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第十一章 悬索结构 悬索结构是大跨度屋盖的一种理想结构型式。 悬索在工程上的应用最早是桥梁。我国古代汉朝(公元463—473年)已经有用链索建造桥梁。以后又有铁索、绳索桥等相继出现。大渡河泸定桥 (跨度104m)就是著名的铁索桥。在国外，19世纪以后也有一些跨越海峡的比较大的铜缆桥出现。 悬索应用于房屋建筑上也是很早就有的事情，追溯历史上的蒙古包、游牧民族的帐篷及富有热带色彩的桅杆圆帐等，这些都是悬索结构的雏形。现代大跨度悬索屋盖结构发展于19世纪末。 第一节 悬索结构的特点 悬索的受力很简单。从图11—1可见，单悬索的受力与拱的受力情况刚好相反，索身受拉，支座反力有水平拉力。 悬索是轴心受拉。轴心受力的构件最能充分利用结构材料的强度。利用钢材去做 “索”，就最能发挥钢材受拉性能好的优点，所以钢悬索就是一种理想的结构。 不过，单悬索结构与拱结构一样，它们都是平面结构体系。如果我们利用很多单悬索互相交叉组成“索网”(好像利用桁架交叉组成网架一样)，就形成多向受力的空间结构——悬索结构。 由此可见，悬索结构的特点是： (1) 索网只受轴向拉力，既无弯矩，受力简单，更有利于采用钢材做“索”。 (2)钢索材料采用高强度的钢绞线或钢丝绳，因而整个索网的结构自重小，能够跨越很大的跨度。 (3) 索网的支座叫“边缘构件”，即应注意对边缘构件的处理；采用合理的边缘构件型式以承受索网拉力。 (4)边缘构件是索网的边框，无边框则索网不能成型。所以，边缘构件是悬索结构的重要组成部分，而且是决定悬索结构型式的重要依据。 第二节 悬索结构的组成和受力特点 悬索屋盖的组成包括：索网、边缘构件、支承结构等三部分：(1)索网的钢索一般采用多股钢绞线或钢丝绳制成。索网的网格尺寸(即索的间距)一般为1～2m左右；(2)边缘构件多是钢筋混凝土构件，它可以是梁、拱或桁架等结构构件。边缘构件的尺寸根据所受的水平力和竖向力通过计算确定。 (3)支承结构可以是钢筋混凝土的立柱或框架结构。采用立柱支承时，有时还要采取钢缆锚拉的设施。 从悬索结构三个组成部分应该看到很重要一点就是：边缘构件是悬索结构的边框，是悬索结构型式和屋盖建筑造型的关键所在。 二、索网的基本力学原理（略） Va=Vb=qL/2 H=Mq/y=qLL/(8f) y=Mq/H N=H/cosa 第三节 悬索结构的型式与建筑实例 一、单向悬索结构 单向悬索结构的索网是由单向平行的钢索构成(图11—4)。其边缘构件就是钢索两端的水平梁(横梁)。支承结构是立柱及拉缆，或框架等。 二、车轮形悬索结构 车轮形悬索结构的边缘构件为闭合的圆环，因其体形如车轮，因而得名。 它的索网是由上凸下凹两层呈辐射形布置的钢索组成。钢索一端锚固于车轮的外环，另一端锚固于车轮的中央内环。 材料： 因外环受压，故用钢筋混凝土构件；内环受拉，故用钢环。 优点： 悬索结构的刚度比单向悬索结构好，可以采用轻屋面材料； 屋面排水容易，可以采用外排水，而不像单向悬索结构需要采用中间内排水那样麻烦。 三、马鞍形悬索结构 马鞍形悬索结构的索网是由两组曲率相反的拉索交叉组成。下凹的一组为承重索，上凸的一组为稳定索。交叉索网形成的屋盖曲面呈马鞍形，故取名为马鞍形悬索结构。索网是马鞍形，有赖于边缘构件对其成型所起的作用。通常，边缘构件采用一对交叉斜拱的型式，即可使索网获得马鞍形的成型。当边缘构件是一对落地式的交叉斜拱时，两斜拱脚之间应设置基础拉杆以对付水平作用力。 马鞍形悬索结构多适用于椭圆形、圆形等建筑平面。 悬索结构是大跨度建筑中较好的结构型式，一般用于跨度60m以上的建筑。其优点如下： (1)受力合理，节约材料。它采用高强度钢索承受拉力，利用钢筋混凝土边缘构件受压或受弯。这样，受力合理，可以充分利用材料的力学性能，因而大大减少结构的材料用量并减轻屋盖自重，一般可较钢结构节省钢材50％。 (2)能跨越很大的跨度而不需中间支承，从而形成很大的建筑空间。同时，悬索结构利于建筑造型，适于建造多种多样的平面和外形轮廓，因而能充分自由地满足各种建筑型式的要求。当然，设计时还应考虑经济效果。 从受力性能来讲，圆形平面较其他型式的平面更为有利，因而经济效果也最好。 (3)施工方便，速度较