結(jié)構(gòu)選型懸索PPT課件

1、1懸索結(jié)構(gòu)通過鋼索的軸向拉伸來抵抗外部的載荷作用，可以最充分地利用鋼材的抗拉強度，采用高強度鋼材時，更可大大的減輕結(jié)構(gòu)自重。它的主要特點是受力合理，可以充分的利用高強度鋼索的性能，能較經(jīng)濟的跨越很大的跨度。懸索結(jié)構(gòu)便于建筑造型，適用于多樣的平面圖形和外形輪廓，能較自由的滿足各種建筑功能的要求。14.1 概述第1頁/共35頁2組成：索 網(wǎng)：主承重構(gòu)件，軸向受拉，無彎矩，不計剛度。 邊 緣 構(gòu) 件：網(wǎng)索成型的關(guān)鍵，承受索網(wǎng)的巨大拉力。 下部支承構(gòu)件：鋼筋混凝土立柱或框架。14.2 懸索結(jié)構(gòu)的組成邊緣構(gòu)件索網(wǎng)下部支承構(gòu)件關(guān)鍵： 1）屋面剛度（索柔屋蓋剛）2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（柔索單向受力）3）共振（解決風

2、、地震的動力）第2頁/共35頁3 懸索結(jié)構(gòu)必須采取有效措施來保證屋蓋結(jié)構(gòu)在風荷載、地震作用下具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。單曲面單層懸索結(jié)構(gòu) -由多條平行單根拉索構(gòu)成。14.3 懸索結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及實例分析特點： 構(gòu)造簡單，傳力明確；但屋面穩(wěn)定性差，抗風力小。懸索側(cè)邊構(gòu)件支承結(jié)構(gòu)懸索懸索拉索第3頁/共35頁4一些典型建筑 單層懸索德國烏柏特市游泳館德國多特蒙特展覽大廳前蘇聯(lián)克達斯若牙爾斯克車庫日本古川市民會館第4頁/共35頁5德國烏柏特市游泳館 建于1956年，比賽大廳面積為65m40m，屋蓋采用縱向單曲單層懸索結(jié)構(gòu)，跨度65m，大廳看臺建在斜梁上，斜梁間距3.8m，直通到游泳池底。第5頁/共35頁

3、6單曲面雙層懸索結(jié)構(gòu)-由許多片平行索網(wǎng)構(gòu)成。特點： 平行索網(wǎng)，每片索網(wǎng)均由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，承重索與穩(wěn)定索之間用斜腹桿（圓鋼或拉索）聯(lián)系，斜腹桿對上、下索施加預應力。第6頁/共35頁7雙層懸索實例瑞典斯德哥爾摩約翰尼紹夫滑冰場德國法蘭克福機動車檢修場芬蘭赫爾辛基冰上運動場羅馬尼亞布加勒斯特文體宮第7頁/共35頁8吉林滑冰館, 1986 該館平面為矩形，底層輪廓尺寸為67.4米76.8米，館內(nèi)大廳凈高12.75米，總建筑面積8456平方米。屋蓋由正負曲率懸索重索和與其相反曲率的穩(wěn)定索組成預應力雙層索系具有很好的穩(wěn)定性和剛性。成對的承重索和穩(wěn)定索一般位于同一豎直平面內(nèi)，二者之間通過受拉鋼索或受壓

4、撐桿連系，構(gòu)成和同屋架形式的平面體系。 第8頁/共35頁9雙曲面單層懸索結(jié)構(gòu)輻射式蝶形懸索結(jié)構(gòu) 拉索按輻射狀布置，屋蓋形成旋轉(zhuǎn)曲面，拉索固定在外環(huán)（壓）及中心環(huán)（拉）上，其內(nèi)力隨著垂度的減小而增大。剛度及穩(wěn)定性較差。拉索側(cè)邊構(gòu)件拉索側(cè)邊構(gòu)件支承柱周邊柱中柱蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點：剛度及穩(wěn)定性僅比單曲面好些，但仍較差。第9頁/共35頁10網(wǎng)狀蝶形懸索結(jié)構(gòu)特點： 拉索按兩向索正交布置，拉索固定在外環(huán)。剛度及穩(wěn)定性較差。拉索側(cè)邊構(gòu)件支承柱第10頁/共35頁11幅射式布置形式 (適用于圓形，橢圓形平面)下凹雙曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美國阿拉美達比賽館，跨徑128m(1967)傘形屋面最大的傘

