淺述我國建筑索結(jié)構(gòu)的概念、類型與發(fā)展

1、淺述我國建筑索結(jié)構(gòu)的概念、類型與發(fā)展淺述我國建筑索結(jié)構(gòu)的概念、類型與發(fā)展來源：中國建設(shè)報近年來索結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中越來越多地得到應(yīng)用，其建造技術(shù)也得到迅速發(fā)展。北京工業(yè)大學空間結(jié)構(gòu)研究中心主任、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會理事長張毅剛教授在《建筑索結(jié)構(gòu)的概念、類型與發(fā)展》一文中詳細地介紹了懸索結(jié)構(gòu)、管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、張弦結(jié)構(gòu)、拉索結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、索拱結(jié)構(gòu)、吊掛結(jié)構(gòu)等七種類型的結(jié)構(gòu)及其在我國最新的工程實踐，并就各種類型建筑索結(jié)構(gòu)的組成與受力特點

2、及其在建筑鋼結(jié)構(gòu)與幕墻（采光頂）中的應(yīng)用與發(fā)展進行了論述。——編者編者⒈引言。我國在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力索始于20世紀50年代，1991年中國土木工程學會橋梁與結(jié)構(gòu)分會在無錫召開了全國索結(jié)構(gòu)學術(shù)交流會，盡管預(yù)應(yīng)力索在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更多，會上還是展示了在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的良好勢頭。2002年，中國工程院院士、浙江大學教授董石麟和北京工業(yè)大學教授陸賜麟整理了我國主要預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程（不包括膜結(jié)構(gòu)工程），截至到2001年有28項。光陰荏苒。目前

3、，我國建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索的應(yīng)用已經(jīng)遍地開花，無論是設(shè)計理論還是制作建造技術(shù)均有了長足的進步。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅新發(fā)展起來的空間張弦結(jié)構(gòu)已經(jīng)有18項工程；近幾年新建的火車站已有12個應(yīng)用了索結(jié)構(gòu)；綜合起來估計有數(shù)百項工程。1997年，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學教授沈世釗等所著《懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計》中所列的索結(jié)構(gòu)形式，均有了新的工程實踐，且不斷創(chuàng)新。隨著114米144米跨度的雙向張弦桁架、122米跨度的張弦網(wǎng)殼、148米跨度的張弦桁架、310米

4、跨度的輻射布置索桁架等世界上最大的工程落戶我國，相關(guān)的內(nèi)容很值得總結(jié)、梳理，以推動行業(yè)更好地發(fā)展。索結(jié)構(gòu)通常由索與其它材料的結(jié)構(gòu)組成，可包括：索與鋼結(jié)構(gòu)、索與膜結(jié)構(gòu)、索與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、索與玻璃結(jié)構(gòu)組成的各種結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)（幕墻、采光頂）中。建筑索結(jié)構(gòu)是指在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用索作為承重結(jié)構(gòu)或通過張拉索對剛性結(jié)構(gòu)體系施加預(yù)應(yīng)力，提高或改善結(jié)構(gòu)的受力性能而形成的結(jié)構(gòu)體系，這里主要討論的是其在鋼結(jié)構(gòu)與幕墻（采光頂）的

5、應(yīng)用中形成的各種類型體系。根據(jù)建筑索結(jié)構(gòu)近年來的發(fā)展，按其組成和受力特點可歸納為：懸索結(jié)構(gòu)、管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、張弦結(jié)構(gòu)、拉索結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、索拱結(jié)構(gòu)、吊掛結(jié)構(gòu)。⒉懸索結(jié)構(gòu)在鋼管內(nèi)穿索并施加預(yù)應(yīng)力，使其成為預(yù)應(yīng)力拉桿是預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)件中的一種通常做法。近年來，將這一做法直接應(yīng)用于雙層管結(jié)構(gòu)的下弦管，用以提高結(jié)構(gòu)剛度，節(jié)省下弦桿用鋼，稱管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。這樣，不僅索的張拉施工方便，同時還有利于索的防火與防腐。2000年建成的宿遷市文體館屋蓋焊接空心

6、球網(wǎng)殼，呈雙曲拋物面，投影80米62.5米。經(jīng)過方案比較認為，下弦管內(nèi)穿索的方案控制位移效果最好，內(nèi)力變化均勻，用鋼量少。近年來，管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較多，譬如，2002年建成的濟南戰(zhàn)役紀念館網(wǎng)架屋蓋跨度為42米。2009建成的東北師范大學體育館跨度為40米~70米，用立體桁架構(gòu)成曲面造型。2005年建成的南京奧體中心游冰館跨度為78米~27米，在上拱的下弦管內(nèi)使用了預(yù)應(yīng)力索。同年建成的成都市新世紀國際會展中心展館跨度為73.06米~8

7、9.976米，在下凹的下弦管內(nèi)使用預(yù)應(yīng)力索。應(yīng)該指出，下弦上拱時，豎向荷載作用引起的變形將使管內(nèi)的索趨于松弛。管內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意索與鋼管變形的協(xié)調(diào)及極端情況下斷索情況驗算。⒋張弦結(jié)構(gòu)張弦結(jié)構(gòu)是指上弦剛性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）與下弦索通過撐桿聯(lián)結(jié)成的自平衡體系，通過對下弦索施加預(yù)應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)剛度，改善上弦內(nèi)力分布。1957年第一個張弦桁架模型試驗在哈爾濱工業(yè)大學進行，跨度為12米。1958年在山西大同煤礦四老溝礦建成了全國第一個張弦桁架輸煤

8、棧橋，跨度為25米，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋后比原設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材達51%。此后，張弦桁架的應(yīng)用得到推廣。1999年上海浦東國際機場(一期)航站樓竣工投入運營，入口處、辦票廳、商場和登機廊4個大空間屋蓋均采用了張弦結(jié)構(gòu)，跨度依次為49.3米、82.6米、44.4米和54.3米。張弦結(jié)構(gòu)在上海浦東國際機場的成功應(yīng)用引起了人們廣泛的關(guān)注，推動了張弦結(jié)構(gòu)在大空間屋蓋中的應(yīng)用和發(fā)展。目前，張弦結(jié)構(gòu)是建筑索結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計理論

9、與建造技術(shù)趨于成熟。單向張弦結(jié)構(gòu)的上弦是由梁、拱、桁架或立體桁架構(gòu)成的，張弦結(jié)構(gòu)屬于單向受力，一般平行布置，輔以支撐系統(tǒng)保證結(jié)構(gòu)平面外的穩(wěn)定。幾個跨度最大的工程均采用了張弦立體桁架。譬如，2002年建成的廣州國際會議展覽中心展覽大廳屋蓋，跨度為126.6米；同年建成的黑龍江省國際會議展覽體育中心主館屋蓋，跨度為128米。2009年建成的上海世博會主題館西展廳屋蓋，跨度為144米；同年建成的東營黃河口模型廳屋蓋，最大跨度為148米，立體桁