悬索结构
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第八章 悬索结构
第八章悬索结构第一节概述一．悬索结构的发展概况：二．悬索结构的适用范围：60～100M左右的体育馆、展览馆、会议厅等大型公共建筑。
目前，索结构的跨度已达160M。
――三、结构的关键问题：1．屋面刚度――刚柔是完全相对的，但必须做到索柔而屋面刚。
――对于单根柔索。
而多根柔索组合使用。
因此，悬索屋盖必须要有足够的刚度，既能保持其原有形状，又能使各索共同受力工作，且限制屋面变形不能过大，不致使屋面防水层开裂而影响使用。
2．结构的稳定性：柔索只能单向受力，即荷载q必须与悬索的垂度f同向，若反向（如：风吸力、地震荷载等），则其形状立即失去稳定，根本无能力反向荷载，非常危险严重者甚至屋盖局部被掀起或完全揭顶。
因此，刚度与稳定是悬索的首要问题，应二者结合起来予以考虑。
3．共振：风载与地震具有随机性。
悬索自身像绷紧的弦，会产生振动，一旦发生共振，房屋即遭破坏，故必须避免屋盖产生共振。
这个问题在桥梁建筑中尤为重要（――）。
4．悬索结构支座拉力的结构处理：这一问题与拱脚推力结构问题同等重要，若悬索支承拉力无可靠着落点，则悬索结构屋盖将全部报废。
第二节悬索结构的组成及受力特点一．悬索结构的组成：1．受拉索：一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳和钢丝束。
钢拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，是结构的主要承重构件。
其特点是只承受拉力，抗弯刚度很小。
因此，对集中荷载及不均匀的分布荷载（风、地震荷载）比较敏感。
2．边缘构件和支承结构：拉索结构都设有支承在下部支承结构上的边缘构件，它的细微变化，都会引起拉索内力的变化；支承结构除了承受竖向力以外，还承受拉索传来的横向拉力。
因此，要求具有较强的侧向结构。
一般说来，拉索自身的用钢量很小，而边缘构件和支承结构却要耗费较多的材料。
二．悬索的基本力学原理：1．拉索是一个中心受拉构件，既无弯矩，也无剪力。
由于索本身是一个非常柔软的构件，抗弯刚度可忽略不计，而且其形状随荷载的性质不同而变化。
悬索结构
单根索的受力与拱的受力有相似之处，都是属于轴心受力构件。
9.2.1 索的支座反力 9.2.2 索的拉力 9.2.3 索的变形
9.2.1 索的支座反力
计算简图
由 Y 0 ，支座反力为
1 VA VB 2 ql
索中任一截面的弯矩为零，以跨中 截面为矩心，则有
1 ql2 Hf 0
2 .平行索系
优点：稳定性好，整体刚度大。适宜于采用轻屋面
对于平行索系，承重索和稳定索可在同一平面内，也可错开 布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面－－吉林滑冰馆屋盖结构形式
3.双曲面双层拉索索系
3.双曲面双层拉索索系
上索既是稳定索，又直接承载 a)双层内环梁 b)双层外环梁 c)双层内外环梁 d)单层外环梁网状布置 e)双层外环梁网状布置
水平梁 承受悬索拉力
水平梁和框架一起 承受悬索拉力
悬索直接 锚挂于框架
斜拉索将 悬索拉力 拉向地锚
拉索水平力的传递的三种方式： 1、通过竖向承重结构传至基础 2、通过拉锚传至基础 3、通过刚性水平构件集中传至抗 侧力墙
2.幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面)
下凹双曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美国阿拉 美达比赛馆，跨径 128m(1967)
1 增加悬索结构上的荷载
一般认为，当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即 可认为是安全的。
2 形成预应力索－壳组合结构
对钢筋混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与 悬索共同受力、整体工作。
3 形成索－梁或索－桁架组合结构
对于单曲面单层拉索结构体系（单层平行索系）可在索上搁 置横向加劲梁或加劲桁架形成索梁或索桁架。
9.2.1 索的支座反力 9.2.2 索的拉力 9.2.3 索的变形
9.2.1 索的支座反力
计算简图
由 Y 0 ，支座反力为
1 VA VB 2 ql
索中任一截面的弯矩为零，以跨中 截面为矩心，则有
1 ql2 Hf 0
2 .平行索系
优点：稳定性好，整体刚度大。适宜于采用轻屋面
对于平行索系，承重索和稳定索可在同一平面内，也可错开 布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面
错开布置，构成波形屋面－－吉林滑冰馆屋盖结构形式
