建筑工程管理淺述我國(guó)建筑索結(jié)構(gòu)的概念類型與發(fā)展

1、咱由（建筑工程管理）淺述我國(guó) 建筑索結(jié)構(gòu)的概念類型與發(fā)展20XX年XX月多年的企業(yè)咨詢豉問經(jīng)驗(yàn).經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證可以落地機(jī)行的卓越管理方案，值得您下載擁有淺述我國(guó)建筑索結(jié)構(gòu)的概念、類型和發(fā)展來源：中國(guó)建設(shè)報(bào)近年來，索結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中越來越多地得到應(yīng)用，其建造技術(shù)也得到迅速發(fā)展。北京工業(yè)大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心主任、中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì)理事長(zhǎng)張毅剛教授在建筑索結(jié)構(gòu) 的概念、類型和發(fā)展壹文中詳細(xì)地介紹了懸索結(jié)構(gòu)、管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、張弦結(jié)構(gòu)、拉索結(jié) 構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、索拱結(jié)構(gòu)、吊掛結(jié)構(gòu)等七種類型的結(jié)構(gòu)及其在我國(guó)最新的工程實(shí)踐，且就各 種類型建筑索結(jié)構(gòu)的組成和受力特點(diǎn)及其在建筑鋼結(jié)構(gòu)和幕墻（采光頂）中的應(yīng)用和

2、發(fā)展進(jìn) 行了論述。一一編者L引言。我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力索始于20世紀(jì)50年代，1991年中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)分會(huì)在無錫召開了全國(guó)索結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會(huì)，盡管預(yù)應(yīng)力索在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更多，會(huì)上仍是展示了在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的良好勢(shì)頭。2002年，中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)教授董石麟和北京工業(yè)大學(xué)教授陸賜麟整理了我國(guó)主要預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程（不包括膜結(jié)構(gòu)工程），截至到2001年有28項(xiàng)。光陰荏苒。目前，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索的應(yīng)用已經(jīng)遍地開花，無論是設(shè)計(jì) 理論仍是制作建造技術(shù)均有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅新發(fā)展起來的空間張弦結(jié)構(gòu)已 經(jīng)有18項(xiàng)工程；近幾年新建的火車站已有 12個(gè)應(yīng)用了索結(jié)構(gòu)；綜合起

3、來估計(jì)有數(shù)百項(xiàng)工程。 1997年，中國(guó)工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授沈世釗等所著懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所列的索結(jié)構(gòu)形式，均有了新的工程實(shí)踐， 且不斷創(chuàng)新。隨著114米X144米跨度的雙向張弦桁架、122 米跨度的張弦網(wǎng)殼、148米跨度的張弦桁架、310米跨度的輻射布置索桁架等世界上最大的 工程落戶我國(guó)，相關(guān)的內(nèi)容很值得總結(jié)、梳理，以推動(dòng)行業(yè)更好地發(fā)展。索結(jié)構(gòu)通常由索和其它材料的結(jié)構(gòu)組成，可包括：索和鋼結(jié)構(gòu)、索和膜結(jié)構(gòu)、索和鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)、索和玻璃結(jié)構(gòu)組成的各種結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)（幕墻、 采光頂）中。建筑索結(jié)構(gòu)是指在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用索作為承重結(jié)構(gòu)或通過張拉索對(duì)剛性結(jié)構(gòu)體系施加預(yù)

4、應(yīng)力，提高或改善結(jié)構(gòu)的受力性能而形成的結(jié)構(gòu)體系，這里主要討論的是其在鋼結(jié)構(gòu)和幕墻（采光頂）的應(yīng)用中形成的各種類型體系。根據(jù)建筑索結(jié)構(gòu)近年來的發(fā)展，按其組成和受力特點(diǎn)可歸納為：懸索結(jié)構(gòu)、管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、張弦結(jié)構(gòu)、拉索結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、索拱結(jié)構(gòu)、吊掛 結(jié)構(gòu)。.懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)主要承力構(gòu)件是索，懸掛于支承結(jié)構(gòu)上，采用雙層索時(shí)在上下弦索之間使用撐桿或 拉桿聯(lián)系。根據(jù)布索的不同方式形成了索桁架、索網(wǎng)、勁性索和索穹頂。平行布置索桁架是由上下弦索加聯(lián)系桿構(gòu)成，形如桁架，故稱索桁架。1986年建成的吉林冰上運(yùn)動(dòng)中心滑冰館屋蓋最早采用索桁架，59米跨度，平行布置，需要支撐系統(tǒng)以保證多根索桁架能夠共同工作。 近年來

