关于索结构

建筑索结构的类型及其应用论文
索结构是一种特殊的建筑结构，它具有独特而多样的结构形式。

一般来说，从结构形式上可将索结构分为由桥式索、斜角桥式索和悬索结构三种类型。

其中，桥式索是一种最早出现的索结构，其具有结构件低成本、自重轻、安装简单快捷等优点，可用于高架路、大跨度索桥和水上桥梁等地方。

斜角桥式索索具有一定的灵活性，能够提供较大的空间，可用于停车场、学校体育场和公园的建造。

悬索结构则具有较强的耐久性，常用于桥梁、大跨度楼宇以及多种形式的公路桥梁。

除此之外，索结构还有广泛的应用。

其中一个重要应用就是索桥，它可以支持较大跨度，同时也可以减少建筑物承受的压力，因此能够提高建筑物的耐久性。

此外，索结构也可以将多个建筑物联系起来，从而节省土地和重新建造更巨大的结构面积。

另外，索结构可以被用于室内设计，如高架屋顶、广场和酒吧的围栏、帐篷和阳台的支架等。

总而言之，索结构是一种具有很多应用的创新结构形式。

它具备独特的结构形式，包括桥式索、斜角桥式索和悬索结构，可用于大跨度的桥梁、宽敞的停车场和公园等地。

它的应用也很广泛，可以为桥梁、屋顶、围栏、支架等设计提供便利，同时也可以节省土地和重新建造更大的结构面积。

因此，索结构是一种非常有价值的建筑结构形式。

应采取有效措施，确保悬索结构的刚度和稳定 性，以防止结构在不对称荷载作用下产生较大的 变形，或由于风荷载产生动力失稳的可能。 对于大跨度的悬索结构，在建筑平面的中部设置 强劲的中央支承结构，以减少索和索网的跨度， 是增强结构刚度的有效措施之一。 中央支承结构的形式除根据建筑造型的要求外， 还应使其受力合理，特别是应使其具有足够的侧 向刚度。
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3、材料及施工安装方面的考虑

应尽量采用轻型屋面，使索结构的优越性得以充 分发挥。 可行的施工方案


单层索系→重屋面 平行布置的单层索系→横向加劲构件 圆形平面双层索系→对上索施加预应力 矩形平面双层索系→调整系杆 正交索网 →稳定索
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适当的预张力施加步骤

平行布置的索桁架结构，可分别施加预张力； 车辐式结构，应考虑索拉力对中心环产生的非 对称荷载作用； 应采用分区、对称张拉的方式，必要时还应将 总拉力分成几级来施加。

结构形态 (Morphology)
— 建筑功能与结构特点相协调

承载能力 (Capacity Limit)
— 结构都有其合理跨度区间；梁→桁架→拱→悬索

荷载条件 (Load Conditions)
— 抗风、抗震、抗火造价 (Cost)— 砖石→混凝土→钢结构→张力结构
3
1、建筑造型及使用功能方面的考虑
¾ ¾ ¾
椭圆形平面，104m×67m 中央落地平面钢拱+两片预应 力鞍形索网 索网边索固定在由立柱和锚杆 组成的锚架上
5
索网上面覆以木网格及白色透明的聚氯乙烯聚酯薄膜
6
中央钢拱为三角形截面的 格构式钢管结构
7
索网网格0.75m×0.75m， 两个方向的悬索均采用两 根φ11.5mm的镀锌钢绞线 组成，用铝合金夹具固定