3.双曲面双层拉索索系
3.双曲面双层拉索索系
上索既是稳定索，又直接承载 a)双层内环梁 b)双层外环梁 c)双层内外环梁 d)单层外环梁网状布置 e)双层外环梁网状布置
水平梁 承受悬索拉力
水平梁和框架一起 承受悬索拉力
悬索直接 锚挂于框架
斜拉索将 悬索拉力 拉向地锚
拉索水平力的传递的三种方式： 1、通过竖向承重结构传至基础 2、通过拉锚传至基础 3、通过刚性水平构件集中传至抗 侧力墙
2.幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面)
下凹双曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美国阿拉 美达比赛馆，跨径 128m(1967)
1 增加悬索结构上的荷载
一般认为，当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即 可认为是安全的。
2 形成预应力索－壳组合结构
对钢筋混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与 悬索共同受力、整体工作。
3 形成索－梁或索－桁架组合结构
对于单曲面单层拉索结构体系（单层平行索系）可在索上搁 置横向加劲梁或加劲桁架形成索梁或索桁架。
悬索结构
悬索结构的组成
2悬索结构具有以下特点： 悬索结构具有以下特点： 悬索结构具有以下特点
1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最 、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用， 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而，悬索结构适 用于大跨度的建筑物， 体育馆、展览馆等。跨度越大， 用于大跨度的建筑物，如：体育馆、展览馆等。跨度越大，经 济效果越好。 济效果越好。 2、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，因而能 、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面， 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。 3、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件—般也 、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件 般也 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较， 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用 相对较低。 相对较低。
钢索的抗拉强度标准值、 表1 钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量
（4）悬索结构的计算应按初始几何状态、预应力状态和荷载 ）悬索结构的计算应按初始几何状态、 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。 （5）在确定预应力状态后，应对悬索结构在各种情况下的永 ）在确定预应力状态后， 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、位移 进行验算。 进行验算。在计算各个阶段各种荷载情况的效应时应考虑加载 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。 作为悬索结构主要受力构件的柔性索只能承受拉力， 计时应防止各种情况下引起的索松弛而导致不能保持受拉情况 的发生。 的发生。 （7）设计悬索结构应采取措施防止支承结构产生过大的变形， ）设计悬索结构应采取措施防止支承结构产生过大的变形， 计算时应考虑支承结构变形的影响。 计算时应考虑支承结构变形的影响。 且基本风压超过0.7kN/ （8）当悬索结构的跨度超过 ）当悬索结构的跨度超过100m且基本风压超过 且基本风压超过 m2时，应进行风的动力响应分析，分析方法宜采用时程分析 时 应进行风的动力响应分析， 法或随机振动法。 法或随机振动法。
悬索结构
吊索
主要的传力构件，柔性，可刚，直吊和斜吊
索塔
承重构件，恒载和活载大部分由主缆通过索塔传倒塔墩和基础，并承受 作用于塔身、加劲梁及主缆上的风力。
锚碇
将主缆的拉力传给地基。 重力式和隧洞式
鞍座： 塔顶鞍座
塔顶鞍座：将主缆传来的竖向力均匀分散到塔柱顶截面
主缆支架鞍座：改变主缆方向，分离主缆，引至锚固位置。 桥面
