建筑工程管理浅述我国建筑索结构的概念类型与发展

1、咱由（建筑工程管理）浅述我国 建筑索结构的概念类型与发展20XX年XX月多年的企业咨询豉问经验.经过实战验证可以落地机行的卓越管理方案，值得您下载拥有浅述我国建筑索结构的概念、类型和发展来源：中国建设报近年来，索结构在建筑结构中越来越多地得到应用，其建造技术也得到迅速发展。北京工业大学空间结构研究中心主任、中国钢结构协会空间结构分会理事长张毅刚教授在建筑索结构 的概念、类型和发展壹文中详细地介绍了悬索结构、管内预应力结构、张弦结构、拉索结 构、斜拉结构、索拱结构、吊挂结构等七种类型的结构及其在我国最新的工程实践，且就各 种类型建筑索结构的组成和受力特点及其在建筑钢结构和幕墙（采光顶）中的应用和

2、发展进 行了论述。一一编者L引言。我国在建筑结构中应用预应力索始于20世纪50年代，1991年中国土木工程学会桥梁和结构分会在无锡召开了全国索结构学术交流会，尽管预应力索在桥梁结构中应用更多，会上仍是展示了在建筑结构中应用的良好势头。2002年，中国工程院院士、浙江大学教授董石麟和北京工业大学教授陆赐麟整理了我国主要预应力钢结构工程（不包括膜结构工程），截至到2001年有28项。光阴荏苒。目前，我国建筑结构中预应力索的应用已经遍地开花，无论是设计 理论仍是制作建造技术均有了长足的进步。据不完全统计，仅新发展起来的空间张弦结构已 经有18项工程；近几年新建的火车站已有 12个应用了索结构；综合起

3、来估计有数百项工程。 1997年，中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授沈世钊等所著悬索结构设计中所列的索结构形式，均有了新的工程实践， 且不断创新。随着114米X144米跨度的双向张弦桁架、122 米跨度的张弦网壳、148米跨度的张弦桁架、310米跨度的辐射布置索桁架等世界上最大的 工程落户我国，相关的内容很值得总结、梳理，以推动行业更好地发展。索结构通常由索和其它材料的结构组成，可包括：索和钢结构、索和膜结构、索和钢筋混凝 土结构、索和玻璃结构组成的各种结构体系，应用于建筑结构、桥梁结构、围护结构（幕墙、 采光顶）中。建筑索结构是指在建筑结构中应用索作为承重结构或通过张拉索对刚性结构体系施加预

4、应力，提高或改善结构的受力性能而形成的结构体系，这里主要讨论的是其在钢结构和幕墙（采光顶）的应用中形成的各种类型体系。根据建筑索结构近年来的发展，按其组成和受力特点可归纳为：悬索结构、管内预应力结构、张弦结构、拉索结构、斜拉结构、索拱结构、吊挂 结构。.悬索结构悬索结构主要承力构件是索，悬挂于支承结构上，采用双层索时在上下弦索之间使用撑杆或 拉杆联系。根据布索的不同方式形成了索桁架、索网、劲性索和索穹顶。平行布置索桁架是由上下弦索加联系杆构成，形如桁架，故称索桁架。1986年建成的吉林冰上运动中心滑冰馆屋盖最早采用索桁架，59米跨度，平行布置，需要支撑系统以保证多根索桁架能够共同工作。 近年来

5、，索桁架被大量用作玻璃幕墙的支承体系，在采光顶中也有应用。辐射布置索桁架是将索桁架辐射布置，和受压外环梁和受拉内环梁（索）组成圆形或椭圆形屋盖结构，能够采用壹层外环俩层内环或俩层外环壹层内环的形式。1961年建成的北京工人体育馆屋盖是我国最早白此类结构，跨度94米。近年来，辐射布置索桁架也用于采光顶。2006年建成的佛山世纪莲体育场屋盖，外环达到310米，内环125米，是世界上跨度最大的此类结构。正在建设的深圳宝安体育场屋盖，外环为237米X230米的近似圆，内环129米X122米，呈马鞍面，建筑更加美观，但结构建造难度增大。索网是俩方向的索交叉布置，就形成了索网。通常承重方向的索下凹，稳定方

