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1、第三章大跨度屋盖结构3.4悬索结构3. 4. 1悬索结构的形式3. 4. 2悬索结构的计算要点3.4. 3悬索结构基本设计3.4.3钢索材料、锚固及连接构件第三章大跨度屋盖结构34 1悬索结构的形式L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31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。悬索结构的组成第三章大跨度屋盖结构奥密布47大当2.悬索结构分类悬索结构分为单层悬索体系、预应
2、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)第三章大跨度屋盖结构(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)
3、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。第三章大跨度屋盖结构看川“7文学（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
4、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。（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。第三章大跨度屋盖结构(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(GB5
5、224)、预应力混凝土用热处理钢筋(GB4453) o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43采用。表工钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量承次公再宜林 (mm)次内就度K&g (Z/rrnm8)(NAwrt1)14706102.QXs16706066157037 .。!470610,9.S. II/、12.7 JX7)02(1X7)0。 1720F 7171.95x10s10.0. 12.0 (1X2)172c7L710.8. 12.9 (1乂3)17207173杵处用船6、52、1O14706102.0x)05第三章大跨度屋盖结构(4)悬索结构的计算应按初
6、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。(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。(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, 计算时应考虑支承结构变形的影响。(8)当悬索结构的跨度超过100m且基本风压超
7、过07kN/ m2时，应进行风的动力响应分析，分析方法宜采用时程分析 法或随机振动法。第三章大跨度屋盖结构(9)对位于抗震设防烈度为8度或8度以上地区的悬索结 构应进行地震反应验算。2荷载悬索结构设计时除索中预应力外，所考虑的荷载与一般结 构*目同,主要有:(1)恒载：包括建盖层、保温层、吊顶、索等自重。按现 行国家标椎建筑结构荷载规范GB500092001进行计算。(2)活载：包括保养、维修时的施工荷载。按建筑结构 荷载规范GB50009-2001Slfflo对于悬索结构，一般取 0.3kN/mm2,不与雪荷载同时考虑。(3)雪载：基本雪压值按建筑结构荷载规范GB50009-2001取用，在
8、悬索结构中应根据屋盖的外形轮廓雪荷载不均匀分布所产生的不利影响，并应按多种荷载 矩形、圆形或椭圆形时，不同分析?形状屋面上需考虑的雪布 工5采用。复杂形状的悬 当地实际情况确定。况及积雪分布系数可参考图4屋面上的雪荷载分布情况应按第三章大跨度屋盖结构(4)风载：基本风压值按建筑结构荷载规范GB50009-2001取用，风荷载的体型系数宜进行风洞试验确定，对矩形、菱形、圆形及椭圆形等规则曲面的风荷载的体型系数可参考表44采用。对轻型屋面应考虑风压脉动影响。(5)动荷载：考虑风力、地震作用等对屋盖的动力影响。(6)预应力：为了在荷载作用下不使钢索发生松弛和产生过大的变形，需将钢索的变形控制在一定的
9、范围之内；为了避兔发生共振现象，需将体系的固有频率控制在一定的范围之内。这要求屋盖具有一定的刚度，因此，必须在索中施加预应力,预应力的取值一般应根据结构形式、活载与恒载比值以及结构最大位移的控制值等因素通过多次试算确定。(7)安装荷载：应分别考虑每一安装过程中安装荷载对结 构的影响，在边缘构件和支承结构中常常会出现较大的安装应 力。结构的蠕变和温度变化将导致钢索和结构刚度减小，在结构设 计中还应考虑它们的影响第三章大跨度屋盖结构黛)的见“7丈当对非抗震设计，荷载效应组合应按建筑结构荷载规范 GB5000920(H计算。在截面及节点设计中，应按荷载的基 本组合确定内力设计值，在位移计算中应按荷载
10、短期效应组合 确定其挠度。对抗震设计，应按建筑抗震设计规范 GB0011-200工确定屋盖重力荷载代表值。3钢索设计悬索结构中的钢索可根据结构跨度、荷载、施工方法和使用 条件等因素，分别采用有高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或平 行钢丝束，其中钢绞线和平行钢丝束最为常用。但也可采用圆 钢筋或带状薄钢板。 平行钢丝束中各钢丝不经缠绕，受力均 匀，能充分发挥钢材的力学性能，其承载能力和弹性模量均较 钢绞线或钢丝绳为高，造价也较低，应用广泛，在悬索拉力较 大时宜优先采用；在相同直径下，钢绞线的强度和弹性模量高 于钢丝绳，但由于钢丝绳比较柔软，在需要弯曲且曲率较大的 悬索结构中宜采用。第三章大跨度屋盖结构
11、单索截面根据承载力按下式验算:YoNd 三 ftd A式中结构重要性系数，取=11或1,2；单索最大轴向拉力设计值；单索材料抗拉强度设计值，由表41查得;单索截面面积。第三章大跨度屋盖结构34.3悬索结构基本设计（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1/10Z/20；当平面为圆形时，中心受拉环与 结构外环直径之比可取1/81/17,索的垂度可取跨度的1/10I/20q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1/15Z/20,稳定 索的拱度可取跨度的1/15T/25；当平面为圆形时，中心受拉环与结构外环 直径之比可取1/5M/
12、12,承重索的垂度可取跨度的1/17Z/22,稳定索的拱 度可取跨度的1/16Z/26。对索网结构，承重索的垂度可取跨度的 1/10-1/20,稳定索的拱度可取跨度的1/157/30,（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）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
13、理钢筋的强度标准值、强度设计值、弹性模量应按表 43米用第三章大跨度屋盖结构表41钢索的抗拉强度标准值、设计值和弹性模量肿美公务直程 Cnm）抗拉CUKM&伍院拉遥度出升值 （N4ii产弹性属研（N/inn?）414706)051670696161570A542-UX7. 8. 9147。6109.5. 11.1k 12.71860775115.2(1/7)1720717212.0, J3.0 (1X2)17207171.95* 10s10.8. 12.9 (1X3)1720717一“公期的第8,2、111I47U6102.0 x JO5（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
14、 态进行，并充分考虑几何非线性的影响。第三章大跨度屋盖结构(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(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。(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， 计算时应考虑支承结构变形的影响。(8)当悬索结构的跨度超过100m且基本风压超过0.7kN/
15、 m2时， 应进行风的动力响应分析，分析方法宜采用时程分析法或随机振 动法。(9)对位于抗震设防烈度为8度或8度以上地区的悬索 结构应进行地震反应验算。第三章大跨度屋盖结构3.4.4钢索材料、锚固及连接构造节点的构造应符合结构分析中的计算假定。其所选用的钢材及节点中连接的材料应按国家标准钢结构里一混凝土结构设计规施计规范GB500172003.GB50010-2002及碳素结构钢GB 700的规定。范虎采用铸造，堡压或其它加工方法进行制作时尚应 符合国家相应的看关规定。节点及连接应进行承载力、刚度验算以确保节点的 传力可靠。节点和钢索的连接件的承载力应大于钢索口普产百篇甚*靠电盘窑惠霜1、钢索与钢索连接现的构造间隙和蒲髓嘉麒钢索与钢索之间应采用方式可选用：U形夹j3夹具的构造及连接 夹板连接。第三章大跨度屋盖结构连接板连接第三章大跨度屋盖结构钢索与钢筋混凝土支 承结构的连接钢索与钢支承结构和 构件连接第三章大跨度屋盖结构(3)拉索的锚固可根据拉力的大小、倾 角和地基土等条件用下列方法：重力式血板式重力式挡土墙式桩式