11第十一章悬索结构

第十一章悬索结构悬索结构是大跨度屋盖的一种理想结构型式。悬索在工程上的应用最早是桥梁。我国古代汉朝(公元463—473年)已经有用链索建造桥梁。以后又有铁索、绳索桥等相继出现。大渡河泸定桥(跨度104m)就是著名的铁索桥。在国外，19世纪以后也有一些跨越海峡的比较大的铜缆桥出现。

悬索应用于房屋建筑上也是很早就有的事情，追溯历史上的蒙古包、游牧民族的帐篷及富有热带色彩的桅杆圆帐等，这些都是悬索结构的雏形。现代大跨度悬索屋盖结构发展于19世纪末。第一节悬索结构的特点悬索的受力很简单。从图11—1可见，单悬索的受力与拱的受力情况刚好相反，索身受拉，支座反力有水平拉力。

悬索是轴心受拉。轴心受力的构件最能充分利用结构材料的强度。利用钢材去做“索”，就最能发挥钢材受拉性能好的优点，所以钢悬索就是一种理想的结构。

不过，单悬索结构与拱结构一样，它们都是平面结构体系。如果我们利用很多单悬索互相交叉组成“索网”(好像利用桁架交叉组成网架一样)，就形成多向受力的空间结构——悬索结构。由此可见，悬索结构的特点是：

(1)

索网只受轴向拉力，既无弯矩，受力简单，更有利于采用钢材做“索”。

(2)钢索材料采用高强度的钢绞线或钢丝绳，因而整个索网的结构自重小，能够跨越很大的跨度。

(3)

索网的支座叫“边缘构件”，即应注意对边缘构件的处理；采用合理的边缘构件型式以承受索网拉力。

(4)边缘构件是索网的边框，无边框则索网不能成型。所以，边缘构件是悬索结构的重要组成部分，而且是决定悬索结构型式的重要依据。第二节悬索结构的组成和受力特点

悬索屋盖的组成包括：索网、边缘构件、支承结构等三部分：(1)索网的钢索一般采用多股钢绞线或钢丝绳制成。索网的网格尺寸(即索的间距)一般为1～2m左右；(2)边缘构件多是钢筋混凝土构件，它可以是梁、拱或桁架等结构构件。边缘构件的尺寸根据所受的水平力和竖向力通过计算确定。

(3)支承结构可以是钢筋混凝土的立柱或框架结构。采用立柱支承时，有时还要采取钢缆锚拉的设施。从悬索结构三个组成部分应该看到很重要一点就是：边缘构件是悬索结构的边框，是悬索结构型式和屋盖建筑造型的关键所在。二、索网的基本力学原理（略）

Va=Vb=qL/2H=Mq/y=qLL/(8f)y=Mq/HN=H/cosa

第三节悬索结构的型式与建筑实例一、单向悬索结构单向悬索结构的索网是由单向平行的钢索构成(图11—4)。其边缘构件就是钢索两端的水平梁(横梁)。支承结构是立柱及拉缆，或框架等。二、车轮形悬索结构

车轮形悬索结构的边缘构件为闭合的圆环，因其体形如车轮，因而得名。它的索网是由上凸下凹两层呈辐射形布置的钢索组成。钢索一端锚固于车轮的外环，另一端锚固于车轮的中央内环。材料：因外环受压，故用钢筋混凝土构件；内环受拉，故用钢环。优点：悬索结构的刚度比单向悬索结构好，可以采用轻屋面材料；屋面排水容易，可以采用外排水，而不像单向悬索结构需要采用中间内排水那样麻烦。三、马鞍形悬索结构马鞍形悬索结构的索网是由两组曲率相反的拉索交叉组成。下凹的一组为承重索，上凸的一组为稳定索。交叉索网形成的屋盖曲面呈马鞍形，故取名为马鞍形悬索结构。索网是马鞍形，有赖于边缘构件对其成型所起的作用。通常，边缘构件采用一对交叉斜拱的型式，即可使索网获得马鞍形的成型。当边缘构件是一对落地式的交叉斜拱时，两斜拱脚之间应设置基础拉杆以对付水平作用力。马鞍形悬索结构多适用于椭圆形、圆形等建筑平面。

悬索结构是大跨度建筑中较好的结构型式，一般用于跨度60m以上的建筑。其优点如下：

(1)受力合理，节约材料。它采用高强度钢索承受拉力，利用钢筋混凝土边缘构件受压或受弯。这样，受力合理，可以充分利用材料的力学性能，因而大大减少结构的材料用量并减轻屋盖自重，一般可较钢结构节省钢材50％。

(2)能跨越很大的跨度而不需中间支承，从而形成很大的建筑空间。同时，悬索结构利于建筑造型，适于建造多种多样的平面和外形轮廓，因而能充分自由地满足各种建筑型式的要求。当然，设计时还应考虑经济效果。从受力性能来讲，圆形平面较其他型式的平面更为有利，因而经济效果也最好。

(3)施工方便，速度较快。由于悬索自重很轻，屋面可以利用轻质材料，这样就不需要重型起重设备便可进行安装，从而降低施工设备的投资。同时．钢索架设后就可以在它上面