建筑结构选型悬索结构ppt课件.ppt

悬索结构,明朝成化年间（14651487年）已用铁链建成霁虹桥,现存最早的悬索桥四川泸定桥,世界最长的悬索桥日本的名石大桥,日本明石海峡大桥位于本州岛与四国岛之间，主跨1991米（960+1991+960），全长3911米，抗震强度按1/150的频率，承受8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计，为目前世界上跨度最大的悬索桥，也是世界上最长的双层桥，是联结内陆工业中的重要纽带。,金门大桥包括从钢塔两端延伸出去的部分，全长达2000米，为此，又分别在两侧修建了两座辅助钢塔，使桥形更加壮观。大桥的桥面宽27.4米，有6条车行道和两条宽敞的人行道。钢塔之间的大桥跨度达1280米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一。,奥克兰海港大桥是奥克兰极富代表性的一处景致。大桥连接奥克兰最繁忙的港口怀提玛塔海港南北两岸，全长1020米。,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,房屋建筑中悬索结构的雏形,游牧民族的帐篷,美国雷里竞技馆世界上最早的现代悬索屋盖,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。,代代木体育馆丹下健三,由丹下设计的1964年东京奥运会主会场代代木国立综合体育馆被称为20世纪世界最美的建筑之一，而他本人也赢得日本当代建筑界第一人的赞誉。代代木体育馆采用高张力缆索为主体悬索屋顶结构，创造出带有紧张感和灵动感的大型内部空间。其特异的外部形状加之装饰性的表现，具有原始的想像力。这一设计可以说是丹下健三结构表现主义时期的顶峰之作，其最大限度地发挥出丹下将材料、功能、结构、比例，直至历史观高度统一的杰出才能。,丹下认为：“虽然建筑的形态、空间及外观要符合必要的逻辑性，但建筑还应该蕴涵直指人心的力量。这一时代所谓的创造力就是将科技与人性完美结合。而传统元素在建筑设计中担任的角色应该像化学反应中的催化剂，它能加速反应，却在最终的结果里不见踪影”这一最基本的理念便是丹下在建筑实践中始终坚持的信条。,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。,结构性格,对于建筑而言，由于拉索显示出柔韧的状态，使得结构形式轻巧具有动感，而且平面形式自由灵活。,结构组成,悬索结构：由柔性受拉索、边缘构件及下部支撑构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，具有跨度大、自重小、材料省、易施工。,悬索结构的受力及变形特点,悬索为轴心受拉构件在竖向荷载作用下，支座处的水平拉力与悬索的垂度成反比索内轴力与cos(该处索的切向与水平方向的夹角的余弦值)成反比。与水平向的夹角越大，轴力越大,悬索的变形,悬索结构的形式,分类：按屋面几何形式的不同：单曲面、双曲面按拉索布置方式的不同：单层悬索体系、双层悬索体系、交叉索网体系（鞍形索网体系）,单层单曲悬索结构,单层悬索结构水平力传递,通过竖向承重结构（斜柱墩、侧边的框架结构）传至基础（如丹东体育馆结构）；通过拉锚传至基础；通过刚性水平构件传至抗侧力墙；,单层双曲悬索结构,拉索绕过内环梁实例,单层悬索结构实例,单层悬索结构小结,单层悬索结构具有构造简单，传力明确的优点单层悬索结构垂跨比经验值取1/201/10单层悬索结构稳定性差，需采取一定的加强措施,悬索结构的稳定性,悬索屋盖结构稳定性差，主要表现在以下方面：适应荷载变化的能力差 外形会随活载如不对称风、雪荷载的大小与位置而变化，且幅度很大，振荡过于频繁，对保持屋面形状、保证屋面防水 非常不利抗风吸能力差 索只能单向传力，即荷载必须与垂度f同向，若风为吸力或竖向地震力时，则立即失去稳定，无力抵抗向上风力和竖向地震力，严重时甚至屋盖被局部掀起或屋盖被完全揭 顶。抗风震、地震能力差 风荷载与地震作用具有动力和随机性，悬索像绷紧之弦，易于受到颤动，并会产生振动。一旦发生振动，屋盖即遭破坏。1940年11月7日，美国华盛顿塔克马海峡桥，和风持续6h，风力稳定且低188m/s，桥面产生空气动力颤动，振幅逐渐增大，桥梁受到扭转、弯曲，最后失稳，终于断折破坏。,增强单层悬索结构稳定性的措施：,增加悬索结构的荷载形成预应力索壳组合结构形成索梁或索桁架组合结构增设相反曲率的稳定索（双层悬索结构、交叉索网结构）,增加悬索结构的荷载,形成预应力索壳组合结构,主要采用单层索系上加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上，在板上加载使索伸长，然后在板缝中浇灌细石混凝土，待达到一定强度后卸去荷载，即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”,单曲面单层拉索结构体系可以在索上搁置横向加劲梁或横向加劲桁架，形成所谓的索梁体系。一是传递可能的集中荷载和局部荷载，使之更均匀地分配到各很平行的索上；二是通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过对索进行张拉使整个体系建立预应力，从而提高屋盖的刚度。,鞍形索网结构,交叉索网体系小结：,交叉所望体系刚度大、变形小、具有反向受力能力，结构稳定性好，适用于大跨度建筑的屋盖。交叉索网体系适用于圆形、椭圆形、菱形等建筑平面，边缘构件形式丰富多变，造型优美屋面排水容易处理，应用广泛。屋面材料一般采用轻屋面，如卷材、吕板、拉力薄膜，以减轻自重，节省造价。,悬索结构的优缺点,优点：轴向拉伸抵抗外荷载作用，充分利用钢材强度;便于建筑造型，容易适用于各种平面;施工方便，费用低；创造良好物理性能的建筑空间。缺点：稳定性差，单索是几何可变体边缘构件和下部支撑结构耗材多,