屋盖采用直径94m的圆形双层轮辐式悬索结构，中央钢 环直径16m，高11m，上下两层各有144束钢索， 目前 仍是我国跨度最大的悬索屋盖结构。 成都城北体育馆（圆形，直径61m）。
2双层悬索结构
双层双向悬索结构
将平面索桁架沿相互正交的两个方向布置 在动荷载作用下，具有较好的抗震性能 预应力双层悬索结构 承重索下凹，稳定索上凸，均受拉。 具有良好的结构刚度和形状稳定性，抗震性能较好。 张拉承重索和 / 或稳定索，均能提高结构刚度和形状稳定 性 布置方式有平行，辐射，网状
由柔性悬索与刚性构件组成 索拱体系，吊挂式混合结构，斜拉式混合结 构
8.3
悬索桥简介
桥面支承在悬索（通常称大缆）上的桥称为 悬索桥。
英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之 意，故也有译作“吊桥”的。 “吊桥”的悬挂系 统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索 桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键 杆做成的。 简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接 铺在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥则不行， 为了保持桥面具有一定的平直度，是将桥面用吊 索挂在悬索上。
悬索桥世界之最
1 明石海峡大桥
1991m，日 本 1998， 桁架，上公6下铁2
2 大带桥(Great Belt)
悬索结构介绍
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.2 双层悬索体系
承重索和稳定索均沿辐射方向 布臵，周围支承在周边柱顶的受压 2）双曲面双层拉索体系 环梁上，中心则设臵受拉内环梁。 整个屋盖支承于外墙或周边的柱上。 根据承重索或稳定索的关系所形成 的屋面可为上凸、下凹或交叉形， 相应地在周边柱顶应设臵一道或两 道受压环梁。 通过调整承重索、 稳定索或腹杆的长度并利用中心环 受拉或受压，也可以对拉索体系施 加预应力。 图8-3-14 双曲面双层拉索体系
双曲面、单曲面双层索模型
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.2 双层悬索体系
上索既是稳定索，又直接承载 a)双层内环梁 b)双层外环梁 c)双层内外环梁 d)单层外环梁网状布臵 e)双层外环梁网状布臵
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.3 交叉索网体系 交叉索网体系也 称为鞍形索网，由 两组相互正交的、 曲率相反的拉索直 接交叠组成，形成 负高斯曲率的双曲 抛物面。
图8-3-3 德国乌柏特市游泳馆
1）锚固在足够重的大体积混凝土图a； 第 章 悬索结构 28 ）利用底板及回填土自重抵抗拉力图 b； 3）锚固于受拉摩擦桩或受弯摩擦桩上图c； 3 悬索结构的型式 4）锚固在岩石层的钻孔中。
3.1 单层悬索体系
图8-3-4 拉锚的锚固
图为德国多 特蒙的展览大厅， 屋盖跨度为80m， 单曲单层悬索结 构，悬索拉力通 过斜柱拉锚至地 下基础。屋盖采 用普通混凝土肋 加浮石混凝土屋 面板，以保证悬 索的稳定性。
第8章 悬索结构 3 悬索结构的型式 3.1 单层悬索体系
水平梁和框架一起 承受悬索拉力 水平梁 1）单曲面单层拉索体系(跨度可达80m ，德国多特蒙 承受悬索拉力 特一展览厅，1956)
第四章悬索结构091.
（3）采用横向加劲构件
设置横向加劲梁或加劲桁架，使原来单独工作的 悬索连接成整体，在集中力和不均匀荷载作用下，荷 载能重新分配，让更多的索参加工作。
安徽省体育馆
桁架加劲的单曲面悬索结构
平面尺寸为 72m 53m的六边形。
安徽省体育馆剖面示意图
5 垂跨比
悬索的垂度与跨度之比是影响单层悬索体系工作的 重要几何参数。
4 单层悬索体系具有必要形状稳定 性应采用的措施
（1）采用重屋面
恒载克服了风的卸荷作用，使索保持较大的张紧力， 提高了抵抗机构变形的能力。但重屋面使悬索截面和支 承结构的受力增大，影响了经济效果。 （2）采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 在钢索上安放预制屋面板，在板上加额外的临时荷 载，使索伸长,板缝增大，再灌缝。待混凝土达到预定强 度时，卸去临时荷载，板内就产生预应力，屋面就形成 了一个预应力混凝土薄壳。
双曲抛物面完全壳体
六 抗震和抗风
1 自身抗震性能好，考虑水平力对下部结构的影响。
2 风吸力，考虑风振系数、不同体态分布系数的不同 。
思考题:
1 什么是悬索结构? 有哪些特点? 2 处理悬索结构水平推力的方法有哪些?