5、，索桁架被大量用作玻璃幕墻的支承體系，在采光頂中也有應(yīng)用。輻射布置索桁架是將索桁架輻射布置，和受壓外環(huán)梁和受拉內(nèi)環(huán)梁（索）組成圓形或橢圓形屋蓋結(jié)構(gòu)，能夠采用壹層外環(huán)倆層內(nèi)環(huán)或倆層外環(huán)壹層內(nèi)環(huán)的形式。1961年建成的北京工人體育館屋蓋是我國(guó)最早白此類結(jié)構(gòu)，跨度94米。近年來，輻射布置索桁架也用于采光頂。2006年建成的佛山世紀(jì)蓮體育場(chǎng)屋蓋，外環(huán)達(dá)到310米，內(nèi)環(huán)125米，是世界上跨度最大的此類結(jié)構(gòu)。正在建設(shè)的深圳寶安體育場(chǎng)屋蓋，外環(huán)為237米X230米的近似圓，內(nèi)環(huán)129米X122米，呈馬鞍面，建筑更加美觀，但結(jié)構(gòu)建造難度增大。索網(wǎng)是倆方向的索交叉布置，就形成了索網(wǎng)。通常承重方向的索下凹，穩(wěn)定方

6、向的索上凸，構(gòu)成雙曲拋物面。1969年建成的浙江人民體育館屋蓋（80米60米）是我國(guó)早期的此類工程。1988年建成的四川體育館，用跨度 102.45米、矢高39.27米大拱作為中間支承，倆邊是雙曲 拋物面索網(wǎng)，類似工程后來建成了好幾座。近年來索網(wǎng)更多地應(yīng)用于幕墻和采光頂，如采用單層索網(wǎng)支承玻璃幕墻。深圳市民中心博物 館采光頂，采用斜向布置的雙層索網(wǎng)，覆蓋 30米X54米。2004年建成的天津壹汽豐田停車 場(chǎng)，柱網(wǎng)是26米24米35米X24米，采用雙向多跨連續(xù)索桁架作為每塊雙曲拋物面索網(wǎng)的 支承體系，這里應(yīng)用了倆種形式的索桁架，共覆蓋5萬多平方米。索穹頂是上弦索徑向布置，下弦索環(huán)向布置，其間徑向

7、布置斜索和豎直壓桿，最終和周邊受 壓環(huán)梁壹起構(gòu)成了索穹頂（CableDome）。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)以拉索為主，輔以少量壓桿，結(jié)構(gòu)效 率極高。國(guó)外已有多個(gè)工程， 我國(guó)的學(xué)者壹直在研究， 難點(diǎn)在于預(yù)應(yīng)力的施加過程。2009年，無錫科技交流中心工程采用了24米跨度的索穹頂，采用地面組裝，整體提升，分次逐級(jí)張拉的施工方法成功地建成了我國(guó)首個(gè)剛性屋面索穹頂。勁性索結(jié)構(gòu)是將剛性構(gòu)件做成下垂形式如同柔性索壹樣地使用，就稱為勁性索。向下荷載作 用時(shí)，剛性構(gòu)件受拉；向上風(fēng)荷載作用時(shí)，利用其抗彎剛度，以拱的形態(tài)來承擔(dān)荷載。顯然勁性索結(jié)構(gòu)的建造要比柔性索容易，結(jié)構(gòu)效率也較好。2008年建成的北京南站雨篷結(jié)構(gòu)首次采用了勁性

