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

2、及其在建筑鋼結構與幕墻(采光頂)中的應用與發(fā)展進行了論述。——編者編者⒈引言。我國在建筑結構中應用預應力索始于20世紀50年代,1991年中國土木工程學會橋梁與結構分會在無錫召開了全國索結構學術交流會,盡管預應力索在橋梁結構中應用更多,會上還是展示了在建筑結構中應用的良好勢頭。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應力鋼結構工程(不包括膜結構工程),截至到2001年有28項。光陰荏苒。目前

3、,我國建筑結構中預應力索的應用已經(jīng)遍地開花,無論是設計理論還是制作建造技術均有了長足的進步。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅新發(fā)展起來的空間張弦結構已經(jīng)有18項工程;近幾年新建的火車站已有12個應用了索結構;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《懸索結構設計》中所列的索結構形式,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,相關的內(nèi)容很值得總結、梳理,以推動行業(yè)更好地發(fā)展。索結構通常由索與其它材料的結構組成,可包括:索與鋼結構、索與膜結構、索與鋼筋混凝土結構、索與玻璃結構組成的各種結構體系,應用于建筑結構、橋梁結構、圍護結構(幕墻、采光頂)中。建筑索結構是指在建筑結構中應用索作為承重結構或通過張拉索對剛性結構體系施加預應力,提高或改善結構的受力性能而形成的結構體系,這里主要討論的是其在鋼結構與幕墻(采光頂)的

5、應用中形成的各種類型體系。根據(jù)建筑索結構近年來的發(fā)展,按其組成和受力特點可歸納為:懸索結構、管內(nèi)預應力結構、張弦結構、拉索結構、斜拉結構、索拱結構、吊掛結構。⒉懸索結構在鋼管內(nèi)穿索并施加預應力,使其成為預應力拉桿是預應力鋼構件中的一種通常做法。近年來,將這一做法直接應用于雙層管結構的下弦管,用以提高結構剛度,節(jié)省下弦桿用鋼,稱管內(nèi)預應力結構。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)預應力結構的應用較多,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)使用了預應力索。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)使用預應力索。應該指出,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)預應力結構設計中應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張弦結構張弦結構是指上弦剛性構件(結構)與下弦索通過撐桿聯(lián)結成的自平衡體系,通過對下弦索施加預應力提高結構剛度,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,采用預應力鋼筋后比原設計的鋼結構節(jié)省鋼材達51%。此后,張弦桁架的應用得到推廣。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構,跨度依次為49.3米、82.6米、44.4米和54.3米。張弦結構在上海浦東國際機場的成功應用引起了人們廣泛的關注,推動了張弦結構在大空間屋蓋中的應用和發(fā)展。目前,張弦結構是建筑索結構中應用最廣泛、發(fā)展最快的結構形式,設計理論

9、與建造技術趨于成熟。單向張弦結構的上弦是由梁、拱、桁架或立體桁架構成的,張弦結構屬于單向受力,一般平行布置,輔以支撐系統(tǒng)保證結構平面外的穩(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

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