第二节 悬索结构形式
悬索结构形式划分的方法很多，可根据几何形状、组成 方法、悬索材料以及受力特点等划分。
特尔蒙特展览馆
ⅱ) 承重索具有抗弯刚度
东京代代木体育馆 承重索由工字钢分段连接而成。
ⅲ) 加一根稳定索，构成索桁架或索梁
斯德哥尔摩溜冰场
3）利用稳定索加强刚度
在单层双向悬索屋盖中，布置一群与承重索交叉、曲 率相反的稳定索，并给索网施加预应力，提高屋盖的刚度， 限制钢索的松动，减少钢索的伸缩变形。
辐射式布置的单层索系在圆形的中心设中心拉环；在 外围设受压外环。
11第十一章悬索结构
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％。
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。
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
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
(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 Va=Vb=qL/2 H=Mq/y=qLL/(8f) y=Mq/H N=H/cosa
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。
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％。
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。
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
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
(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 Va=Vb=qL/2 H=Mq/y=qLL/(8f) y=Mq/H N=H/cosa
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。
6悬索结构
屋面形式：上凸、下凹或交叉形。 周边柱项应设置一道或两道受压环梁。
三、交叉索网体系
交叉索网体系也称为鞍形索网，它是由两组相互正 交的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成双曲抛 物面。
交叉索网体系中边缘构件的形式：
1、闭合曲线环梁 2、落地交叉拱 3、不落地交叉拱 4、一对不交叉的落地拱 5、拉索结构
江阴长江公路大桥是 我国首座跨径超千米 的特大型钢箱梁悬索 桥梁，也是20世纪 “中国第一、世界第 四”大钢箱梁悬索桥
意大利南部凡纳弗罗市M&G研究试验室
美国巴尔的摩内港6号码头音乐厅
北京工人体育馆——我国第一座悬索屋盖结构建筑 北京工人体育馆建成于 1961年，其屋盖为圆形 平面，直径94m，采用 车辐式双层悬索体系， 由截面为2m X2m的钢 筋混凝土圈梁、中央钢 环，以及辐射布置的两 端分别锚定于圈梁和中 央钢环的上索和下索组 成。中央钢环直径16m， 高11m，由钢板和型钢 焊成，承受由于索力作 用而产生的环向拉力， 并在上、下索之间起撑 杆的作用。
所谓空间结构（Spatialstructures） ，其形状呈空间状， 并同时具有三维受力特性。优秀的空间结构具有荷载传递路 线最短，受力均匀等特点：而平面楼盖结构，由于构件分为 板、次梁和主梁等“级别”，荷载传递路线长，浪费材料。 自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构，如蛋壳、海螺等 是薄壳结构；蜂窝是空间网格结构；肥皂泡是充气膜结构： 蜘蛛网是索网结构：棕榈树叶是折板结构等等。因此，从某 种意义上来说，空间结构是一种仿生结构，它们比平面结构
分类：单曲面、双曲面、
1．单曲面双层拉索体系 常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
单曲面双层拉索体系中的承重索和稳定索也可以不 在同一竖向平面内，而是相互错开布置，构成波形 屋面
大跨空间结构悬索结构
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 发展概况
尽管存在如上面介绍的一些杰出工程，现在来回顾80年代 初期我国悬索结构以致整个空间结构的总体发展水平，仍然只 能承认当时仅有平板网架结构的发展是比较成熟的；由于 60 年代以后全国在平板网架方面投入了不少力量，在工程实践和 理论分析方面均积累了较多经验。但在悬索结构、网壳结构、 薄壳结构和薄膜结构等其它空间结构类型方面，则相对比较落 后，工程实践既有限，理论储备也不足，同国际发展水平相比 差距较大。目前，这种差距在逐步缩小。
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 概念
拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体 系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉 索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。 拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳 或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢 筋混凝土结构。
