4.索结构工程技术讲座上半部.ppt

2 索结构发展历程 2 索结构发展历程 索结构 索结构指建筑结构中应用索作为承重构件或通过张拉索对刚性结构体系施加预应力，提高或改善结构受力性能形成的结构体系。 （即空间结构中的张力结构、应用索的混合或杂交结构） 按材料 仅用索 索与钢结构 索与膜结构 索与钢筋混凝土结构 索与玻璃结构 我国是最早将索应用于桥梁工程的。 公元前285年四川灌县建造了跨越岷江的悬挂竹索桥——安澜桥（250m)。 1703年建造了由十三根铁链悬挂的横跨大渡河的泸定桥(103.67m)。 随着钢绞线等高强材料的应用，大跨悬索桥开始出现。目前世界上最大跨度是日本明石海峡大桥（1991）。 但悬索桥主要还是单向受力。索的形状是不稳定的，它随荷载分布形式变化而变化，必须采取不同的构造措施，以形成具有形状稳定性的结构体系。 2 索结构发展 2 索结构发展历程 Releigh体育馆 索作为主要承重构件应用于建筑结构始于20世纪50年代。 1953年美国人Fred Severud设计了北卡罗莱那州雷里(Releigh）体育馆，将两个垂直方向的单索连接形成了双曲抛物面索网屋盖，两倾斜的钢筋混凝土抛物线拱交叉落地作为边缘构件，形成了空间受力体系。 这一空间结构形式的出现，极大地推动了悬索结构的发展。其轻盈的体态、合理的受力与优美的造型吸引了建筑师与结构工程师们的关注，迅速发展成为建筑结构大家族中的一个分支。 随后各种形式的悬索屋盖在世界各地争相竞艳。 2 索结构发展 2 索结构发展历程 德国大帐篷 1967年美国Fred Severud的学生德国建筑师佛赖.奥托（Frei Otto）采用索作为索网的边界，形成柔性边界索网，为加拿大蒙特利尔展览会设计了著名的德国大帐篷（Germen Pavilion） 2 索结构发展 2 索结构发展历程 通过支承在不同高度上的双曲抛物面索网覆盖了整个馆，并以透明有机织物片作为围护结构挂于索网下。 德国奥林匹克运动中心体育场主看台 1972年Frei Otto为第20届奥运会德国奥林匹克运动中心设计了连续帐篷式结构。体育场主看台主要由9片80m ×60m的鞍形索网，8根平均高度70m的桅杆，长达455m的边索及吊索、小飞柱等组成，屋面为4mm厚的有机玻璃。 2 索结构发展 2 索结构发展历程 德国奥林匹克运动中心体育场主看台 2 索结构发展 2 索结构发展历程 这两个工程使人们深入认识了张力结构的造型、受力与成形。 1859年英国建造的Royal Albert桥(2×138.7m)，上弦铸铁拱，下弦为索，中间用竖向和交叉腹杆联系，整体呈“橄榄形”桁架，减小了拱的水平推力。 2 索结构发展 这一工程的成功给人们以启发，可以将柔性的索与刚性构件组合起来应用，发挥他们各自的长处，此后混合或杂交结构的研究与应用日益增多。 2 索结构发展历程 20世纪80年代欧洲、日本开始在大跨度建筑上应用这种类型的结构，由于最初上弦是采用钢梁，英文称为Beam String Structure（BSS）。 2 索结构发展 慕尼黑机场Kemoinski宾馆 日本北九州穴生健身房 2 索结构发展历程 1958年山西大同煤矿四老沟矿建成了跨度25m的输煤栈桥，采用了预应力钢筋，比原设计的钢结构节省钢材达51%。这是我国第一个预应力桁架。 1959年太原钢厂焦化厂输煤栈桥，跨度 53m。 1960年太原钢厂钢坯库跨度12m钢吊车梁采用高强钢丝。 1982年宁夏石咀山市大武口电厂建成跨度达60m的预应力输煤栈桥，采用了钢绞线。 2 索结构发展 2 索结构发展历程 1986年日本大学Masao Saitoh教授描述这种结构为：“用撑杆连接压弯构件和抗拉构件而形成的自平衡体系”，基于“将弦进行张拉，与梁组合”这一基本形式，称其为张弦梁。 此后，由索与刚性构件组合而成的索结构的优点日益为人们认识，形式不断创新，应用日益广泛。 我国八十年代后期有一个索结构应用的高潮，1986年到1991年短短五年中就建造了16个工程。 2 索结构发展 索结构覆盖面积（万M2） 2 索结构发展历程 1991年中国土木工程学会桥梁与结构分会在无锡召开了全国索结构学术交流会，尽管桥梁更多，第一次总结推动建筑索结构发展； 1991年以后建筑索结构应用进入了低潮 网架、网壳广为应用 轻屋盖应用 索具制造能力有待提高 理论积累：非线性有限元，形态分析，风振、地震响应分析 技术积累：设计技术、施工技术、索具制造 1997年沈世钊院士等著《悬索结构设计》 2 索结构发展 2 索结构发展历程 1999年9月16日上海浦东国际机场(一期)航