索的应力应变曲线和力学性能
索的弹性模量
索的安全系数
四、非线性分析的基本概念
u 非线性分析与线性分析之间的关系； u 非线性结构问题是指结构的刚度随其
变形而改变的问题； u 线性分析可以用叠加原理，非线性分
析不适用叠加原理；
F
KT
u
大板的突然翻转
将碰到障碍物的悬臂梁 悬臂梁大挠度
非线性一个例子
五、3D3S索结构分析的一些概念
Ø 三态的关系
• 初始形态； • 零状态； • 工作状态；
零状态——加工放样后的索段和构件集合体。 初始状态——仅在预应力和自重作用下的自平衡状态 工作状态——在外部效应作用下达到的平衡状态。
主动索和被动索
Ø 索结构的系列找形算法
矩阵分析法（给定边界和几何，求解索杆体系预张力分布） 力密度法（给定边界，求解索网预张力和对应的几何） 有限单元法（给定边界，求解几何和对应的预张力分布）
# 等原长索网 同上迭代求解。
等力密度索网
等力索网
采用有限单元法可以同样求解， 但计算效率较低，特别是对于等力密度索网！
Ø三种状态位移的关系 零状态→荷载状态的位移； 初始状态→荷载状态的位移；
Ø自重选项
谢谢！
程是紧密相关的，设计应与施工统一考 虑；
二、索结构的分类
Ø 预应力刚架结构
Ø 桁架杆件内穿索
下弦钢管内穿索
Ø 张弦梁结构
张弦结构的边界条件设置 Ø 简支（一端固定，一端滑移） Ø 两端固定
Ø 弦支穹顶
Ø 索穹顶
Ø 弦支穹顶
Ø 索网结构
上海航海博物馆
Ø 预应力撑杆柱
Ø 预应力撑杆柱
索结构在3D3S中的应用
一、索结构的概念和特点

i
xq、yq、zq为节点q的坐标
(1)
xp、yp、zp为节点q的坐标 T0i 为索段i内的初始张力 L0i为索段初始长度
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荷载态时节点q的平衡方程
Ti 为索段i内的张力 li 为荷载态索段长度
初始态
Pyq
荷载态
q
T0i
l0i
p
⎫ ⎡Ti ⎤ ∑⎢ l (xp + up − xq −uq )⎥ + Pxq = 0⎪ ⎣i ⎦ ⎪ i ⎪ ⎡Ti ⎤ ⎪ ∑⎢ l (yp + vp − yq − vq )⎥ + Pyq = 0⎬ ⎣i ⎦ ⎪ i ⎪ ⎡Ti ⎤ ∑⎢ l (zp + wp − zq − wq )⎥ + Pzq = 0⎪ ⎪ ⎣i ⎦ ⎭
2
qz = 常量 = q f
d 2z q =− 2 dx H
q 2 z=− x + C1 x + C2 2H
代入边界条件 （x=0, z=0）; （x=l, z=0）; （x=l/2, z=f ）
ql C1 = 2H
ql 2 H= 8f
索内的水平张力
C2 = 0
4 fx(l − x) z= l2
索曲线方程
0
⎡ 1 ⎛ dz ⎞ 2 ⎤ ds = ⎢1 + ⎜ ⎟ ⎥ dx ⎢ ⎣ 2 ⎝ dx ⎠ ⎥ ⎦
1 ⎡⎛ dz ⎞ ⎛ dz0 ⎞ ⎤ Δs = ∫ ⎢⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⎥ dx 2l⎢ ⎣⎝ dx ⎠ ⎝ dx ⎠ ⎥ ⎦
2 2
⎡ dz0 dw 1 ⎛ dw ⎞ 2 ⎤ Δs = ∫ ⎢ ⋅ + ⎜ ⎟ ⎥ dx l ⎢ ⎣ dx dx 2 ⎝ dx ⎠ ⎥ ⎦
5.4 悬索结构计算理论

浅述我国建筑索结构的概念、类型与发展来源：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、类型与发展》一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，并就各种类型建筑索结构的组成与受力特点及其在建筑钢结构与幕墙（采光顶）中的应用与发展进行了论述。

——编者⒈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与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，会上还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，无论是设计理论还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×144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。

索结构通常由索与其它材料的结构组成，可包括：索与钢结构、索与膜结构、索与钢筋混凝土结构、索与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与幕墙（采光顶）的应用中形成的各种类型体系。

