張弦結構主要內容張弦結構基本介紹張弦梁設計內容MidasGEN如何實現張弦梁設計實例操作演示一、張弦結構基本介紹一、張弦結構基本介紹預應力鋼結構是什么？

預應力鋼結構是在設計、制造、安裝、使用過程中用人為方法引入預應力以提高結構強度、剛度、穩定性的鋼結構。為改變傳統結構的內力與變形分布、抵消荷載作用下的內力與較大變形，通常是通過在鋼結構中引入高強度的拉索并給拉索施加預應力來實現的。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構是什么？

張弦梁-BSS(BeamStringStructure)，由日本大學齋藤公男M．Saito教授在上世紀80年代初提出的，他將其定義為“用撐桿連接起抗彎受壓構件和抗拉構件而形成的自平衡體系”，一種新型預應力雜交鋼結構形式，之后得到逐漸得到廣泛應用。它是通過受壓桿件（豎向撐桿）將受拉構件（鋼拉索）和壓彎構件（梁、拱、桁架等）連接到一起，同時施加預應力于受拉構件（鋼拉索），待上部使用荷載施加后，使結構恢復初始形狀組成受力結構體系的一種新型結構。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的特點？（1）弦支梁結構承重力高（2）弦支梁結構在荷載作用時的結構變形下（相對單層結構）（3）弦支梁結構穩定性特別強（4）弦支梁結構自平衡體系（5）弦支梁結構建筑造型適用性極強（6）弦支梁結構制作、運輸、施工簡單李振波的可以一點一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的特點？弦梁也有很明顯的缺點：（1）張弦梁對風荷載很敏感，一般情況大跨度下為了減輕屋面荷載都采用輕型屋面系統，風荷載作用下很容易產生吸力使下弦拉索受壓而失去作用；（2）單向布置的張弦梁為平面受力體系，空間作用小，平面外無法保證穩定，所以要加平面外支撐構件，而這些如高強拉索的支撐構件通常會需要很高的工作面，加大預應力張拉難度；（3）張弦梁結構中僅僅有豎腹桿，沒有桁架等結構的斜桿，隨著跨度的增加，會導致以壓彎構件為主的上弦構件截面加大，同時豎腹桿受長細比影響其截面也將很大。

（4）設計分析較為困難，特別是找形過程。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類按壓彎構件類型壓彎構件為梁壓彎構件為拱壓彎構件為桁架壓彎構件為網架或網殼解釋一下每一種一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類直線型張弦梁是張弦梁結構的最基本模型。該類型通過拉索和撐桿提供彈性支撐,從而減小上弦構件的彎矩,主要適用于樓板結構和中小跨度屋面結構。拱型張弦梁具有拉索和撐桿為上弦構件提供彈性支撐以減小拱上彎矩的特點,此外,由于拉索張力可以與拱推力相抵消,一方面充分發揮了上弦拱的受力優勢,也充分發揮了利用拉索抗拉強度高的特點,適用于大跨度的屋蓋結構。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類張弦梁桁架張弦桁架結構采用了剛度更大的析架作為張弦梁結構的受壓構件，使得其適用于更大跨度的結構以上。析架又可以分為平面析架和空間析架。索承網殼索承網殼是將單層網殼作為受壓構件,通過拉索進行張拉形成的空間張弦梁結構受力體系。通過對下部拉索施加預應力,可以使得單層網殼產生與正常使用荷載作用下反向的位移與內力,有效提高整體結構的剛度和穩定性,改善結構的受力性能,使得結構對邊緣約束構件的要求明顯降低,結構的跨度可以做的更大。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類按布置方式平面張弦空間張弦平面張弦梁特點就是所有結構構件都位于同一平面內，也稱為單向張弦梁，此種張弦梁以平面受力為主。平面外剛度小造成其平面外穩定性差。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類按布置方式平面張弦空間張弦多以平面張弦梁結構為基本組成單元，通過不同形式的空間布置所形成。一、張弦結構基本介紹張弦梁結構的分類按材料分類鋼材鋁合金膠合木混凝土主要是壓彎構件一、張弦結構基本介紹典型工程一、張弦結構基本介紹典型工程一、張弦結構基本介紹典型工程一、張弦結構基本介紹典型工程上海世博會主題館一、張弦結構基本介紹典型工程上海世博會主題館一、張弦結構基本介紹典型工程新疆國際會展中心屋蓋預應力桁架結構體系：17榀主桁架，4榀縱向支撐桁架，跨度90m，截面高5.5m，一端固定鉸支，一端單向滑動。中部展廳標準榀：二、張弦梁設計內容二、張弦梁設計內容找形與找力任何結構分析都是基于平衡狀態下進行的，對于索結構結構，由于內部機構的存在，使得結構必須靠預應力形成虛剛度（應力剛度）來維持結構形態，就必須尋找結構在預應力作用下的初始形態，即找形(FormFindingorShapeFinding)。另一方面在工程中，很多結構的幾何形狀一般都是先給定的，這時的找形就變成在已知邊界約束條件與結構拓撲條件下，如何獲得滿足給定結構幾何的預應力分布問題即找力(ForceFinding)。可將形狀確定問題分為三類。（1）單純的找形分析問題，如假設自應力分布的找形分析，此時荷載為零而內力不為零之狀態。（2）單純的找力分析問題，如假設體系的幾何形狀，以此初始形態為自應力的分布作出優化。（3）兼有找形分析和找力分析的問題，即已知道邊界（建筑）條件，進行體系拓撲分析，根據分析的結果進行找形分析和找力分析，由結構效率最高和總體造價最低、滿足建筑本身的安全、適用及耐久性等要求確定最后的建筑方案。

