应采取有效措施，确保悬索结构的刚度和稳定 性，以防止结构在不对称荷载作用下产生较大的 变形，或由于风荷载产生动力失稳的可能。 对于大跨度的悬索结构，在建筑平面的中部设置 强劲的中央支承结构，以减少索和索网的跨度， 是增强结构刚度的有效措施之一。 中央支承结构的形式除根据建筑造型的要求外， 还应使其受力合理，特别是应使其具有足够的侧 向刚度。
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3、材料及施工安装方面的考虑

应尽量采用轻型屋面，使索结构的优越性得以充 分发挥。 可行的施工方案


单层索系→重屋面 平行布置的单层索系→横向加劲构件 圆形平面双层索系→对上索施加预应力 矩形平面双层索系→调整系杆 正交索网 →稳定索
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适当的预张力施加步骤

平行布置的索桁架结构，可分别施加预张力； 车辐式结构，应考虑索拉力对中心环产生的非 对称荷载作用； 应采用分区、对称张拉的方式，必要时还应将 总拉力分成几级来施加。

结构形态 (Morphology)
— 建筑功能与结构特点相协调

承载能力 (Capacity Limit)
— 结构都有其合理跨度区间；梁→桁架→拱→悬索

荷载条件 (Load Conditions)
— 抗风、抗震、抗火造价 (Cost)— 砖石→混凝土→钢结构→张力结构
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1、建筑造型及使用功能方面的考虑
¾ ¾ ¾
椭圆形平面，104m×67m 中央落地平面钢拱+两片预应 力鞍形索网 索网边索固定在由立柱和锚杆 组成的锚架上
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索网上面覆以木网格及白色透明的聚氯乙烯聚酯薄膜
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中央钢拱为三角形截面的 格构式钢管结构
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索网网格0.75m×0.75m， 两个方向的悬索均采用两 根φ11.5mm的镀锌钢绞线 组成，用铝合金夹具固定
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屋面的排水性能

鞍形索网屋面，沿负曲率方向由中央向两侧排水。 平行布置的单层悬索屋面，可通过适当抬高中央部 分悬索的标高在纵向形成排水。 圆形平面下凹的单层悬索屋面，可在屋盖最低点设 置内排水。


声学性能、建筑能耗等
a) 穹顶屋盖使声音集中
b）碟形屋盖使声音发散
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2、结构力学性能方面的考虑


概念设计是方向性问题，而结构计算从属于它。 体现了设计者对结构的理解力和工程预见力。
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¾ 结构工程师在概念设计中的作用
The role of structural engineer in CD

概念设计的目标是，使结构在满足建筑功能和美 观的前提下，保证结构内部力流的流畅，充分发 挥构件的受力特点，避免结构出现整体失稳。 概念设计需要建筑师和结构师来共同完成，是真 正体现结构师创造力的工作。
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三、索结构的连接节点构造设计 三、索结构的连接节点构造设计

索结构的连接节点包括：索与刚性构件的连接、 索与索的连接、索的锚固节点等。 节点和连接件的承载力应大于所连接索的承载力 设计值，必要时应通过试验来确定。 节点构造应保证安全，力求简单，传力路线明 确，便于制作和安装。 节点构造设计应考虑施加预张力的方式、结构安 装偏差及进行二次张拉的可能性。
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索与屋面板的连接
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索与钢檩条的连接
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索与撑杆的连接（1）
钢管撑杆 缝焊
紧固螺栓
索球
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索与撑杆的连接（2）
钢管斜腹杆 焊接耳板 高强螺栓 铸钢索瓦 剖口焊
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索与圆管桁架的连接
5.5 悬索结构设计
Design of Cable Structures
主讲人：武 岳
哈尔滨工业大学
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一、悬索结构的方案设计 一、悬索结构的方案设计

概念设计

是依据工程对象的具体条件,以工程概念为依据， 用符合工程客观规律和本质的方法,对设计做宏观 控制。 是在结构设计初期对整体方案合理性的把握。
(1) (2) (3) (4) (5) 2.2( D + P) ⎫ ⎪ 2.2( D + P + L) ⎪ ⎪ 2.0( D + P + W 或E ) ⎬ 2.0( D + P + L + W 或E ) ⎪ ⎪ 2.0C ⎪ ⎭
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¾ 容许应力方法
N k max f k ≤ A K
Nkmax —— 索最大拉力标准值； fk —— 索抗拉强度标准值；★ A —— 单索的截面面积；★ K —— 安全系数；根据国内已建的悬索屋盖工 程统计，大致为2.5~3.0。

应根据建筑平面选用合理的悬索结构形式；

矩形平面，宜选用平行布置的单层或双层悬索 体系； 方形平面，宜采用双曲型屋盖； 圆形平面，宜采用辐射状布置的单层或双层索 系或双曲抛物面鞍形索网等结构形式。 网状布置的单层或双层索系可适应矩形、圆 形、椭圆形和菱形等多种建筑平面的要求。


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德国慕尼黑溜冰馆 将索网与中央支承拱结合，可解决采光问题， Ice Rink of Munich Olympia Park, 1982 还可以减少索的跨度，有效增强结构刚度。
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¾ 极限状态设计方法

单索截面根据承载力按下式验算：
γ 0 Nd ≤ ftdA
Nd —— 索最大轴向拉力设计值； ftd —— 索抗拉强度设计值；★ A —— 单索的截面面积；★
γ0 —— 结构重要性系数。
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¾ 索屋盖的变形控制

单层悬索体系 1/200（自初始几何态算起）；

双层悬索体系、索网、及横向加劲索系 1/250（自预应力态算起）


消除徐变的影响

在施工时对索施加超张拉来补偿； 在使用一段时间后，进行二次张拉。
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4、处理好边缘构件和支承结构的设计

如何将水平力从锚固处可靠地传递到基础，是边 缘构件和支承结构设计重点考虑的问题。
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二、强度校核与变形控制 二、强度校核与变形控制

荷载组合
美国土木工程协会规范ASCE 19-96规定，索的 极限承载力不得小于下列各值：
Without intervening into the conceptual design means that an engineer degrades himself to a safety specialist.
—— Jörg Schlaich
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¾ 结构选型的若干基本原则
Principles for Structure Systems Selection