8、索結(jié)構(gòu)。工字鋼梁跨度為9.772米67.500米，最大下垂高度為 6.464米，端部設(shè)了斜拉索，主要用來穩(wěn)固鋼梁。.管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在鋼管內(nèi)穿索且施加預(yù)應(yīng)力，使其成為預(yù)應(yīng)力拉桿是預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)件中的壹種通常做法。近年 來，將這壹做法直接應(yīng)用于雙層管結(jié)構(gòu)的下弦管，用以提高結(jié)構(gòu)剛度，節(jié)省下弦桿用鋼，稱 管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。這樣，不僅索的張拉施工方便，同時(shí)仍有利于索的防火和防腐。2000年建成的宿遷市文體館屋蓋焊接空心球網(wǎng)殼，呈雙曲拋物面，投影80米62.5米。經(jīng)過方案比較認(rèn)為，下弦管內(nèi)穿索的方案控制位移效果最好，內(nèi)力變化均勻，用鋼量少。近年來，管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較多，譬如，2002年建成的濟(jì)南戰(zhàn)役紀(jì)念館網(wǎng)

9、架屋蓋跨度為42米。2009建成的東北師范大學(xué)體育館跨度為40米70米，用立體桁架構(gòu)成曲面造型。2005年建成的南京奧體中心游冰館跨度為78米27米，在上拱的下弦管內(nèi)使用了預(yù)應(yīng)力索。同年建成的成都市新世紀(jì)國(guó)際會(huì)展中心展館跨度為73.06米89.976米，在下凹的下弦管內(nèi)使用預(yù)應(yīng)力索。應(yīng)該指出，下弦上拱時(shí)，豎向荷載作用引起的變形將使管內(nèi)的索趨于松弛。管內(nèi)預(yù) 應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意索和鋼管變形的協(xié)調(diào)及極端情況下斷索情況驗(yàn)算。.張弦結(jié)構(gòu)張弦結(jié)構(gòu)是指上弦剛性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）和下弦索通過撐桿聯(lián)結(jié)成的自平衡體系，通過對(duì)下弦索 施加預(yù)應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)剛度，改善上弦內(nèi)力分布。1957年第壹個(gè)張弦桁架模型試驗(yàn)在哈爾濱工

10、業(yè)大學(xué)進(jìn)行，跨度為 12米。1958年在山西大同煤礦四老溝礦建成了全國(guó)第壹個(gè)張弦桁架輸 煤棧橋，跨度為 25米，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋后比原設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材達(dá)51%。此后，張弦桁架的應(yīng)用得到推廣。1999年上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)（壹期）航站樓竣工投入運(yùn)營(yíng)，入口處、辦票 廳、商場(chǎng)和登機(jī)廊 4個(gè)大空間屋蓋均采用了張弦結(jié)構(gòu)，跨度依次為49.3米、82.6米、44.4米和54.3米。張弦結(jié)構(gòu)在上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的成功應(yīng)用引起了人們廣泛的關(guān)注，推動(dòng)了張弦結(jié)構(gòu)在大空間屋蓋中的應(yīng)用和發(fā)展。目前，張弦結(jié)構(gòu)是建筑索結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的 結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)理論和建造技術(shù)趨于成熟。單向張弦結(jié)構(gòu)的上弦是由梁、拱、桁架或立體桁

11、架構(gòu)成的，張弦結(jié)構(gòu)屬于單向受力，壹般平 行布置，輔以支撐系統(tǒng)保證結(jié)構(gòu)平面外的穩(wěn)定。幾個(gè)跨度最大的工程均采用了張弦立體桁架。譬如，2002年建成的廣州國(guó)際會(huì)議展覽中心展覽大廳屋蓋，跨度為 126.6米；同年建成的黑 龍江省國(guó)際會(huì)議展覽體育中心主館屋蓋，跨度為128米。2009年建成的上海世博會(huì)主題館西展廳屋蓋，跨度為144米；同年建成的東營(yíng)黃河口模型廳屋蓋，最大跨度為148米，立體桁架包括穿索張拉節(jié)點(diǎn)都采用了焊接球節(jié)點(diǎn)。提高單向張弦結(jié)構(gòu)的平面外剛度和抗風(fēng)能力是該類結(jié)構(gòu)應(yīng)用中必須引起重視的問題。許多工 程設(shè)計(jì)成空間體系，以提高單向張弦結(jié)構(gòu)的平面外剛度，如寶鋼游泳館改造、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期工程、如皋市