二、張弦梁設計內容三種狀態零狀態、初始狀態、工作狀態（荷載態）零狀態是結構體系拉索張拉前的狀態,實際上是構件加工和放樣形態，通常也叫結構放樣態。在這個狀態中結構不受預應力和自重作用。初狀態是拉索張拉完畢后，結構安裝就位的形態,通常也叫預應力狀態。初始態是建筑設計所給定的基本形態，即結構竣工后的驗收狀態這個狀態中結構受預應力和自重作用。荷載態是在初狀態的基礎上，承受其它外荷載之后的受力狀態。二、張弦梁設計內容結構的幾何定義不要求初始狀態幾何嚴格滿足圖紙→零狀態=圖紙幾何當結構剛度較大使預張力引起的變形很小或當結構張拉引起的變形與自重效應相互抵消時，容許初始狀態幾何相對于圖紙幾何有較小的并可以接受的誤差。這種情況下，可將圖紙幾何取為零狀態幾何，按圖紙幾何建立模型。要求初始狀態幾何與圖紙幾何吻合→初始狀態幾何=圖紙幾何當結構較柔使預張力引起的變形與自重效應疊加時，應將圖紙幾何取為結構的初始狀態幾何，按圖紙幾何建立計算模型，撤除主動索在其兩端節點加上的主動索力，進行線性分析確定與圖紙幾何對應的一組平衡內力，這組內力即是初始狀態內力，這一方法可稱為撤桿加力法。但是必須采用“倒拆法”，在初始狀態幾何基礎上逐步拆除主動索進行計算，才能得到結構的零狀態幾何。建筑設計圖紙中所規定的結構幾何為圖紙幾何二、張弦梁設計內容一般原則

張弦梁結構的基本受力性能符合線彈性和小變形的假定，因此其荷載及預應力效應可以采用線性疊加原則。但對于大跨度的張弦梁結構，需要考慮幾何非線性的效應以進行精確分析。建議：直接考慮幾何非線性計算假定：上弦--梁單元桿單元（桁架）；

撐桿--桿單元；拉索--索單元材料處于彈性狀態，符合虎克定律索與撐桿之間的節點，以及索段之間的節點,均為無摩擦的理想鉸接點，并且不考慮連接時節點不完全重合而引起的影響。節點之間的索段為直線單元索為完全柔性，即無抗彎和抗壓能力二、張弦梁設計內容形態確定