5、形屋面：前蘇聯(lián)伊利姆斯克汽車庫，跨徑206m 受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。網(wǎng)狀布置形式(適用于圓形，矩形等各種平面)設計要點單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗取值：1/201/10加強形狀穩(wěn)定性的措施： 采用重屋面 采用預應力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構(gòu)件兩向索正交布置屋面板規(guī)格統(tǒng)一邊緣構(gòu)件彎矩大于幅射式布置第11頁/共35頁12雙曲面雙層懸索結(jié)構(gòu) 屋蓋由承重索和穩(wěn)定索構(gòu)成，用于圓形建筑。拉索按輻射狀布置，中心設置拉環(huán)。 雙曲面雙層拉索體系增加了穩(wěn)定索，屋面剛度大，抗風和抗震性能好。 上索既是穩(wěn)定索，又直接承載。a)雙層內(nèi)環(huán)梁 b)雙層外環(huán)梁c)雙層內(nèi)外環(huán)

6、梁d)單層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置e)雙層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置第12頁/共35頁13北京工人體育館 工程于1961年建成，建成后一直是北京地區(qū)舉行大型活動的重要場所，建筑平面為圓形，面積約4.2萬平方米，地下一層，地上四層，整體形式為圓形，屋蓋采用圓形雙層懸索結(jié)構(gòu)，跨度達到94米，堪稱該結(jié)構(gòu)的經(jīng)典范例。 第13頁/共35頁14a)鞍形索網(wǎng)布置形式雙曲面交叉懸索結(jié)構(gòu) 屋蓋由兩組曲率相反的拉索交叉組成，曲面為雙曲拋物面。適用于各種形狀的建筑平面。屋面剛度大，抗風和抗震性能好。第14頁/共35頁15問題：懸索結(jié)構(gòu)是懸掛式的柔性索網(wǎng)體系，屋蓋的剛度及穩(wěn)定性較差。 （應索柔屋蓋剛）2. 風、動荷載或不對稱荷載作用時的變

7、形會影響使用功能。3. 風力、地震作用的動力作用會引起共振。14.4 懸索結(jié)構(gòu)的剛度解決方法： 1）采用合理的屋面形式（利用雙曲面）2）合理受力形式（預應力）3）使用臨時荷載，構(gòu)成整體屋面第15頁/共35頁16北京工人體育館 跨度94米，鋼筋砼外環(huán)截面尺寸為2m2m,，支承在外廊框架的內(nèi)柱上，承受壓力。中央環(huán)由上、下環(huán)及24根立柱組成，承受拉力。鋼筋砼外環(huán)梁內(nèi)環(huán)上穩(wěn)定索下承重索環(huán)形框架4層94000第16頁/共35頁17 黃龍體育中心 國內(nèi)超大型體育設施之一，總覆蓋面積2.1萬的無障礙體育場，賽時可容納觀眾5.5萬人，主體育場底部為半徑150m的圓形，比賽場地為南北向長軸長，東西向橫軸短的橢圓

8、形。觀眾席頂部設有挑蓬，挑蓬覆蓋座席的覆蓋率超過90%，挑蓬東西向中點標高39m，低處標高31.8m，南北塔樓最高點標高85m。 挑篷采用斜拉網(wǎng)殼空間結(jié)構(gòu)，由巨型吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成。網(wǎng)殼采用曲面。第17頁/共35頁18 黃龍體育中心 挑蓬結(jié)構(gòu)由吊塔、斜拉索、內(nèi)環(huán)梁、網(wǎng)殼、外環(huán)梁和穩(wěn)定索組成，總面積21000m2，網(wǎng)殼支撐于斜拉索吊拉的鋼箱形內(nèi)環(huán)梁（1600mm2200mm30mm）和預應力鋼筋砼外環(huán)梁（直徑244m）上，挑篷懸挑51m 。整個屋蓋通過斜拉索懸掛在兩端的吊塔上，吊塔為85m高的預應力砼筒體結(jié)構(gòu)，屋面采用輕質(zhì)壓型鋼板覆蓋材料。第18頁/共35頁19鞍形索