第四章 悬索结构
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 选型
索结构的选型应根据建筑物的功能与形状，跨度以及承受 的荷载等，综合考虑材料供应、加工制作与现场施工安装方法， 选择合理的结构形式、边缘构件及支承结构，设计时应保证结 构的整体刚度和稳定性。 各种形式的悬索结构对于不同建筑平面的适用性是不同的， 设计时应根据具体的平面形状选用合理的结构形式。 （1）建筑造型及使用功能方面的考虑 （2）材料及施工安装方面的考虑 （3）要处理好边缘构件和支承结构的设计
第四章 悬索结构
一、悬索结构的类型和选型 发展概况
世界上最早的现代悬索屋盖是美国于 1953 年建成的 Releigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍 形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或 技术水平来看，在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。 但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到 1980年才建成成都城北体育馆。
悬索结构
悬索结构一、悬索结构的概念随着生产的发展和人民生活水平的提高，建筑事业也在不断发展。
作为建筑结构中的重要分支——钢筋混凝土结构在各个方面都发展得越来越完善，而具有经济指标低、施工快、便于建筑造型等优点，在国外应用很广的悬索结构，在我国却因实践和理论研究上的不足，均处于相对落后的地位。
土木建筑结构所指的悬索结构，就是指以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构体系边缘构件上的结构。
正是因为索主要承受轴向拉力，所以可以最充分地利用钢材的强度，如果再采用高强度材料时，更可大大减轻结构自重，因而，悬索结构可以较经济地跨越很大的跨度，是目前大跨建筑的主要结构形式之一。
二、悬索结构的特点(一)受力合理、节约材料悬索结构是一种受力比较合理的建筑结构形式，将悬索结构与简支梁两者的受力情况进行对比，就可以看出这种合理性。
如图I所示，简支梁在竖向荷载作用下，上纤维压应力的合力与下纤维拉应力的合力组成了截面的内力矩，合力间的距离即为内力臂，它总在截面高度的范围内，因此要提高梁的承载能力，就意味着要增加梁的高度。
但在悬索结构中，钢索在自重下就自然形成了垂度，由索中拉力与支承水平力间的距离构成的内力臂，总在钢索截面范围以外，增加垂度也就加大了力臂，从而可以有效地减少索中拉力和钢索截面面积。
图1 筒支梁与悬索结构受力的合理性比较上——筒支梁(M=Nh0)；下——1II}素{M=Hf)(二)施工比较方便由于钢索自重很小，屋面构件一般也较轻，因而给施工架设带来了很大的方便。
安装时不需要大型起重设备，施工时不需要脚手架，也不需要模板。
这些都有利于加快施工进度，降低工程造价。
因而，与其它结构形式比较，施工费用相对较低。
(三)便于建筑造型悬索结构由于索网布置灵活，便于建筑造型，能适应多种多样的平面形状和外形轮廓，因而能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求，使建筑与结构可以得到较完善的结合。
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（8）索膜结构：索膜结构是利用刚性构件提供支点，将钢索 和膜悬挂起来，利用拉索对膜面施加足够预拉力将膜材料绷紧 形成具有一定形状和刚度的构件钢索被用来加强薄膜并作为薄 膜的边缘构件。膜材兼具围护和承重两种功能。薄膜材了由柔 性织物和涂层复合而成，具有较高的抗拉强度和弹性模量，良 好的耐久性能。
3.4. 2悬索结构的计算要点
2. 悬索结构分类
悬索结构分为单层悬索体系、预应力双层悬索体系、 预应力鞍形索网、预应力横向加劲单层索系、预应力 索拱及 张弦结构、悬挂薄壳、张拉整体结构、索膜结 构及混合悬挂结构等形式
（1）单层悬索体系：单层悬索体系是由按一定规律 布置得单根悬索组成，悬索两端锚挂在支撑结构上。 索系布置有平行式、辐射式、网格式三种。
（2）预应力双层悬索体系（索桁架）：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（拉杆活压杆组成）
（3）预应力鞍形索网：鞍形索网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。
（4）预应力横向加劲单层索系：在平行布置的单层悬索上敷 设与索方向垂直的实腹梁或桁架等劲性构件，通过下压这些横 向构件的两端并加以固定，在索与横向构件组成的体系中建立 起预应力，形成横向加劲单层索系屋盖结构也称索梁体系。
（5）预应力索拱及张弦结构
在鞍行索网中，以实腹式或格构式进行构件代替上凸的稳定索， 张拉承重索或下压拱的两端，使索与拱互相压紧，形成预应力 索拱体系。
3、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件—般也 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用 相对较低。
4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间。双曲下凹碟形悬 索屋盖具有极好的音响性能。因而可以用来遮盖对声学要求较 高的公共建筑。悬索屋盖对室内采光也极易处理，故用于采光 要求高的建筑物也很适宜。
（6）作为悬索结构主要受力构件的柔性索只能承受拉力，设 计时应防止各种情况下引起的索松弛而导致不能保持受拉情况 的发生。
