全张拉结构,先进大跨结构概念与实例简介PPT

1、说明： 悬索结构，索网结构，膜结构和索-膜结构，索杆结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用,可总称为张拉结构。其中张拉整体结构（全张力结构）是索杆结构的一个特例,它由连续的拉索与不连续的压杆组成的自平衡结构体系。本PPT概念与特点部分为全张拉结构相关，其它部分与张拉结构相关。第一章： 全张拉结构概念 全张拉结构即张拉整体式结构：一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间网格结构 。 至今还没出现符合严格意义上的全张拉结构建筑。 张拉结构还在不断的发展过程中，有关张拉结构的的界定和分类有较多的方式，许多名称还并不统一。1.含义 由三部分组成：张拉组件、边缘组件和支撑组件

2、。 起主要力学作用的拉力构件，这是与其他结构体系相区别的主要特征。 边缘构件和支承结构是张拉结构赖以“生存的基础”。2.组成 1996年亚特兰大奥运会主场馆一乔治亚弯顶，覆盖193x240平方米的椭圆形空间,而用钢量不到30kg/m。索穹顶为张拉组件，外围环梁与其下立柱为边缘组件和支撑组件。 位于沙特阿拉伯首都利雅得法赫德国王国际体育场是1989年世青赛的主赛场，也是后来沙特国家队的主场。索与膜为张拉组件，内拉环，地锚与桅杆为边缘组件和支撑组件。(1)结构是由索和杆组成的自支撑体系, 结构中受拉的索是赖以形成自支撑的单元。(2)结构是由预应力提供刚度的, 预应力越大刚度也越大。(3)结构本身应

3、力自平衡, 这样预应力才能为结构提供刚度。(4)与其他空间结构相比, 结构的几何形状对其力学性能的影响较大。(5) 在加载过程中, 结构逐步调节并重新分布结构的刚度。如果单元结构中的某一根索发生松弛, 结构仍能继续承受荷载。3.特点（全张拉结构） 单层轴对称无预应力悬索结构是一种可变体系，平衡形式随荷载分布形式而变。为使单层悬索体系屋盖具有必要的稳定性，一般采用重屋盖。而单层辐射状式张拉结构形式，悬索始终保持较大的张紧力，提高其稳定性，使轻型屋盖的运用有了可能性。单层轴对称无预应力悬索屋面单层马鞍面车辐式张拉结构对第二条特点第二章： 张拉结构特征 悬索结构，索网结构，膜结构和索-膜结构，索杆结

4、构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用,可总称为张拉结构。1.结构形式 对于施加预张力的单层悬索结构有单层辐射状悬索结构。 单层辐射状悬索结构 单层辐射状式张拉结构形式，其外压环高低起伏，进而形成了马鞍形的索系屋面，索系之间自平衡，存在初始预应力态。这种类型的单层悬索结构摆脱了以往对重屋面的依赖，可以和膜材相配合，使屋面显得轻盈通透。该结构类型直到最近才在科威特的贾比尔艾哈迈德体育场（在工程实例中有介绍）得到应用。 单层辐射状悬索结图 （1）悬索结构单层悬索结构 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（拉杆或压杆）组成。双层悬索体系中，两层索具有三种布置方式，凹向相

5、背布置，凹面相对布置，交叠布置（如下图所示）。双层悬索结构 索网体系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。预应力索网体系的空间形态丰富，最富变化。（如下图所示）（2）索网结构 加拿大卡尔加里体育馆是北美冰球职业联赛卡尔加里火焰队主场，于1983年竣工，曾举行过1988年冬季奥运会的滑冰与冰球比赛项目。屋面结构 为鞍形索网结构。 膜结构是以性能优良的织物为材料，利用柔性拉索或刚性骨架将膜面绷紧，也可向膜内充气来支承膜面，从而形成具有一定刚度并能覆盖较大空间的结构体系。 膜结构可分为张拉膜结构

6、和充气膜结构。 张拉膜结构是利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力,从而形成具有一定刚度来承受自重与外荷载的结构。 张拉膜结构包括悬挂膜结构，索膜结构，骨架支撑膜结构。（3）张拉膜结构 位于英国伦敦的千年穹千年穹直径320米，周圈大于1000米，有12根穿出屋面高达100米的桅杆，屋盖采用圆球形的张力膜结构。膜面支承在72根辐射状的钢索上，这些钢索则通过间距25米的斜拉吊索与系索被桅杆所支撑，吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。是迄今为止单体面积最大的张拉膜结构，其覆盖面积大八万多平方米。 索杆结构是由铰接二力杆和索单元构成的结构体系,多用于点支式玻璃幕墙结构支承体系。 其中张拉整体结构（

7、全张力结构）是索杆结构的一个特例,它由连续的拉索与不连续的压杆组成的自平衡结构体系。 索穹顶结构是在吸收了大量张拉整体结构体系研究成果的基础上发展起来。迄今为止应用与实际工程张拉整体体系的是周边支承于受压环梁上的索弯顶结构。 从结构的观点看，索穹顶结构体系是一种受力合理，结构效率高的结构体系。它由连续的拉索和不连续的压杆组成,完全体现了Fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中的思想”。（4）索杆结构 目前实际工程中的索弯顶有两种类型,根据设计者的名字命名为Geiger型索穹顶和Levy型索穹顶（如a，b图所示）。Geiger型索弯顶结构较为简单,施工难度低。它的几何形状类似于平面桁架,所