6、向的索上凸，构成双曲抛物面。1969年建成的浙江人民体育馆屋盖（80米60米）是我国早期的此类工程。1988年建成的四川体育馆，用跨度 102.45米、矢高39.27米大拱作为中间支承，俩边是双曲 抛物面索网，类似工程后来建成了好几座。近年来索网更多地应用于幕墙和采光顶，如采用单层索网支承玻璃幕墙。深圳市民中心博物 馆采光顶，采用斜向布置的双层索网，覆盖 30米X54米。2004年建成的天津壹汽丰田停车 场，柱网是26米24米35米X24米，采用双向多跨连续索桁架作为每块双曲抛物面索网的 支承体系，这里应用了俩种形式的索桁架，共覆盖5万多平方米。索穹顶是上弦索径向布置，下弦索环向布置，其间径向

7、布置斜索和竖直压杆，最终和周边受 压环梁壹起构成了索穹顶（CableDome）。由于整个结构以拉索为主，辅以少量压杆，结构效 率极高。国外已有多个工程， 我国的学者壹直在研究， 难点在于预应力的施加过程。2009年，无锡科技交流中心工程采用了24米跨度的索穹顶，采用地面组装，整体提升，分次逐级张拉的施工方法成功地建成了我国首个刚性屋面索穹顶。劲性索结构是将刚性构件做成下垂形式如同柔性索壹样地使用，就称为劲性索。向下荷载作 用时，刚性构件受拉；向上风荷载作用时，利用其抗弯刚度，以拱的形态来承担荷载。显然劲性索结构的建造要比柔性索容易，结构效率也较好。2008年建成的北京南站雨篷结构首次采用了劲性

8、索结构。工字钢梁跨度为9.772米67.500米，最大下垂高度为 6.464米，端部设了斜拉索，主要用来稳固钢梁。.管内预应力结构在钢管内穿索且施加预应力，使其成为预应力拉杆是预应力钢构件中的壹种通常做法。近年 来，将这壹做法直接应用于双层管结构的下弦管，用以提高结构刚度，节省下弦杆用钢，称 管内预应力结构。这样，不仅索的张拉施工方便，同时仍有利于索的防火和防腐。2000年建成的宿迁市文体馆屋盖焊接空心球网壳，呈双曲抛物面，投影80米62.5米。经过方案比较认为，下弦管内穿索的方案控制位移效果最好，内力变化均匀，用钢量少。近年来，管内预应力结构的应用较多，譬如，2002年建成的济南战役纪念馆网

9、架屋盖跨度为42米。2009建成的东北师范大学体育馆跨度为40米70米，用立体桁架构成曲面造型。2005年建成的南京奥体中心游冰馆跨度为78米27米，在上拱的下弦管内使用了预应力索。同年建成的成都市新世纪国际会展中心展馆跨度为73.06米89.976米，在下凹的下弦管内使用预应力索。应该指出，下弦上拱时，竖向荷载作用引起的变形将使管内的索趋于松弛。管内预 应力结构设计中应注意索和钢管变形的协调及极端情况下断索情况验算。.张弦结构张弦结构是指上弦刚性构件（结构）和下弦索通过撑杆联结成的自平衡体系，通过对下弦索 施加预应力提高结构刚度，改善上弦内力分布。1957年第壹个张弦桁架模型试验在哈尔滨工