（4）悬索结构的计算应按初始几何状态、预应力状态和荷载 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。
（5）在确定预应力状态后，应对悬索结构在各种情况下的永 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、位移 进行验算。在计算各个阶段各种荷载情况的效应时应考虑加载 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。
悬索结构的组成
2悬索结构具有以下特点：
1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而，悬索结构适 用于大跨度的建筑物，如：体育馆、展览馆等。跨度越大，经 济效果越好。
2、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，因而能 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。
1.设计基本规定 （1）对单层悬索体系，当平面为矩形时，悬索两端支点可设
计为等高或不等高，索的垂度可取跨度的1/10ห้องสมุดไป่ตู้l/20；当平面 为圆形时，中心受拉环与结构外环直径之比可取1/8~1/17， 索的垂度可取跨度的1/10~l/20。对双层悬索体系，当平面为 矩形时，承重索的垂度可取跨度的1/15~l/20，稳定索的拱度 可取跨度的1/15~l/25；当平面为圆形时，中心受拉环与结构 外环直径之比可取1/5~l/12，承重索的垂度可取跨度的 1/17~l/22，稳定索的拱度可取跨度的1/16~l/26。对索网 结构，承重索的垂度可取跨度的1/10~l/20，稳定索的拱度可 取跨度的1/15~l/30。 （2）悬索结构的承重索挠度与其跨度之比及承重索跨中竖向 位移与其跨度之比不应大于下列数值：单层悬索体系-1/200 （自初始几何态算起），双层悬索体系、索网结构-1/250 （自预应力态算起）。
3.4. 1悬索结构的形式
1.悬索结构的概念
悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成，如图3-1所示。拉索 按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布 置则必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。拉索一般 采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构 件则常常为钢筋混凝土结构。
（6）预应力悬挂薄壳：为改善索体系的工作性能，在单层索 系、双层索系和鞍形索网中采用预制钢筋混凝土屋面时，可做 成预应力混凝土悬挂薄壳。
（7）张拉整体结构：张拉整体结构是由分散的压杆与连续的 索网构成的自平衡体系，通过施加预拉力使体系成形，他的刚 度与体系内部的预应力大小有关。张拉整体结构可以设称有劲 可能多的受拉索构成，以便最大限度地利用材料性能。
5、悬索屋盖结构的稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变 结构，其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用方 向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力。因此，常常需 要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。
6、悬索结构的边缘构件和下部支承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。因此悬索体系的支承 结构往往需要耗费较多的材料，无论是设汁成钢筋混凝土结构 或钢结构，其用钢量均超过钢索部分。当跨度小时，由于钢索 锚固构造和支座结构的处理与跨度大时一样复杂，往往并不经 济
（3）钢索宜采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋，质量要求应分 别符合国家现行有关标准，即《预应力混凝土用钢丝》 （GB5223）、《预应力混凝土用钢绞线》（GB5224）、 《预应力混凝土用热处理钢筋》（GB4453）。钢丝、钢绞 线、热处理钢筋的强度标准值、强度设计值、弹性模量应按 表4-3采用。
表1 钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量
3.4. 2悬索结构的计算要点
2. 悬索结构分类
悬索结构分为单层悬索体系、预应力双层悬索体系、 预应力鞍形索网、预应力横向加劲单层索系、预应力 索拱及 张弦结构、悬挂薄壳、张拉整体结构、索膜结 构及混合悬挂结构等形式
（1）单层悬索体系：单层悬索体系是由按一定规律 布置得单根悬索组成，悬索两端锚挂在支撑结构上。 索系布置有平行式、辐射式、网格式三种。
（2）预应力双层悬索体系（索桁架）：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（拉杆活压杆组成）
（3）预应力鞍形索网：鞍形索网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。
（4）预应力横向加劲单层索系：在平行布置的单层悬索上敷 设与索方向垂直的实腹梁或桁架等劲性构件，通过下压这些横 向构件的两端并加以固定，在索与横向构件组成的体系中建立 起预应力，形成横向加劲单层索系屋盖结构也称索梁体系。
（5）预应力索拱及张弦结构
在鞍行索网中，以实腹式或格构式进行构件代替上凸的稳定索， 张拉承重索或下压拱的两端，使索与拱互相压紧，形成预应力 索拱体系。
