懸索結(jié)構(gòu)

　　由柔性受拉索及邊緣構(gòu)件或支承塔架所組成的承重結(jié)構(gòu)。
　　由柔性受拉索及其邊緣構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu)。索的材料可以采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼，以及其他受拉性能良好的線材。
　　懸索結(jié)構(gòu)能充分利用高強(qiáng)材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。中國是世界上最早應(yīng)用懸索結(jié)構(gòu)的國家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊橋跨越深谷。明朝成化年間（1465～1487年）已用鐵鏈建成霽虹橋。近代的懸索結(jié)構(gòu)，除用于大跨度橋梁工程外，還在體育館、飛機(jī)庫、展覽館、倉庫等大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。
　　分類

　　懸索按受力狀態(tài)分成平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。
　　平面懸索結(jié)構(gòu)
　　主要在一個平面內(nèi)受力的平面結(jié)構(gòu)，多用于懸索橋和架空管道。按結(jié)構(gòu)形式分為：①單層懸索結(jié)構(gòu)。可用做柔式懸索橋，也可用于屋蓋，結(jié)構(gòu)剛度較小，在可變荷載作用下變形較大，宜在索上鋪設(shè)重屋面。②加勁式單層懸索結(jié)構(gòu)。通過在索下面若干吊桿吊有加勁桁架（或加勁梁），以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。③雙層懸索結(jié)構(gòu)。其上索與下索曲率相反，并通過其間的受拉斜腹桿中施加預(yù)應(yīng)力而具有較好的剛度。
空間懸索結(jié)構(gòu)
　　一種處于空間受力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，多用于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中。按結(jié)構(gòu)形式分為：①圓形單層懸索結(jié)構(gòu)（圖1a）。用于圓形平面的屋蓋，其索按輻射狀布置，整個屋面形成下凹的旋轉(zhuǎn)曲面。各根索的外端固定于周邊的鋼筋混凝土圈梁上，內(nèi)端固定于圓心附近的拉環(huán)上。當(dāng)圓心處允許設(shè)柱時，可形成傘形懸索結(jié)構(gòu)（圖1b）。②圓形雙層懸索結(jié)構(gòu)（圖1c）。其外形與上述結(jié)構(gòu)類似，只是有上下兩層索，從而可以有不同布置形式的預(yù)應(yīng)力拉桿以增強(qiáng)剛度。中國北京工人體育館直徑94米的比賽大廳屋蓋即采用了這種結(jié)構(gòu)形式（圖2）。其圓心附近的拉環(huán)除承受環(huán)向拉力外，在豎直方向還承受壓力。③雙向正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。由互相正交的兩組索組成。下凹的一組為承重索,上凸的一組為穩(wěn)定索,兩組索形成負(fù)高斯曲率的曲面。對其中一組索施加預(yù)應(yīng)力時，另一組索也同時獲得預(yù)應(yīng)力的效果。通過施加預(yù)應(yīng)力，可使兩組索在屋面荷載作用下始終貼緊，且獲得良好的剛度。這種索網(wǎng)可用于橢圓平面、矩形平面、菱形平面（圖3）或其他平面的屋蓋。意大利米蘭體育館屋蓋采用了圓形平面的馬鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu),直徑140米，是目前世界上最大的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。中國浙江省人民體育館屋蓋采用80×60米橢圓平面的馬鞍形索網(wǎng)，其索端固定于一個空間曲梁上。為了減小曲梁內(nèi)的彎矩，在索網(wǎng)下還設(shè)置了一層水平拉索。
　　除上述懸索結(jié)構(gòu)外，工程中還常用斜拉索結(jié)構(gòu)，如斜張橋和斜拉索屋蓋。這種斜拉索主要是用來減小屋面或橋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度，以滿足整個結(jié)構(gòu)的大跨度要求和達(dá)到節(jié)省材料的目的。
　　隨著卷材薄鋼板的發(fā)展，近年來，有的國家采用懸掛板帶結(jié)構(gòu)。如聯(lián)邦德國法蘭克福航空港飛機(jī)庫的屋蓋，平面尺寸達(dá)270×100米，分為兩跨，每跨由10條長13米、寬7.5米的板帶組成，板帶之間用3米寬的采光帶隔開。（見彩圖）
　　除上述各種懸索外，還有一種結(jié)構(gòu)是利用鋼索來吊掛混凝土屋蓋的，這種結(jié)構(gòu)叫懸掛式結(jié)構(gòu)，其特點是：充分利用鋼索所具有的抗拉特點，而減小鋼筋混凝土屋蓋所承受的彎曲力。下圖所示日本代代木體育館，采用高張力纜索為主體的懸索屋頂結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出帶有緊張感、力動感的大型內(nèi)空間。
　　在各種形式的懸索結(jié)構(gòu)中，索的邊緣構(gòu)件及地錨的合理性和可靠性具有極其重要的意義，在一定程度上決定著結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全。
　　計算要點
　　懸索結(jié)構(gòu)在靜荷載作用下的分析，首先要確定在初始荷載作用下整個結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)，然后計算在荷載增量、溫度變化和索支點位移所引起的整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。懸索結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)是指在初始荷載(包括自重和預(yù)應(yīng)力)作用下的平衡位置，可通過索的各點坐標(biāo)和索內(nèi)拉力的水平分量確定。初始狀態(tài)一般需要經(jīng)過多次試算選定。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可按離散的計算模型進(jìn)行分析;對于索間距較小的正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu),也可按連續(xù)的計算模型，即假設(shè)為一個沒有剪切剛度的各向異性薄膜進(jìn)行分析。懸索結(jié)構(gòu)具有幾何非線性的性質(zhì)，即在各階段荷載作用下，無論是內(nèi)力或變形均與荷載呈非線性關(guān)系。當(dāng)采用離散方法分析懸索結(jié)構(gòu)時會得出非線性代數(shù)方程組。采用連續(xù)方法分析時則得出非線性微分方程。對于雙曲拋物面正交索網(wǎng)也可采用能量原理進(jìn)行分析。懸索結(jié)構(gòu)當(dāng)跨度較大而又較柔時宜考慮風(fēng)振效應(yīng)，進(jìn)行動態(tài)分析。
　　懸索結(jié)構(gòu)施工中要注意索的防腐處理和端頭錨固的可靠性（見懸索屋蓋施工）。
　　其他
　　新型結(jié)構(gòu)常常與正確使用、維護(hù)有關(guān)，而國家的法律、規(guī)范常常重建輕管，致使許多使用中的問題解決無依據(jù)，費用無作落。導(dǎo)致部分項目竣工多年后產(chǎn)生問題一直得不到解決。因此建議把使用問題納入設(shè)計規(guī)范考慮，從源頭解決。至少設(shè)計人員在設(shè)計文件中提出使用有關(guān)的問題及解決的原則性方案，便于納入預(yù)算，或為后續(xù)使用創(chuàng)造條件。