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拉锚体系

¾拉丝体系和拉锚体系

拉丝体系要利用千斤顶对钢丝或钢绞线逐根张拉 锚固；而拉锚体系是利用锚环上的螺纹和配套的 张拉机具，对整束钢索进行张拉。 拉丝体系的锚具在支承构件上所需预留的穿索孔 道较小，对支承构件的截面削弱不大，但不宜多 次重复张拉，因而不便于调整索力。 拉锚体系要求在支承构件上预留较大的索孔，但 调整索力却很方便，组成索束的钢丝或钢绞线在 张拉和受荷阶段的受力也比较均匀。
45
五、封端
1、在距工作夹片50mm处，切除多余的预应力筋，用混凝 土封住锚头； 2、48小时内往张拉孔道内压浆； 3、用混凝土将锚头端部封平。
46
The End !
47
5.2 建 筑 缆 索
Cables for Civil Engineering
主讲人：武 岳
哈尔滨工业大学
1.建筑缆索分类
A Taxonomy of Cables

力学意义上的“索”

理想柔性，即不能受压，也不能抗弯； 截面尺寸与构件长度相比十分微小，在计算中可不 考虑截面的抗弯刚度。
1

物理意义上的“索”
35

镦头锚具的优点是：用钢量省，体积小，易于加 工，使用方便，钢丝无滑丝内缩，钢丝强度无损 失，除锚固高强度钢丝外，也可用于锚固圆钢。 缺点是：对钢丝的下料长度精度要求高，否则会 使各平行钢丝之间受力不均匀。

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¾ 锥塞式锚具

由锚环及锚塞组成，锚环内壁及锚塞均呈圆锥台 形，可锚固多根高强钢丝束。
三种典型的钢丝缆索力学特性比较扭转稳定性181013002000张拉刚度ea10145175204km987980自重kgm139132160极限承载力10密封式钢丝绳钢绞线半平行钢丝拉索建筑用钢拉杆高强度钢棒20510272019610460弹性模量mpa冲击强度抗拉强度mpa屈服强度mpa高强度钢棒的力学性能钢棒在韧性疲劳寿命整体性防火防腐性能方面均要优于钢丝缆索体系

外景局部
慕尼黑奥林匹克体育中心（1972）
慕尼黑奥林匹克体育场索网结构（1972）
看台内景
看台挑蓬索网示意图
慕尼黑溜冰馆索网结构（1972）
结构示意图
索网节点
卡尔加里滑冰馆鞍形索网结构（1986）
索网安装完毕
索网网格平面图
屋面板安装
亚特兰大体育馆索穹顶（1996）
索穹顶结构示意图

伞形屋面 最大的伞形屋面： 前苏联伊利姆斯克 汽车库，跨径206m
受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比 平行布置做到较大跨度。
网状布置形式(适用于圆形，矩形等各种平面)
两向索正交布置屋面板规格统一边缘构件弯矩大于幅射式布置
单层索网结构的设计要点
单层悬索体系垂跨比经验取值： 1/201/10 加强形状稳定性的措施： 1）采用重屋面 2）采用预应力钢筋混凝土大型屋面板 3） 混凝土悬挂薄壳 4） 采用横向加劲构件
三、索的构成、材料及性能
1、索的组成：钢丝束、钢铰线、钢丝绳。 结构用索一般为全钢索，且为较粗的线 材制造。
D¡ ª ¹ « ³ Æ Ö ±¾ ¶
Aª ¡ 3¹ É ¸ Ö ½ Ê Ï ß Á ¿ ² â ³ ß ´ ç
2、索的材料：
钢索的弹性模量一般为147—190KN/mm2 索的线膨胀系数一般为：3.9E-5/℃
专题五——索结构
“索”是受拉单元的统称
独龙 河上 的藤 网桥
慕尼黑奥林匹克体育场索网结构（1972）
亚特兰大体育馆索穹顶（1996）
日本明石海峡大桥—1999年建成， 1991米跨
一、索结构的特点
通过施加预应力提供结构的初始刚度 通过轴向拉伸抵抗外荷作用，充分利用钢材强度 施工方便，费用低 便于建筑造型