上弦參考前面張弦梁分類

下弦采用拋物線、圓弧線（垂度建筑圖紙）二、張弦梁設計內容預應力分部的計算方法(1)平面張弦梁結構預應力分析的等效節點荷載法張弦梁預應力分析主要計算結構在初始狀態時的自平衡預應力分布，其預應力特點如下：張弦梁結構中的拉索張力只有一根是獨立的，其他索段的預張力就可以看成是某根索段張拉的結果二、張弦梁設計內容預應力分部的計算方法(2)預應力分析的局部分析法部分析法是采用平衡矩陣空間分解技術來分析預應力分布。二、張弦梁設計內容(1)平面張弦梁結構預應力分析的等效節點荷載法例：例：跨度60m上弦拱高3m下弦垂度5m拋物線型局部分析法保持恒載下位移為零，需多大的力？二、張弦梁設計內容找形方法：非線性有限元法找形目標：在預張力、一倍恒荷載及自重下的上弦剛性網格位移響應趨近于小值（一般與圖紙位形差10~30mm以后）。

自重+預應力？自重+恒+預應力？自重+0.5恒+預應力？

設計師主導偏大二、張弦梁設計內容荷載態設計驗算設計師主導偏大剛度：容許撓度控制為L/250

長細比：壓桿150拉桿250強度主要鋼構件：應力比≤0.8（靜力荷載、小震）

應力比≤1.0（大震）拉索：最大拉力≤0.4破斷力（靜力荷載、小震、大震）穩定：考慮大變形對結構的影響，采用一致缺陷模態，最大值取跨度的1/300，系數K≥4.2索不松弛三、MidasGEN如何實現張弦梁設計三、MidasGEN如何實現張弦梁設計通過軸向的拉伸來抵抗外荷載作用；

?僅在受拉情況下工作；

?受壓狀態下即退出工作；

采用堅朗、巨力等廠家索彈性模量：1.60x105N/mm2

公稱抗拉強度：1670N/mm2

容重：考慮索節點占索重0.3~0.5

材料

三、MidasGEN如何實現張弦梁設計需經換算得到索截面

截面三、MidasGEN如何實現張弦梁設計MIDAS程序中的初始剛度

定義索單元時幾何剛度初始荷載初拉力荷載初始單元內力

三、MidasGEN如何實現張弦梁設計MIDAS程序中的初始剛度

三、MidasGEN如何實現張弦梁設計MIDAS程序中的初始剛度

為非線性提供線性分析可能性三、MidasGEN如何實現張弦梁設計三、MidasGEN如何實現張弦梁設計非線性荷載工況

非線性分析：無法結果疊加，只能荷載疊加。不考慮地震？？三、MidasGEN如何實現張弦梁設計邊界自平衡：一鉸一滑兩端鎖死，應叫索承網格體型。三、MidasGEN如何實現張弦梁設計分析幾何非線性分析一般默認即可三、MidasGEN如何實現張弦梁設計特征值分析---線性分析主菜單選擇荷載>靜力荷載>初始荷載>小位移>初始單元內力在對帶有索單元的結構進行反應譜分析的時候，注意到反應譜分析屬于彈性分析，索單元在分析時等代成桁架單元參與計算。ZZ+DL+0.5LL四、實例操作演示四、實例操作演示跨度32.65m上拱0.5m垂度1.8m索間距：4.3m設計荷載恒載：結構構件自重由程序自動計算確定拉索取自重的0.3倍，即材料密度放大1.3倍玻璃幕墻：0.5kN/m2活載：面活荷載：0.5kN/m2吊掛荷載0.5kN一個溫度作用：±25°選用材料結構鋼材采用Q345B四、實例操作演示統一技術措施打發設計荷載雪荷載：0.2kN/m2風荷載：基本風壓：0.30kN/m2(50年重現期）地面粗糙度：B類風壓高度變化系數:依據規范按實際高度取值風振系數：1.6風載體型系數：-0.6四、實例操作演示地震：抗震設防烈度為：6度；設計基本地震加速度：0.05g

設計地震分組:第一組統一技術措施剛度：

撓度控制為1/250強度主要鋼構件：應力比≤0.80（靜力、風、溫度、小震）

次要構件：應力比≤0.90拉索：最大拉力≤0.4破斷力（靜力荷載、小震、大震）

穩定：考慮非線性對結構的影響，采用一致缺陷模態，最大值取跨度的1/300，控制參數四、實例操作演示統一技術措施四、實例操作演示1讀取建筑圖2RHINO線模型3MidasGEN找力、設計驗算四、實例操作演示先單榀復制陣列拉檁條導入midasGEN四、實例操作演示MidasGEN設計分析賦材料屬性定義截面