12、行政綜合服務(wù)中心屋蓋等。為提高其抗風(fēng)能力，如皋市行政綜合服務(wù)中心 屋蓋加設(shè)了抗風(fēng)索，延安站站臺(tái)雨篷在上弦管內(nèi)適度澆灌水泥砂漿，增加恒載以抵抗風(fēng)吸力。之上表明張弦結(jié)構(gòu)應(yīng)用的技術(shù)在不斷地提高。雙向張弦結(jié)構(gòu)的雙方向布置張弦體系克服了單向結(jié)構(gòu)平面外剛度小的弱點(diǎn)，壹般采用正交布 置。2003年北京建工研究院進(jìn)行了此類結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，近年來有了壹些應(yīng)用。2007年建成的北京中石油大廈中庭采用了43.2米X40.5米的雙向張弦結(jié)構(gòu)；同年建成的國(guó)家體育館采用了 114米M44.5米的雙向張弦結(jié)構(gòu)，橫向 14根，縱向8根，成為目前世界上跨度最大的 雙向張弦結(jié)構(gòu)。 空間張弦結(jié)構(gòu)的上弦是單層網(wǎng)殼或空間桁架體系，下弦

13、索撐體系采用多向或空間布置形成空 間工作，近年的發(fā)展有幾種形式的應(yīng)用。2008年建成的南京蘇遠(yuǎn)大廈中庭，跨度為 72米，該工程成功地嘗試了上部單層網(wǎng)殼和下部三向布置索撐體系組合的張弦網(wǎng)殼。2007年建成的北京大學(xué)體育館上弦采用放射和環(huán)向布置的空間桁架體系，平面80米對(duì)4米，構(gòu)成了張弦空間桁架結(jié)構(gòu)。即將竣工的廣州南沙體育館（亞運(yùn)會(huì)武術(shù)館），跨度為98米，采用張弦梁輻射布置，輔以中央拉環(huán)的結(jié)構(gòu)形式。利用張弦結(jié)構(gòu)的自平衡特性，該工程采用了雙層結(jié)構(gòu)的做 法，有效地減小了結(jié)構(gòu)高度。2000年建成的昆明柏聯(lián)廣場(chǎng)中庭跨度為15米，上弦采用矢跨比1/25的單層網(wǎng)殼，下部的索撐體系環(huán)向和徑向形成空間布置，是Su

14、spenDome結(jié)構(gòu)體系在我國(guó)的第壹次嘗試，其后陸續(xù)建成10余座此類結(jié)構(gòu)。2008年建成的濟(jì)南奧林匹克體育中心體育館，跨度達(dá)到122米，是目前世界上跨度最大的此類結(jié)構(gòu)。安徽大學(xué)體育館做成六邊形，邊長(zhǎng) 47.44米，索撐體系沿 著6條主肋布置。渝北體育館設(shè)計(jì)成三角形，單邊跨度 81米，索撐體系采用魚腹式布置。 這些工程充分體現(xiàn)出我國(guó)建造技術(shù)的日益進(jìn)步和創(chuàng)新能力。 空間張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造過程中，預(yù)應(yīng)力損失以及支座的合理使用是值得注意的問題。仍有 幾種張弦結(jié)構(gòu)形式值得進(jìn)壹步關(guān)注且推進(jìn)它們發(fā)展。張弦剛架是將索撐體系應(yīng)用到剛架，增加橫梁剛度，能夠有效節(jié)省用鋼量。譬如，2004年建成的大連周水子國(guó)際機(jī)場(chǎng)航

15、站樓跨度為53.5米。張弦倆錢拱是將索和撐桿根據(jù)倆錢拱在全跨荷載作用下的彎矩合理地布置在受拉側(cè)。譬如， 新柏林火車站。我國(guó)在張弦倆較拱方面已有些研究，但尚無工程應(yīng)用。張弦成形結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)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號(hào)維修機(jī)庫，其采用了 Strarch體系：拱架下弦管預(yù)留間隙，通過張拉下弦管內(nèi)的索，壹端 支座滑動(dòng)，下弦間隙且攏，使上弦拱起，柱子立直，拱架成形。該工程是國(guó)外X公司設(shè)計(jì)和建造的。該結(jié)構(gòu)成形前實(shí)際上是張弦結(jié)構(gòu)，成形后如果將下弦管連接起來就成為管內(nèi)預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)。由于張拉過程是實(shí)質(zhì)的成形過程，因此稱為張弦成形結(jié)構(gòu)。這方面我國(guó)已有研究，如 進(jìn)行張