①
②
③
9
Dulles International Airport Terminal，1957
华盛顿杜勒斯机场候机厅
• 矩形平面195.2×51.5m • 屋面采用预制轻质混凝土板，灌缝处理。
10
★ 结构设计关键参数
索的垂度与跨度之比（垂跨比）是影响单层悬 索体系工作性能的重要参数。 • 垂跨比小——屋面较平，索拉力大，稳定性 和刚度较差； • 垂跨比大——索拉力小，稳定性和刚度好但 结构空间大，经济性不好； • 合理垂跨比 1/20~1/10
主索 (承重索）
副索 (稳定索）
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¾ 几种不同形式的平面双索结构
凸式
凸凹式
凹式
索桁架 （Jawerth体系）
15
Johanneshov Ice Stadium in Stockholm，1962
瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑冰场
• 近似矩形平面118×83 m，采用Jawerth体系 • 屋面采用预制轻质混凝土板 • 屋面索耗钢量2.98kg/m2
5.3 悬索结构体系
Structural System of Cable Structures
主讲人：武 岳
哈尔滨工业大学
(a)
(d)
索结构的核心问题是形状稳定性问题，为使其 能够有效抵抗机构性位移，就必须采取不同的构造 措施，由此就形成各种不同的悬索体系。
(b) (e)
(c)
(f)
1
传统 悬索结构
a) 平行布置
b) 辐射布置
c) 网状布置
4
德国乌柏特市游泳馆
Swimming Hall at Wuppertal, German, 1956
最早的单层悬索结构,L=65m

索结构应用技术1. 技术内容（1）索结构的设计进行索结构设计时，需要首先确定索结构体系，包括结构的形状、布索方式、传力路径和支承位置等；其次采用非线性分析法进行找形分析，确定设计初始态，并通过施加预应力建立结构的强度与刚度，进行索结构在各种荷载工况下的极限承载能力设计与变形验算；；然后进行索具节点、锚固节点设计；最后对支承位置及下部结构设计。

（2）索结构的施工和防护索结构的预应力施工技术可分为分批张拉法和分级张拉法。

分批张拉法是指：将不同的拉索进行分批，执行合适的分批张拉顺序，以有效的改善张拉施工过程中结构中的索力分布，保证张拉过程的安全性和经济性。

分级张拉法是指：对于索力较大的结构，分多次张拉将拉索中的预应力施加到位，可以有效的调节张拉过程中结构内力的峰值。

实际工程中通常将这两种张拉技术结合使用。

目前索结构多采用定尺定长的制作工艺，一方面要求拉索具有较高的制作精度，另一方面对拉索施工过程中的夹持和锚固也提出了较高的要求。

索结构的夹持构件和索头节点应具有高强度/抗变形的材料属性，并在安装过程中具有抗滑移和精确定位的能力。

索结构还需要采取可靠的防水、防腐蚀和防老化措施，同时钢索上应涂敷防火涂料以满足防火要求，应定期检查拉索在使用过程中是否松弛，并采用恰当的措施予以张紧。

2. 技术指标（1）拉索的技术指标拉索采用高强度材料制作，作为主要受力构件，其索体的静载破断荷载一般不小于索体标准破断荷载的95%，破断延伸率不小于2%，拉索的的设计强度一般为0.4～0.5倍标准强度。

当有疲劳要求时，拉索应按规定进行疲劳试验。

此外不同用途的拉索还应分别满足《建筑工程用索》和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》GB/T17101、《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224、《重要用途钢丝绳》GB8918等相关标准。

