面，一般用于矩形平面的单跨建筑。悬索在均布荷载作用下必然下垂而呈悬链曲线的形式，索的两端不仅会产生垂直向下的压力，而且还会产生向内的水平拉力。单向悬的稳定性很差，特别是在风力的作用下，容易产生振动和失稳。单层悬索结构有着很大的缺点，就是稳定性很差,为了提高结构的稳定性和抗风能力，还可以采用双层悬索或双向悬索。双层悬索结构是在平行拉索体系的基础上增设一层反向曲率的钢索构成的，以此来增强拉索的稳定性。双层悬索结构面呈圆形，索分上下两层，下层索承受屋顶全部荷重，称承重索；上层索起稳定作用。为稳定索，上下两层索均张拉于内外两个圆环上而形成整体，其形状如自行车车轮．故又称轮辐式悬索结构。这种形式的悬索结构不仅受力状况均衡、2对称，而且还具有良好的抗风能力和稳定性。布鲁塞尔世博会的美国馆便是采用的上述悬索结构。（图为拉莱城牲畜贸易馆）除双层悬索外，用双向悬索分别张拉在马鞍形边梁上，也可以提高结构的稳定性。索网结构是由两组相互正交、曲率相反的钢索直接交叉组成的，这种索网形成由正、负高斯曲率构成的双曲抛物面，所以也常被称之为鞍形索网，所以也常被称之为鞍形索网。这种形式的悬索结掏承重索与稳定索具有相反的弯曲方向，向下凹的一组索为承重索，承受屋顶的全部荷重，向上凸的一组索为稳定索，这两组索交织成索网．经过预张拉后形成整体，具有良好的稳定性和抗风能力。这种结构常见于上世纪的大型体育馆。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。还有一种结构是利用钢索来吊挂混凝土屋盖的，这种结构称之为悬挂式结构，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季受的弯曲力。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。悬索结构在结构上的特点：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3的强度。3.可以创造具有良好物理性能的建筑空间。4.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。如论哪种索结构容易变形，首先就是单层悬索结构，因为双层悬索结构比单层索结构最大的优势，就是双层悬索结构上部是承重索，下部是稳定索，这种索结构在承重索和稳定索之间都有支撑杆连接，两种索形式共同受力，达到应力自平衡之后就很稳定了，。而单层单曲面悬索结构只有承重索能发挥作用，并且对悬索周边的支撑构建要求也非常严格，必须能承受很大的预应力。这里面结构最稳定的就是马鞍型索网结构，一是结构形式很科学，二是它的受力原理属于分散式受力，作用在接触面的每一点上。但鞍型索网施工费劲，造价也高，一般都提倡预应力双层悬索结构。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。悬索结构除跨度大、自重轻、用料省外，在建筑设计上还具有以下一些特点：1平面形式多样，除可覆盖一般矩形平面外，还可以覆盖圆形、椭圆、正方形、菱形乃至其它不规则平面的空司，使用的灵活性大、范围广；2、多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感；3主剖面呈下凹的曲线形式，曲率平缓，如处理得当既能顺应功能要求又可以大大地节省空间和空调费用；4外形变化多样，可以为建筑体形和立面处理提供新的可能性。在建筑设计中。如果处理好建筑功能与结构的关系，可以创造出优美的建筑空间和形体。例1：日本静冈县体育馆。4平面采用正方菱形，屋顶采用双向悬索结构。承重索，稳定索分别与菱形的两条对角线相平行。下凹的承重索与看台有良好的呼应，空间利用既经济又巧妙。例2：日本代代木体育馆。这是日本1964年东京奥运会时兴建的体育馆。游泳馆设有竞赛池和跳水池，可容纳15000名观众，并可提供滑冰场地。屋顶采用悬索结构，用钢索固定在两根钢筋混凝土柱上，覆以金属板材质屋面。代代木体育馆是悬索结构应用于大跨度结构屋顶的一个经典案例。巧妙地运用悬索结构，不仅可以让充分发挥结构和材料上功能，还可用多变的曲面营造出其它不规则的空间，使用的灵活性大、范围广。悬索结构为大跨度建筑体形和立面处理提供了丰富的选择。09建筑学学号