16、弦成形桁架、張弦成形網(wǎng)殼試驗(yàn)研究等，但尚無工程應(yīng)用。.拉索結(jié)構(gòu)在網(wǎng)殼、拱等有水平推力的結(jié)構(gòu)中合理增設(shè)拉索，對(duì)拉索施加預(yù)應(yīng)力以減小剛性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）支座端的水平推力，提高結(jié)構(gòu)的剛度，稱為拉索結(jié)構(gòu)。拉索網(wǎng)殼較典型的工程有 1994年建成的攀枝花體育館屋蓋，跨度為 64.9米，間隔柱頂布置 拉索。這是我國(guó)最早的拉索網(wǎng)殼，類似的結(jié)構(gòu)后來又建造了許多。攀枝花體育館屋蓋結(jié)構(gòu)的 支座處設(shè)置了短撐桿，但它不同于張弦結(jié)構(gòu)中撐桿的作用，主要用于提高施加預(yù)應(yīng)力的效果，且改善柱頂周邊桿件受力。2005年建成的河南新鄉(xiāng)豫新電廠干煤棚跨度為 81.8米，為減小拉索在自重作用下的撓度，加設(shè)了吊桿。拉索拱在近年來應(yīng)用的較多，而

17、且多重拉索結(jié)構(gòu)的做法被關(guān)注的程度較高。研究表明，采用 多重拉索結(jié)構(gòu)不僅節(jié)約建筑空間，而且有利于使上部拱的內(nèi)力分布更均勻。譬如，北京海關(guān) 總署辦公樓加層，跨度為 16.8米，采用了交叉拉索；2008年建成的深圳某多功能劇場(chǎng)屋蓋，跨度為44米，采用了三重拉索。.斜拉結(jié)構(gòu)通過桅桿（塔）和斜拉索為剛性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）提供彈性支撐，減小剛性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）受力的 跨度，稱為斜拉結(jié)構(gòu)。常見的斜拉結(jié)構(gòu)有斜拉鋼梁（拱）、斜拉懸挑桁架、斜拉網(wǎng)架（殼）等，可用單桅桿或成對(duì)桅桿。1990年建成的國(guó)家奧體中心游泳館通過70米高的塔斜拉117米跨度的箱梁是斜拉結(jié)構(gòu)在我國(guó)最早的應(yīng)用。1993年建成的新加坡港務(wù)局（PSA）倉庫斜拉

18、網(wǎng)架（120米X90米）是我 國(guó)成功建設(shè)的項(xiàng)目。近年來，斜拉結(jié)構(gòu)有了較多的應(yīng)用，譬如，浙江黃龍?bào)w育中心、新疆體 育館、長(zhǎng)春經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)體育場(chǎng)等工程均是典型的應(yīng)用形式。.索拱結(jié)構(gòu)索適用于受拉，拱適用于受壓，索和拱之間通過拉索或拉桿連接，使它們共同工作，增大結(jié) 構(gòu)剛度和提高索的形狀穩(wěn)定性故稱索拱結(jié)構(gòu)。1989年建成的北京朝陽體育館平面為69米X78米，這是我國(guó)第壹個(gè)索拱結(jié)構(gòu)；2007年建成的吉林省速滑館跨度為 91.28米。這倆個(gè)工程都是索在上弦、拱在下弦。在近年來的應(yīng)用中， 發(fā)展了拱在上弦、索在下弦的索拱結(jié)構(gòu)形式。這種形式的索拱結(jié)構(gòu)形如張弦結(jié)構(gòu)，但它和張 弦結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別是索和拱之間使用拉索或拉桿而不是撐桿。2006年建成的鄭州新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)屋蓋最大跨度為 47.6米，就采用了這種形式。研究表明，下弦索雖然處于上凸?fàn)顟B(tài)，仍然 有減小水平推力的作用。2009年新落成的廣州新火車站跨度為50米68米，屬于索拱結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新。 8.吊掛結(jié)構(gòu)在支承結(jié)構(gòu)下設(shè)置吊索，為剛性結(jié)構(gòu)提供彈性支承就構(gòu)成了吊掛結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)的