拉索采用的锚固装置应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370及相关钢材料标准。

（2）设计技术指标索结构的选型应根据使用要求和预应力分布特点，采用找形方法确定。

浅谈索结构施工技术应用余关鹏【摘要】索结构种类繁多，在桥梁、边坡和大空间结构中非常常见。

由于预应力在索结构中的广泛应用使得单根索的极限承载力相当可观，因而索的施工质量往往关系到结构的安全性，从而受到施工技术人员的重视。

本文将列举预应力索拱、预应力单索等常见索结构并着重分析此两种索结构的施工过程及关键技术。

【关键词】索拱与单索；预应力结构施工；应力张拉前言：索结构是近代土木工程发展的产物。

随着人们对钢筋和预应力技术认识的不断深入，如何节约材料及如何设计更加美观的结构成为两大新课题。

于是索结构逐渐进入人们的视野，高承载力及空间利用的高效率使其成为一种常见的结构形式。

在悬索桥、边坡支护、火车站候车大厅及大空间展览馆中索结构均具有很强的生命力。

为提高单根索的极限承载力，通常使用的方法是应用高强钢筋并对其施加预应力，因而在索结构中，每根索的施工质量都非常重要，索的施工成為索结构发展中必须解决的一大问题。

本文将从常见的索结构入手，分析其施工工艺和关键技术，力图对索结构施工有一个全面深入的了解和认识。

1.预应力索拱施工：作为一种建筑与美学和谐统一的结构形式，拱一直受到建筑师的青睐。

但是拱是具有侧推力的结构，拱脚处往往会产生较大的水平推力。

为降低甚至消除此拱脚推力，目前工程界有效的方法是使用钢索将两拱脚相连。

结构形式为钢索与钢拱架组合，即预应力索拱结构。

图1为预应力索拱的几种常见形式。

钢索是预应力索拱结构的关键组成部分，按结构计算和耐久性要求其材料选取、长度确定有以下几个特点：1）由预应力钢索最大承载拉力及安全系数确定钢索类型为φ5×31，材料标准强度为1670MPa。

