索膜结构基础知识

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1、索膜结构悬索结构的形式与选型悬索结构的分析计算悬索结构的设计与构造膜结构简介承重结构的基本承重构件采用受拉工作的悬索或张拉的薄膜，称为悬索结构或膜结构。由于受拉构件的承载能力决定于强度而不是稳定性，因而能充分发挥钢索和膜材受拉工作时强度高、自重轻的特点。同时，由于覆盖材料自重轻，使承重结构的重量较小，因而悬索结构和张拉薄膜结构更适合于在大跨度结构中使用。第一节悬索结构的形式与选型结构特点施工方便，不需要大型起重设备；悬索结构是以只能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系。受

2、力合理，材料强度利用效率高；结构重量轻，适作各式大跨建筑；边缘构件或支承构件受力较大，且其刚度对结构受力影响较大；属于柔性结构，受力时大变位、小应变，计算复杂。悬索结构的分类悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支承系统三部分构成。单层悬索体系单层单向悬索结构由许多平行的单根拉索组成，构成单曲下凹屋面，拉索两端悬挂在稳定的支承结构上。单层辐射状悬索结构单层网状悬索结构受力特点单层悬索结构的形状稳定性不好，是一种可变体系，其平衡形状随荷载分布方式而变。在恒载作用下呈悬链线形式，在不对称荷载或局部荷载作用下

3、产生大的位移（机构性位移）。索的张紧程度与索的稳定性（抵抗机构位移的能力）成正比。单层悬索结构的抗风能力差，在风吸力作用下悬索内的拉力下降，稳定性进一步降低。垂跨比的影响：垂跨比大，稳定性和刚度大，索拉力小，但占用空间。通常取1/20～1/10。增加稳定性的措施单层悬索结构宜采用重屋面，如装配式钢筋混凝土板；采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳；设置横向加劲构件。加劲梁或桁架分配局部荷载及将索连成整体。双层悬索体系由一系列下凹的承重索和相反曲率的稳定索组成。每对索之间通过受拉钢索或受压撑杆连系，构成如桁架形式的

4、平面体系，称索桁架。稳定索可以抵抗风吸力的作用，同时，相反曲率的稳定索和相应的索杆能对体系施加预应力，使每对索均保持足够大的张紧力，提高了整个结构的稳定性与刚度。承重索的垂跨比：1/20～1/15；稳定索的矢跨比1/25～1/20。双层单向布置索桁架的一般形式索桁架的平面布置与交错布置双层辐射式布置双层双向布置凸形布置凹形布置凹凸形布置凸形索网布置凹形索网布置凹凸形索网布置鞍形索网体系索网结构是同一曲面上两组曲率相反的单层悬索系统相交而成，下凹向为承重索，上凸向为稳定索。混合悬挂体系采用柔性的悬索体系与

5、刚性的受弯构件（梁、网架、网壳、桁架等）相结合，可组成共同抵抗外荷载的各种混合体系。此类结构或用钢索悬挂其他构件，或由钢索对其他构件提供附加支点，或用刚性的构件来加强悬索的稳定性，以减小不均匀荷载作用下的机构性位移。桥梁中的斜拉桥和悬索桥也属于这类混合体系。5.4万座，挑蓬外挑50m，外环梁跨度244m。浙江黄龙体育中心体育场吊塔及斜拉索钢索材料平行钢丝束通常由7根、19根、37根和61根相互平行的直径为4mm或5mm的高强钢丝组成。钢绞线一般由7根钢丝捻成，1根在中心，其余6根围绕中心钢丝按同一方向缠

6、绕而成。钢缆绳一般由7股钢绞线捻成，1股在中心，其余6股围绕中心钢绞线按同一方向缠绕而成。悬索结构的计算一般按弹性理论，假定索是理想柔性的，既不能受压，也不能抗弯，但承重索和稳定索之间的连杆绝对刚性。在基本假定的基础上可建立索曲线的平衡微分方程，再根据荷载及边界条件求出索的张力。第二节悬索结构的分析计算单索基本力学性质基本假定索是理想柔性的，只能承受拉力，不能承受压力、剪力和弯矩；索材料的力学特性满足虎克定律。索的平衡方程单索两个方程，两个未知数H、z当只考虑竖向作用，则当竖向荷载沿水平方向均匀分布时，

7、边界条件一族抛物线设跨中垂度f，则当竖向荷载沿索长均匀分布结合边界条件得一悬链线方程将代入方程与抛物线比较，当从已建工程看，，多为0.05~0.1。故计算时可以抛物线代替悬链线。当竖向荷载为任意分布时将索的关系方程与梁的关系方程进行比较对于（b）图有索曲线方程索长计算索变形协调方程几何关系当为小垂度时，物理关系变形协调由量纲分析可知：H与外荷载是隐式关系。均布荷载q作用下，不考虑支座位移与温度变化有限单元法基本假定索是理想柔性的，只能承受拉力，不能承受压力和弯矩；索材料力学特性符合虎克定律，索单元应变属

8、于小应变；荷载均作用在节点上，索单元内部无横向荷载，其自重折算到单元两端节点上；由于假定索单元内部无横向荷载，因此索单元的形状为直线（空间单元刚度矩阵为6×6）。求解思路和特点求解思路同一般空间杆件矩阵位移法；特点总体刚度矩阵是节点位移的函数K（U）U=P结构的平衡方程必须建立在变形后的荷载态构形上；必须采用非线性方程的求解方法进行迭代求解。第三节悬索结构的设计与构造作用恒荷载，屋面活荷载、雪荷载、风荷载以及温度作用和地震作用等。风荷载体形