张力结构的自平衡体系

《张力结构的自平衡体系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第七屑全国现代结构T程学术研讨会张力结构的自平衡体系+丘利玲“2王帆“2’3秦柏源“2(1_华南理工失学建筑学院，广州五山，510640j2华南理工大学砭热带建筑科学国家踅点实验室广州5106403．广东省建筑科学研究院，广州先烈末路12l号，510500)摘要t张力结构在各种大型体育场馆的建设中得到了广泛的应用，它的平衡问题一直足结构设计中的关键问题。本文在深入研究张力结构的各种平衡形式的基础上，对张力结构的自平衡体系进行了定义和分类，并引用了工程实例对各种自平衡体系进行了说明及概括。。关键词：张力结构，自平衡体系，自平衡1、引言张力结构作为屋盖体系，一般要覆盖较大的空间和承受较大的外荷载

2、。作用于屋盖的各种茼载通过钢索的张力以水平力的形式传向支承结构，经验表明．对于具有正则曲面的张力结构，其水平拉力的总和通常是全部屋盖荷载的2～3倍以上，而曲面扁平区域的水平张力将会更加巨大【lJ。水平力传到支承结构时，巨大的水平力使支承结构的设计很困难，因而如何巧妙地设计支承结构来处理好巨大的水平力，使结构获得较好的力学性状，减少力的传递路线，优化结构设计，充分体现张力结构的优点是一个很重要的问题。在实际工程中，将张力结构设计成自平衡体系无疑足解决上述问韪的最好方法。2、张力结构的自平衡体系笔者认为，自平衡体系是指结构体系无论在成形态还是受荷态，结构内部都存在一个或多个应力回路，这使得结构中

3、的荷载效应可部分或全部抵消，并在施加预应力的过程中可以有效地减少预应力的损失。张力结构的白平衡体系可分为：a张拉索系和边缘构件构成的自平衡体系；b整体张力结构构成的自平衡体系，2．1张拉索系和边缘构件构成的自平衡体系。这种自平衡形式的边缘构件是封闭状的，拉索锚入封闭的边缘构件内，与边缘构件组成屋盖，索的拉力与封闭的边缘构件的内力相平衡。索的竖向分量、结构的自重由喳向支承结构承担。两倾斜平面拱式的自平衡方案图1a所示为由两个倾斜的平面拱固定承重索和稳定索的方案。钢索中的拉力传递到拱上后一部分变成拱的轴向力，另一部分成为拱的面外力。拱的面外力方向正好与拱的重力方向相反，可以相互抵消，这就很好地平

4、衡了钢索中的拉力，使整个结构在空间中自平衡。但在设计中，还应考虑拱平面外的安全性，原西柏林会议厅由于没有充分考虑索的水平力随外界条件(如风荷载、雪荷载、地震等)的变化而有相当大的变异性以及整体结构的稳定性，整个屋盖结构只有两个支点，使结构处于平面外不稳定的受力状态。】980年，这座以其“美貌”而闻名于世的索网屋盖竟然让大风给掀塌了(图1b)，而图9所示的美国雷里体育馆是一个设计成整体张力结构构成自平衡体系的很成功的改进方案。曲状拱式的自平衡方案如图2所示的意大利米兰体育馆，索网锚同在周边闭合的拱上，由于每一根承重索和稳定素均与拱的形心轴相重舍，使整个拱不出现面外力，拱曲面沿着承重索和稳定索的

5、固定点一囤1(a)两平面拱构成的自平衡体系：(b)原西柏林会议厅的屋盖}文中所讨论的张力结构均用作屋盖体系。本问2研究得到了广东省自然科学基金博士科研启动基金助(B0386050780)工业建筑2007增刊l109第七届全国现代结构工程学术研讨会点一点地变化着，因此拱面呈复杂的扭曲状。索的拉力传递到扭曲拱上，使封闭的扭曲拱内产生压力。索和拱共同构成了自平衡体系，无需再采用外部的措施来平衡索的拉力或是拱的推力，这使得基础所受的水平力很小，基础施工方便。采用相卜习原理修建的大跨度张力结构还有加拿大加尔加里体育馆和浙江省体育馆等。值得一提的是浙江省体育馆的拱虽用此法设计，但为了施工方便仅在承重索方

6、向使拱不产生面外力，i『

7、j在稳定素方向拱截面呈水平向．出现的面外力由水平拉杆承担(图3)。，图2意大利米兰体育馆图3浙江省体育馆曲状的拱虽然能使整个闭合拱不出现面外力．实现张拉索系和边缘构件的自甲衡，但是其拱面复杂。给施工带来诸多不便，而在屋盖外周设置环彤边缘构件就很好地解决了这个问题：钢索的水平拉力作用在环上，与该环内的压力相平衡，即钢索的水平拉力町完全由环处理掉：另外，环内的压力在环平面内完全是自平衡体系。环形边缘构件的截面规则，施工方便，因此它比扭曲拱的形式更好。索系与环形边缘构件构成的自平衡体系辐射式布置的索系适用于圆形、椭圆形平面。索的一端锚在中心环上，另一端锚在外环粱上。在索中

8、拉力的水平分量作用下，内环受拉，外环受压：内环、悬索、外环厝成了一自平衡体系，例如乌拉圭蒙伟多体育馆，北京工人体育馆(图4)等。此外。还可构成无内环的辐射式索屋盖，如圈5所示为捷克某车间钢索穿法示意图。ll，O图4北京工人体育馆图5捷克某车问钢索穿法示意图王业建筑2∞7增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会网状布置的单层索系还可形成下凹的双曲率曲面，两个方向的索一般呈正交布置，可用于圆形、矩形等各种平面，但其边