考虑防火及防腐性能选择镀锌钢丝和外包双层PE保护层。

2）预应力钢索一端为锚固端，一端为张拉端。

锚固端为叉耳式，张拉端为带螺扣的钢拉杆。

张拉时借助螺扣设计张拉设备，张拉完成后使用双螺帽进行永久锚固。

3）在设计叉耳尺寸时要进行抗剪和局部承压验算，特别注意与型钢拱架耳板尺寸匹配，防止出现叉耳安装不上或者安装之后叉耳无法转动的情况。

索的汉字结构和部首
“索”字的汉字结构属于上下结构，由“糸”部和“十”部组成。

“糸”部在汉字中通常表示与丝、线、绳索等相关的意义。

它作为部首出现在许多与丝、绳、线有关的字中，如“红”、“经”、“纪”等。

“十”部在“索”字中起到了声旁的作用，它并没有直接的表意功能，但通过与“糸”部相结合，共同构成了“索”字的整体意义。

“索”字的本义是绳索、绳子，后来引申为求取、搜寻、探索等意义。

它在汉字中常用于表示与绳索、求取、探索等相关的概念。

了解汉字的结构和部首有助于我们更好地理解和记忆汉字的意义和用法。

对于学习汉字的人来说，掌握部首的含义和规律是提高识字能力的重要一步。

需要注意的是，以上内容是基于常规的汉字结构和部首分析，具体的解释可能因字体演变和个人理解而有所差异。

如果你对特定的汉字结构或部首有更深入的疑问，建议参考相关的汉字字典或专业书籍。

我国建筑索结构的发展与工程实践目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (4)1.3 文献综述 (5)1.4 研究内容与方法 (6)2. 建筑索结构概述 (7)2.1 索结构的发展历程 (8)2.2 索结构的特点与优势 (10)2.3 国内外索结构应用现状 (11)3. 索结构设计理论 (13)3.1 索力学原理 (14)3.2 索结构设计准则 (15)3.3 连接件设计与计算 (16)3.4 索结构设计软件介绍 (17)4. 工程实践案例分析 (19)4.1 著名案例简介 (20)4.2 案例技术要点 (21)4.3 案例中存在的问题与解决措施 (22)4.4 案例对设计理念的启发 (23)5. 发展趋势与应用前景 (24)5.1 新材料的应用 (25)5.2 新技术的发展 (27)5.3 施工技术的进步 (28)5.4 建筑索结构的未来发展趋势 (29)6. 存在问题与挑战 (30)6.1 设计与施工难点 (31)6.2 工程造价与经济性 (32)6.3 质量控制与安全保障 (34)6.4 行业发展面临的挑战 (35)7. 政策与法规环境 (37)7.1 国内外相关法规 (38)7.2 行业标准与规范 (39)7.3 政策导向与行业规范 (40)8. 结论与建议 (41)8.1 研究总结 (42)8.2 实践建议 (44)8.3 未来展望 (45)1. 内容描述本文档旨在全面探讨我国建筑索结构的发展历程、现状以及未来的发展趋势，并通过具体的工程实践案例，深入剖析索结构在建筑领域的应用与创新。

内容涵盖了索结构的基本理论、发展脉络、关键技术、工程应用以及未来展望等多个方面。

我们将回顾索结构在我国的发展历史，从早期的简单应用到现代的高层建筑和大跨度桥梁，展示其技术的不断进步和应用的广泛性。

分析当前索结构在国内外的发展现状，包括主要的技术特点、材料应用、设计方法和施工工艺等。

索结构知识点
索结构是一种数据结构，用于快速查找数据。

它类似于字典或者
电话簿，用于存储和管理大量的信息。

索结构通常由一个键和与之相
关联的值组成。

键可以是数字、字符串或其他任何类型的数据。

索引
结构可以分为不同的类型：哈希表、二叉搜索树、B树和B+树等。

哈希表是一种使用哈希函数将键映射到桶中的索引结构。

桶是一
个包含一个或多个键值对的数组。

哈希函数将键转换为索引，使得数
据可以通过索引快速查找。

哈希表的查找和插入操作具有常数时间复
杂度，但可能会浪费内存空间。

二叉搜索树是一种由节点组成的树形结构，其中每个节点的左子
树的键小于该节点的键，而右子树的键大于该节点的键。

二叉搜索树
的查找和插入操作的平均时间复杂度为O(log n)，但在最坏情况下可
能达到O(n)。

B树是一种平衡树，可以提高磁盘访问的效率。

它能够在节点中
存储多个键值对，并允许子节点数目可变。

这使得B树非常适合于磁
盘上的大型数据集。

B树的查找和插入操作的时间复杂度为O(log n)。

B+树是B树的一种扩展形式，它通过优化叶子节点来提高范围查
询的性能。

在B+树中，所有的键都存储在叶子节点上，而非叶子节点
只包含键和指向子节点的指针。

这使得B+树比B树更适合于范围查询
操作。

B+树的查找和插入操作的时间复杂度为O(log n)。

jgj257-2012索结构技术规程
《JGJ257-2012建筑索结构技术规程》是中华人民共和国国家住房和城乡建设部颁布的一项技术规范，关于建筑索结构的设计和施工方面进行了规范和指导。

这份技术规程主要涉及建筑中使用的索结构，这包括但不限于索梁、索柱、索桥等。

规范的内容通常包括设计、材料选用、施工工艺、验收标准等方面的要求，旨在确保建筑索结构的安全可靠，符合相关的技术标准和规范。

具体而言，这份技术规程可能包括索结构的荷载计算方法、索的材料要求、连接方式、预应力处理等方面的规定，以确保在工程实践中能够得到正确的应用和实施。

如果你需要具体的内容或更详细的解读，建议查阅《JGJ257-2012建筑索结构技术规程》的正式文件文本，或者参考相关的建筑工程技术文献。