8、以结构的平面内刚度较小。同时由于该体系结构内部存在着机构,当荷载达到一定程度时,易出现整个结构的分支点失稳的情况。Levy型索弯顶是美国工程是M.Levy等对Geiger型索弯顶的改造，增加了结构的复杂性,使结构构成立体桁架形式,消除了内部机构,几何稳定性明显提高。乔治亚弯顶和阿根廷的La Plata体育馆采用的就是Levy型索穹顶。索穹顶结构（1）场所适应性 膜结构在空间和平面布局上的高度灵活性,使其往往与特定的自然或城市环境极其自然地融为一体。（2）空间适应性 膜结构能提供灵活可变的空间形状，满足使用者功能需求。（3）形态适应性 膜通过张拉具有多种艺术形态，具有极强的个性与表现力，符合使用

9、者的审美要求。2.张拉结构适应性（以膜结构为例）（4）结构适应性 具有效能与经济，强度与稳定。简单与明确，轻与薄等特点。这也是建筑和结构设计之间的结合点。（5）生态适应性 膜结构能够自身的合理设计具有透光，通风功能，具有降低能耗的效果。符合“绿色，环保”的建筑发展主题。 沙特阿拉伯吉达的阿卜杜勒阿齐兹国王机场地处沙漠干旱炎热地带,约70%的阳光和热能被屋顶反射出去,只有约10%进入到空间内部,在满足自然采光的同时,也能保持屋顶覆盖下空间的凉爽。 法赫德国王国际体育场位于沙特阿拉伯首都利雅得。其高耸桅杆顶部高处布置通风口已形成烟囱效应，热空气从高处的通风口不断排出,室内形成的负压会使室外凉爽空气

10、从低处通风口不断进入，起到了良好的通风效果。 位于科威特首都科威特城的贾比尔艾哈迈德国际体育场屋面为马鞍形张拉单层辐射状悬索结构。这种类型的单层悬索结构摆脱了以往对重屋面的依赖，可以和膜材相等轻型屋面配合，使屋面显得轻盈通透。（1）悬索结构 单层悬索结构3.工程实例 戈特利布戴姆勒体育场位于德国斯图加特。它最大的特色是观众席的屋顶，屋顶由聚酯织物构成，精美的结构与花纹，给人怀旧的感觉。屋顶结构为双层外压环和单层内拉环的双层辐射状悬索结构。双层悬索结构 实例1：慕尼黑奥林匹克体育场是1972年德国慕尼黑夏季奥运会的主体育场，以颇具革命性的帐篷式屋顶结构闻名。其整个棚顶呈圆锥形，由网索钢缆组成，每

11、一网格为7575厘米，网索屋顶镶嵌浅灰棕色丙烯塑料玻璃，用氟丁橡胶卡将玻璃卡在铝框中，使覆盖部分内光线充足且柔和。（2）索网结构 实例2：位于于贵州省黔南州平塘县的大窝凼洼地在建的世界最大口径射电望远镜（简称FAST）是约30个足球场大小的高灵敏度巨型射电望远镜。FAST反射面全球面张拉索网体系。 奥林匹克体育中心位于芜湖市城南新区，是芜湖市标志性建筑。屋面结构为悬挂膜结构，结构轻盈，新颖。（3）张拉膜结构悬挂膜结构索膜结构韩国釜山体育场外景图韩国釜山体育场内景图 实例1：韩国釜山体育场是索膜屋顶建筑的代表。第14届亚运会的开幕式、闭幕式、田径及部分足球比赛在此举行。屋顶结构为索膜体系，中间椭

12、圆形洞口尺寸为180m152m，屋盖结构由上，下环形钢索连接在一起。整个屋盖结构支撑在外圈四周钢筋混凝土斜柱及钢环梁上。 实例2：世纪莲花体育中心是佛山市的一座体育中心于2006年9月建成。它的屋盖为膜结构屋盖，屋盖呈圆环型，外径310米，内径125米。内环由1钢索组成的受拉环。外环是受压环，分上下两层，均为钢管混凝土组成。整朵“莲花”由80根索，挂上80块每块面积近千平方米的膜拼成的。两块膜拼成一个“花瓣”的话，这朵“莲花”一共有40片“花瓣”，其建筑艺术造型宛如一朵洁白硕大的盛放莲花。骨架支撑膜结构 济州世界杯体育场曾经作为2002年世界杯的其中一个比赛场地。体育场馆的结构方式为桁架支撑式膜结构，采用桁架作为支撑，膜材料作为覆盖材料。 实例1：汉城奥林匹克体操馆和击剑馆是世界上第一个索弯顶结构建筑,是1988年汉城奥运会的主要比赛场馆,两者形状均为圆形,结构在周向分为16榀。其中体操馆直径为120m。击剑馆直径为93