主要的建筑結構構件和結構單元殼和索祥解第1頁/共50頁6.7殼體結構第2頁/共50頁6.7殼體結構第3頁/共50頁6.7殼體結構第4頁/共50頁6.7殼體結構6.7.1殼體結構概述幾何特征：曲面結構特征：空間薄壁結構受力特征：薄膜內力（軸向壓力或拉力和剪力，以軸向壓力為主）優點

(1)比類似尺寸的直線形、曲線形或平面形結構有更大的強度和剛度

(2)合理利用材料，節約材料，降低造價缺點

(1)壓屈失穩

(2)施工費用高（模板、腳手架、人工費），可抵消優點(2)措施骨架式殼面、改現澆混凝土為預制裝配式分片澆筑、重復使用模具、利用永久性模具、充氣模具等第5頁/共50頁6.7殼體結構6.7.2殼體結構的曲面形式旋轉曲面由一平面曲線（或直線）作為母線繞其平面內的一根軸線旋轉而成的曲面曲紋平移曲面由一根豎向曲母線沿另一豎向曲導線平移而成球形曲面圓錐曲面旋轉雙曲面橢圓拋物面雙曲拋物面第6頁/共50頁6.7殼體結構6.7.2殼體結構的曲面形式直紋平移曲面一根直母線，其兩端各沿兩固定曲導線平移而成柱曲面柱狀曲面劈錐曲面錐面扭面第7頁/共50頁6.7殼體結構6.7.2殼體結構的曲面形式由上述三類曲面切割組合形成麻省理工學院大會堂著名建筑師薩瑞南(E.Saarinon)西班牙Algeciras市場著名建筑結構大師托羅哈(E.Torroja)兩柱形曲面正交八個雙曲拋物面六個扭殼第8頁/共50頁6.7殼體結構6.7.3圓球殼體圓球殼體圓球體的一個截段圓球殼結構組成圓球殼體（承受自重等恒載和風、雪荷載）、支承圓環（將荷載傳給墻、柱或基礎）受力分析豎拱：上半部分下陷、下半部分外擴傾向水平圓環：上半部分受壓、下半部分受拉，界線φ=45~52o底部支承圓環：經向受豎向壓力、緯向受拉力豎拱底部被約束擴張而受彎曲內力因此：下部和底部圓環抗拉性能好，則豎拱不致壓屈失穩第9頁/共50頁6.7殼體結構第10頁/共50頁6.7殼體結構第11頁/共50頁6.7殼體結構第12頁/共50頁6.7殼體結構第13頁/共50頁6.7殼體結構第14頁/共50頁6.7殼體結構第15頁/共50頁懸索結構第16頁/共50頁明朝成化年間（1465～1487年）已用鐵鏈建成霽虹橋總長113.4米，凈跨57.3米，寬3.7米，有18根纜索。6.8索結構第17頁/共50頁北京工人體育館——我國第一座懸索屋蓋結構建筑北京工人體育館建成于1961年，其屋蓋為圓形平面，直徑94m，采用車輻式雙層懸索體系，由截面為2mX2m的鋼筋混凝土圈梁、中央鋼環，以及輻射布置的兩端分別錨定于圈梁和中央鋼環的上索和下索組成。中央鋼環直徑16m，高11m，由鋼板和型鋼焊成，承受由于索力作用而產生的環向拉力，并在上、下索之間起撐桿的作用。

第18頁/共50頁6.8索結構6.8.1索結構概述索結構特征

(1)索只能受拉，不能受壓，也不能受彎曲，因而索構件沒有壓屈問題

(2)索沒有剛度，用索做成結構必須采取穩定措施，從而能使索結構在荷載有變化時不必變其總體形狀

(3)索結構一般用高強度材料和輕型覆蓋面做成，故有柔性和輕盈的特征，在陣風作用下會引起振顫，因而需采取措施阻止這種振顫（措施：采用雙層纜索系統、增加屋蓋恒載、增設有錨固的拉索（即風纜））

(4)必須設置拉力錨固件以保證索能夠承受足夠的拉力；有時還要預先施加機械預拉力來調整索的形狀

(5)索所用材料一般為鋼絞線和鋼索；但并非一定是索，采用比索具有一定剛性的型鋼、鋼管或預應力混凝土板也是可以的第19頁/共50頁6.8索結構6.8.1索結構概述索結構分類懸索結構(a~e)