9、網(wǎng)前南斯拉夫萊士科瓦克紡織博覽館第19頁/共35頁20安徽省體育館索-桁架組合結(jié)構(gòu)第20頁/共35頁21潮州體育館索-桁架組合結(jié)構(gòu) 屋蓋采用索桁架結(jié)構(gòu)體系。該體育館屋面為雙曲扭殼，跨度為45m，一方向采用預應力鋼索、另一方向采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，預應力鋼索與鋼桁架正交布置，通過預壓 鋼桁架對鋼索施加預應力以完成整個結(jié)構(gòu)體系的形成。體育館屋面選用玻璃纖維混凝土板加鋁合金屋面板。 第21頁/共35頁22潮州體育館索-桁架組合結(jié)構(gòu)第22頁/共35頁23美國雷里競技館1953 受力特點是：受力明確，形成自平衡體系，索、拱的材料強度充分發(fā)揮，基礎很小。斜拱的周邊以間距2.4m的鋼柱支承，立柱兼作門窗的豎框，形

10、成了以豎向分隔為節(jié)奏感很強的建筑造型。被認為是世界上第一座優(yōu)秀的大跨度索網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋蓋建筑，開創(chuàng)了現(xiàn)代索結(jié)構(gòu)的歷史。比賽場：67.4m38.7m 橢圓形屋蓋：為雙曲面，采用交叉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系。索網(wǎng)的平均網(wǎng)格尺寸18.3m18.3m，縱向承重索直徑1922mm，中央承重索垂度10.3m，垂跨比約1/9；橫向穩(wěn)定索直徑1219mm，中央穩(wěn)定索矢高9.04m，矢跨比約1/10；承重索和穩(wěn)定索均錨固在兩個交叉的鋼筋混凝土拱上，形成馬鞍形拋物面。鋼筋混凝土拱為槽形截面，尺寸為4.2 0.75M鋼筋混凝土拱與地面夾角28.1度第23頁/共35頁24 1958年建成的美國耶魯大學溜冰館是典型的組合懸索結(jié)構(gòu)。屋蓋結(jié)

11、構(gòu)由沿建筑物縱向軸豎立的中央鋼筋混凝土平面大拱和兩側(cè)的兩片預應力索網(wǎng)組成。曲面屋蓋造型極為美觀，外形有些象一只古怪的海龜似的甲殼動物。第24頁/共35頁25中央大拱的跨度近100m.兩片索網(wǎng)的承重索高端錨掛在鋼筋混凝土大拱上。另一端錨掛在縱向曲墻頂端的鋼筋混凝土曲梁上。第25頁/共35頁26美國耶魯大學溜冰館入口處。大拱與曲梁的軸線均為平面拋物線。第26頁/共35頁27溜冰館內(nèi)景第27頁/共35頁28北京奧體中心英東游泳館綜合體育館第28頁/共35頁29北京奧體中心綜合體育館（1990年）北京奧體中心綜合館屋蓋透視圖 屋蓋平面尺寸80m112m屋蓋結(jié)構(gòu)組成： 1） 兩榀雙層圓柱面網(wǎng)殼； 2） 設置在中間屋脊部位的立體桁架（網(wǎng)殼一邊的支座）； 3） 8對共16根斜拉索（立體桁架的彈性支座）。屋蓋布置圖網(wǎng)殼立體桁架斜拉索第29頁/共35頁30北京奧體中心綜合體育館 47410平方米 第30頁/共35頁31北京奧體中心游泳館（1990年） 屋蓋平面尺寸78m117m屋蓋結(jié)構(gòu)組成： 1） 人字形平面桁架； 2） 設置在中間屋脊部位的箱形鋼梁（網(wǎng)殼一邊的支座）； 3） 8對共16根斜拉索（箱形鋼梁的彈性支座）。第31頁/共35頁32北京奧體中心英東游泳館44635平方米第32頁/共35頁33北