10、业大学进行，跨度为 12米。1958年在山西大同煤矿四老沟矿建成了全国第壹个张弦桁架输 煤栈桥，跨度为 25米，采用预应力钢筋后比原设计的钢结构节省钢材达51%。此后，张弦桁架的应用得到推广。1999年上海浦东国际机场（壹期）航站楼竣工投入运营，入口处、办票 厅、商场和登机廊 4个大空间屋盖均采用了张弦结构，跨度依次为49.3米、82.6米、44.4米和54.3米。张弦结构在上海浦东国际机场的成功应用引起了人们广泛的关注，推动了张弦结构在大空间屋盖中的应用和发展。目前，张弦结构是建筑索结构中应用最广泛、发展最快的 结构形式，设计理论和建造技术趋于成熟。单向张弦结构的上弦是由梁、拱、桁架或立体桁

11、架构成的，张弦结构属于单向受力，壹般平 行布置，辅以支撑系统保证结构平面外的稳定。几个跨度最大的工程均采用了张弦立体桁架。譬如，2002年建成的广州国际会议展览中心展览大厅屋盖，跨度为 126.6米；同年建成的黑 龙江省国际会议展览体育中心主馆屋盖，跨度为128米。2009年建成的上海世博会主题馆西展厅屋盖，跨度为144米；同年建成的东营黄河口模型厅屋盖，最大跨度为148米，立体桁架包括穿索张拉节点都采用了焊接球节点。提高单向张弦结构的平面外刚度和抗风能力是该类结构应用中必须引起重视的问题。许多工 程设计成空间体系，以提高单向张弦结构的平面外刚度，如宝钢游泳馆改造、浦东国际机场二期工程、如皋市

12、行政综合服务中心屋盖等。为提高其抗风能力，如皋市行政综合服务中心 屋盖加设了抗风索，延安站站台雨篷在上弦管内适度浇灌水泥砂浆，增加恒载以抵抗风吸力。之上表明张弦结构应用的技术在不断地提高。双向张弦结构的双方向布置张弦体系克服了单向结构平面外刚度小的弱点，壹般采用正交布 置。2003年北京建工研究院进行了此类结构的试验研究，近年来有了壹些应用。2007年建成的北京中石油大厦中庭采用了43.2米X40.5米的双向张弦结构；同年建成的国家体育馆采用了 114米M44.5米的双向张弦结构，横向 14根，纵向8根，成为目前世界上跨度最大的 双向张弦结构。 空间张弦结构的上弦是单层网壳或空间桁架体系，下弦

13、索撑体系采用多向或空间布置形成空 间工作，近年的发展有几种形式的应用。2008年建成的南京苏远大厦中庭，跨度为 72米，该工程成功地尝试了上部单层网壳和下部三向布置索撑体系组合的张弦网壳。2007年建成的北京大学体育馆上弦采用放射和环向布置的空间桁架体系，平面80米对4米，构成了张弦空间桁架结构。即将竣工的广州南沙体育馆（亚运会武术馆），跨度为98米，采用张弦梁辐射布置，辅以中央拉环的结构形式。利用张弦结构的自平衡特性，该工程采用了双层结构的做 法，有效地减小了结构高度。2000年建成的昆明柏联广场中庭跨度为15米，上弦采用矢跨比1/25的单层网壳，下部的索撑体系环向和径向形成空间布置，是Su

14、spenDome结构体系在我国的第壹次尝试，其后陆续建成10余座此类结构。2008年建成的济南奥林匹克体育中心体育馆，跨度达到122米，是目前世界上跨度最大的此类结构。安徽大学体育馆做成六边形，边长 47.44米，索撑体系沿 着6条主肋布置。渝北体育馆设计成三角形，单边跨度 81米，索撑体系采用鱼腹式布置。 这些工程充分体现出我国建造技术的日益进步和创新能力。 空间张弦结构设计和建造过程中，预应力损失以及支座的合理使用是值得注意的问题。仍有 几种张弦结构形式值得进壹步关注且推进它们发展。张弦刚架是将索撑体系应用到刚架，增加横梁刚度，能够有效节省用钢量。譬如，2004年建成的大连周水子国际机场航