懸掛結構(f,g)

索支承結構(h~l)（斜拉結構）1—承重索2—穩定索3—側緣構件4—中心拉環單曲面索（無穩定索）單曲面索（有穩定索）徑向雙曲面索（無穩定索）徑向雙曲面索（有穩定索）鞍形雙曲面索懸掛索1懸掛索2斜拉橋索支承屋蓋索支承屋蓋索支承梁索支承梁第20頁/共50頁結構性格對于建筑而言，由于拉索顯示出柔韌的狀態，使得結構形式輕巧具有動感，而且平面形式自由靈活。6.8索結構第21頁/共50頁結構組成懸索結構：由柔性受拉索、邊緣構件及下部支撐構件所形成的承重結構。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。邊緣構件：與懸索結構類型、建筑平面有關一般可采用鋼筋混凝土材料做成的梁、環梁、拱等構件，要求足夠的剛度。6.8索結構第22頁/共50頁索結構的受力及變形特點

均布荷載作用下：懸索為軸心受拉構件在豎向荷載作用下，支座處的水平拉力與懸索的垂度成反比索內軸力與cosα(該處索的切向與水平方向的夾角的余弦值)成反比。——與水平向的夾角越大，軸力越大6.8索結構f/L=0.04~0.1索的支座反力索的拉力第23頁/共50頁索的變形：隨荷載的不同而變化。6.8索結構第24頁/共50頁懸索結構的形式分類：按屋面幾何形式的不同：單曲面、雙曲面按拉索布置方式的不同：單層懸索體系、雙層懸索體系、單層雙曲面交叉索網體系（鞍形索網體系）6.8索結構第25頁/共50頁6.8索結構6.8.1索結構概述單層索結構的布置第26頁/共50頁單層懸索結構水平力傳遞通過豎向承重結構（斜柱墩、側邊的框架結構）傳至基礎（如丹東體育館結構）；通過拉錨傳至基礎；通過剛性水平構件傳至抗側力墻；第27頁/共50頁6.8索結構第28頁/共50頁增強單層懸索結構穩定性的措施：增加懸索結構的荷載形成預應力索—殼組合結構形成索—梁或索—桁架組合結構增設相反曲率的穩定索（雙層懸索結構、交叉索網結構）第29頁/共50頁增加懸索結構的荷載

第30頁/共50頁

形成預應力索—殼組合結構

主要采用單層索系上加鋼筋混凝土屋面板的構造方式。施工時先將屋面板掛在索上，在板上加載使索伸長，然后在板縫中澆灌細石混凝土，待達到一定強度后卸去荷載，即形成具有一定預應力的“懸掛薄殼”第31頁/共50頁單曲面單層拉索結構體系可以在索上擱置橫向加勁梁或橫向加勁桁架，形成所謂的索梁體系。一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載，使之更均勻地分配到各很平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構件的兩端到預定位置或通過對索進行張拉使整個體系建立預應力，從而提高屋蓋的剛度。

采用橫向加勁構件

第32頁/共50頁6.8索結構6.8.1索結構概述雙層索結構的布置第33頁/共50頁6.8索結構第34頁/共50頁6.8索結構交叉索網結構的布置第35頁/共50頁交叉索網體系小結：交叉索網體系剛度大、變形小、具有反向受力能力，結構穩定性好，適用于大跨度建筑的屋蓋。交叉索網體系適用于圓形、橢圓形、菱形等建筑平面，邊緣構件形式豐富多變，造型優美屋面排水容易處理，應用廣泛。屋面材料一般采用輕屋面，如卷材、呂板、拉力薄膜，以減輕自重，節省造價。6.8索結構第36頁/共50頁懸索結構的優缺點優點：軸向拉伸抵抗外荷載作用，充分利用鋼材強度;便于建筑造型，容易適用于各種平面;施工方便，費用低；創造良好物理性能的建筑空間。缺點：穩定性差，單索是幾何可變體邊緣構件和下部支撐結構耗材多第37頁/共50頁美國雷里競技館——世界上最早的現代懸索屋蓋