3、悬索结构施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件—般也 较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚 手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用 相对较低。
4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间。双曲下凹碟形悬 索屋盖具有极好的音响性能。因而可以用来遮盖对声学要求较 高的公共建筑。悬索屋盖对室内采光也极易处理，故用于采光 要求高的建筑物也很适宜。
（6）作为悬索结构主要受力构件的柔性索只能承受拉力，设 计时应防止各种情况下引起的索松弛而导致不能保持受拉情况 的发生。
（4）悬索结构的计算应按初始几何状态、预应力状态和荷载 状态进行，并充分考虑几何非线性的影响。
（5）在确定预应力状态后，应对悬索结构在各种情况下的永 久荷载与可变荷载下进行内力、位移计算；并根据具体情况， 分别对施工安装荷载、地震和温度变化等作用下的内力、位移 进行验算。在计算各个阶段各种荷载情况的效应时应考虑加载 次序的影响。悬索结构内力和位移可按弹性阶段进行计算。
悬索结构的组成
2悬索结构具有以下特点：
1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最 充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的， 更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而，悬索结构适 用于大跨度的建筑物，如：体育馆、展览馆等。跨度越大，经 济效果越好。
2、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，因而能 较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和， 便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。
1.设计基本规定 （1）对单层悬索体系，当平面为矩形时，悬索两端支点可设
计为等高或不等高，索的垂度可取跨度的1/10ห้องสมุดไป่ตู้l/20；当平面 为圆形时，中心受拉环与结构外环直径之比可取1/8~1/17， 索的垂度可取跨度的1/10~l/20。对双层悬索体系，当平面为 矩形时，承重索的垂度可取跨度的1/15~l/20，稳定索的拱度 可取跨度的1/15~l/25；当平面为圆形时，中心受拉环与结构 外环直径之比可取1/5~l/12，承重索的垂度可取跨度的 1/17~l/22，稳定索的拱度可取跨度的1/16~l/26。对索网 结构，承重索的垂度可取跨度的1/10~l/20，稳定索的拱度可 取跨度的1/15~l/30。 （2）悬索结构的承重索挠度与其跨度之比及承重索跨中竖向 位移与其跨度之比不应大于下列数值：单层悬索体系-1/200 （自初始几何态算起），双层悬索体系、索网结构-1/250 （自预应力态算起）。
3.4. 1悬索结构的形式
1.悬索结构的概念
悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成，如图3-1所示。拉索 按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布 置则必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。拉索一般 采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构 件则常常为钢筋混凝土结构。
（6）预应力悬挂薄壳：为改善索体系的工作性能，在单层索 系、双层索系和鞍形索网中采用预制钢筋混凝土屋面时，可做 成预应力混凝土悬挂薄壳。
（7）张拉整体结构：张拉整体结构是由分散的压杆与连续的 索网构成的自平衡体系，通过施加预拉力使体系成形，他的刚 度与体系内部的预应力大小有关。张拉整体结构可以设称有劲 可能多的受拉索构成，以便最大限度地利用材料性能。
5、悬索屋盖结构的稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变 结构，其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用方 向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力。因此，常常需 要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。
6、悬索结构的边缘构件和下部支承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。因此悬索体系的支承 结构往往需要耗费较多的材料，无论是设汁成钢筋混凝土结构 或钢结构，其用钢量均超过钢索部分。当跨度小时，由于钢索 锚固构造和支座结构的处理与跨度大时一样复杂，往往并不经 济
（3）钢索宜采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋，质量要求应分 别符合国家现行有关标准，即《预应力混凝土用钢丝》 （GB5223）、《预应力混凝土用钢绞线》（GB5224）、 《预应力混凝土用热处理钢筋》（GB4453）。钢丝、钢绞 线、热处理钢筋的强度标准值、强度设计值、弹性模量应按 表4-3采用。
表1 钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量