15、站楼跨度为53.5米。张弦俩钱拱是将索和撑杆根据俩钱拱在全跨荷载作用下的弯矩合理地布置在受拉侧。譬如， 新柏林火车站。我国在张弦俩较拱方面已有些研究，但尚无工程应用。张弦成形结构的实际应用有 2002年建成的99.6米跨度的海南航空股份有限 X公司海口基地 1号维修机库，其采用了 Strarch体系：拱架下弦管预留间隙，通过张拉下弦管内的索，壹端 支座滑动，下弦间隙且拢，使上弦拱起，柱子立直，拱架成形。该工程是国外X公司设计和建造的。该结构成形前实际上是张弦结构，成形后如果将下弦管连接起来就成为管内预应力 结构。由于张拉过程是实质的成形过程，因此称为张弦成形结构。这方面我国已有研究，如 进行张

16、弦成形桁架、张弦成形网壳试验研究等，但尚无工程应用。.拉索结构在网壳、拱等有水平推力的结构中合理增设拉索，对拉索施加预应力以减小刚性构件（结构）支座端的水平推力，提高结构的刚度，称为拉索结构。拉索网壳较典型的工程有 1994年建成的攀枝花体育馆屋盖，跨度为 64.9米，间隔柱顶布置 拉索。这是我国最早的拉索网壳，类似的结构后来又建造了许多。攀枝花体育馆屋盖结构的 支座处设置了短撑杆，但它不同于张弦结构中撑杆的作用，主要用于提高施加预应力的效果，且改善柱顶周边杆件受力。2005年建成的河南新乡豫新电厂干煤棚跨度为 81.8米，为减小拉索在自重作用下的挠度，加设了吊杆。拉索拱在近年来应用的较多，而

17、且多重拉索结构的做法被关注的程度较高。研究表明，采用 多重拉索结构不仅节约建筑空间，而且有利于使上部拱的内力分布更均匀。譬如，北京海关 总署办公楼加层，跨度为 16.8米，采用了交叉拉索；2008年建成的深圳某多功能剧场屋盖，跨度为44米，采用了三重拉索。.斜拉结构通过桅杆（塔）和斜拉索为刚性构件（结构）提供弹性支撑，减小刚性构件（结构）受力的 跨度，称为斜拉结构。常见的斜拉结构有斜拉钢梁（拱）、斜拉悬挑桁架、斜拉网架（壳）等，可用单桅杆或成对桅杆。1990年建成的国家奥体中心游泳馆通过70米高的塔斜拉117米跨度的箱梁是斜拉结构在我国最早的应用。1993年建成的新加坡港务局（PSA）仓库斜拉

18、网架（120米X90米）是我 国成功建设的项目。近年来，斜拉结构有了较多的应用，譬如，浙江黄龙体育中心、新疆体 育馆、长春经济技术开发区体育场等工程均是典型的应用形式。.索拱结构索适用于受拉，拱适用于受压，索和拱之间通过拉索或拉杆连接，使它们共同工作，增大结 构刚度和提高索的形状稳定性故称索拱结构。1989年建成的北京朝阳体育馆平面为69米X78米，这是我国第壹个索拱结构；2007年建成的吉林省速滑馆跨度为 91.28米。这俩个工程都是索在上弦、拱在下弦。在近年来的应用中， 发展了拱在上弦、索在下弦的索拱结构形式。这种形式的索拱结构形如张弦结构，但它和张 弦结构的根本区别是索和拱之间使用拉索或拉杆而不是撑杆。2006年建成的郑州新郑国际机场屋盖最大跨度为 47.6米，就采用了这种形式。研究表明，下弦索虽然处于上凸状态，仍然 有减小水平推力的作用。2009年新落成的广州新火车站跨度为50米68米，属于索拱结构体系的创新。 8.吊挂结构在支承结构下设置吊索，为刚性结构提供弹性支承就构成了吊挂结构。国内的