世界上最早的現代懸索屋蓋是美國于1953年建成的Releigh體育館，采用以兩個斜放的拋物線拱為邊緣構件的鞍形正交索網。第38頁/共50頁代代木體育館——丹下健三由丹下設計的1964年東京奧運會主會場———代代木國立綜合體育館被稱為20世紀世界最美的建筑之一，而他本人也贏得日本當代建筑界第一人的贊譽。代代木體育館采用高張力纜索為主體懸索屋頂結構，創造出帶有緊張感和靈動感的大型內部空間。其特異的外部形狀加之裝飾性的表現，具有原始的想像力。這一設計可以說是丹下健三結構表現主義時期的頂峰之作，其最大限度地發揮出丹下將材料、功能、結構、比例，直至歷史觀高度統一的杰出才能。第39頁/共50頁6.8索結構第40頁/共50頁世界最長的懸索橋——日本的名石大橋日本明石海峽大橋位于本州島與四國島之間，主跨1991米（960+1991+960），全長3911米，抗震強度按1/150的頻率，承受8.5級強烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴風設計，為目前世界上跨度最大的懸索橋，也是世界上最長的雙層橋，是聯結內陸工業中的重要紐帶。第41頁/共50頁金門大橋金門大橋包括從鋼塔兩端延伸出去的部分，全長達2000米，為此，又分別在兩側修建了兩座輔助鋼塔，使橋形更加壯觀。大橋的橋面寬27.4米，有6條車行道和兩條寬敞的人行道。鋼塔之間的大橋跨度達1280米，為世界所建大橋中罕見的單孔長跨距大吊橋之一。第42頁/共50頁江陰長江公路大橋是我國首座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋梁，也是20世紀“中國第一、世界第四”大鋼箱梁懸索橋江陰長江公路大橋第43頁/共50頁

在許多懸索結構中，美國明尼亞波利斯(Minneapolis)聯邦儲備銀行大廈的結構設計很有特色。此銀行為一座11層大樓，跨度達83.2m，用懸索（SuspendedCable）作為主要承重結構，懸索錨固在兩側的兩個筒體結構上，筒體承受大樓的全部豎向荷載。柱頂設有大梁，以平衡懸索在柱頂產生的水平力，整個大樓就懸掛在懸索和頂部大梁上。索的水平力將由柱頂大梁來平衡，相當于給大梁施加一個壓力。可以看出，只要精心調整索對大梁的偏心距，可以大大減小大梁的彎矩。

美國明尼亞波利斯(Minneapolis)聯邦儲備銀行大廈第44頁/共50頁6.8索結構6.8.3懸索結構的組成和支承處理方式支承構件支承處理方式（與拱相反，支承處受拉力）

(1)采用斜向牽索將懸索拉到基礎上1—承重索2—穩定索第45頁/共50頁6.8索結構6.8.3懸索結構的組成和支承處理方式支承處理方式（續）

(2)設置懸臂柱或支腿柱

(3)設置對稱的斜撐體系平衡內拉力1—承重索9—懸臂柱10—支腿柱1—承重索3—斜撐14—立柱15—基礎板第46頁/共50頁6.8索結構6.8.3懸索結構的組成和支承處理方式支承處理方式（續）

(4)設置對稱的斜拱體系平衡內拉力

(5)設置封閉圓形梁或馬鞍形曲線環梁平衡內拉力1—承重索2—穩定索4—斜拱8—拉桿14—立柱16—倒置V型支架及基礎1—承重索2—穩定索5—圓形環梁6—拉環7—鞍形曲線環梁8—拉桿14—立柱第47頁/共50頁6.8索結構6.8.3懸索結構的組成和支承處理方式支承處理方式（續）

(6)設置橫向水平桁架和縱墻體系或橫向水平框架和立柱體系平衡內拉力1—承重索11—水平桁架12—縱墻13—鋼檁條第48頁/共50頁思考與習題(1)以簡支梁和懸臂梁為例說明梁的抗彎承載力與哪些因素有關系。(2)四邊支承板中單向板與雙向板是如何判斷的？各自是如何將荷載傳遞給支座的？(3)次主梁樓蓋、交叉梁樓蓋最大的區別是什么？傳力路徑分別是什么？(4