大跨度悬索结构的应用与发展

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２００８年第２期（总第１５９期） 安徽建筑 １０３

大跨度悬索结构的应用与发展

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｎｇ－Ｓｐａｎ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ—ＣａｂＩｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

朱兆晴 （安徽省建筑设计研究院，安徽合肥２３０００１）

摘要：文章介绍了大跨度悬索结构的应用与发展的进程及各种索结构体系的受力特点和典型工程实例，概括了悬索结构计算的基本要求和计

算方法，并对索结构的节点设计要求进行了归纳和总结。

关键词：悬索结构；劲性索结构；张弦梁结构；弦支穹顶结构；预应力网格结构；索穹顶结构；初始状态；荷栽状态

中圈分类号：ＴＵ３５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—７３５９（２００８）０２—０１０３—０３

Ｚｈｕ Ｚｈａｏｑｉｎｇ（Ａｎｈｕｉ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ－ｃａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｎ ａｓ ｌｏａｄ—ｂｅａｒｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｅｌｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ

ｆｕｎｉｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｌ＇ｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅｑｕ￣ｅｍｅｎｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ—ｃａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｌ＇ｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ；ａｎｄ ｔｈｅ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐａｎｅｌ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｆｕｎｉｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ－ｃａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｔｉｆｃａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｔ．ｒｉｎｇｅｄ ｂｅａｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｈｏｒｄ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ａｒｃｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｄｌｅａｔｔｉｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃａｂｌｅａｒｃｈ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｉｎｉｔｉｌ ｓｔａａｔｅ；ｌｏａｄｅｄ ｓｔａｔｅ

１ 悬索结构的发展概况

１．１发展概述

界上目前最大跨度的预应力鞍形“索网”结构。

我国在鞍形“索网”结构方面也有成功的范例。１９６７年建

成的杭州体育馆，平面为椭圆形，其长、短轴尺寸为８０ｍ、６０ｍ，

索的边缘构件为钢筋混凝土空间曲梁，由双向正交抛物面预应

力鞍形索网组成屋面，上悬稳定索施加预应力后相当于对下层

承重索施加了４０ｋｇ／ｍ：的垂直荷载，以抗风并保证稳定，有较好

的技术经济指标，达到当时的世界先进水平。

１．２新型的悬索结构

由于双层悬索体系（索桁架、鞍形索网、圆形车辐式双层悬

索）是完全柔性结构，结构刚度主要由索体中的张力提供，使其

具备承受外荷载和保形能力。但是，通过对索施加预应力使其

“刚化”的手段，又会加大边缘支承结构的负担，往往要设置强

大的边缘构件以平衡索体的张力，极大的影响了技术经济指

标。针对于此，随着悬索结构的应用和发展，又出现了几种新型

的悬索结构形式。

世界上第一个现代悬索屋盖是美国于１９５３年建成的“雷

里”体育馆，它是采用以两个斜放的抛物线拱作为边缘构件的

鞍形“正交索网”结构，其圆形平面直径９１．５ｍ。１９６２年瑞典工

程师贾维斯在斯德哥尔摩滑冰馆中首先采用了“索桁架”结构，

这种平面双层索系结构很快在世界各国得以广泛应用。１９６７

年前苏联在列宁格勒建成列宁格勒纪念体育馆，其平面为圆形

车辐式索桁架方案，直径达９３ｍ，索桁架的高跨比为１／１７，这在

当时被列入世界上巨型体育建筑之一。为筹办第２２届奥运会，

前苏联又于１９８０年建成直径１６０ｍ圆形车辐式索桁架列宁格

勒比赛馆，并在索桁架上弦铺设薄钢板，既作屋面防护，又使其

成为与上弦索共同工作的索膜结构。与此同时，在莫斯科也建

成平面为椭圆形，长轴２２４ｍ，短轴１８３ｍ，覆盖面积达３８８００ｍ２，

可容纳观众４．５万人的奥运会中心体育馆。该建筑采用了桁架

式劲性索，并与屋面防护钢板组成索膜结构，是当时世界上几

个巨型室内体育建筑之一，结构用钢量为１２６ｋｇ／ｍ：（其中包括

钢筋混凝土外环梁的配筋４６ｋｇ／ｍ：），这样大跨度结构屋盖其承

重结构自重仅１０６ｋｇ／ｍ：。

１．２．１劲性索结构

劲性索是以实腹或桁架构件代替柔性索的悬挂结构体系，

这种结构体系的代表有１９６４年建成的日本代代木体育馆、前

苏联１９８０年建成的２２届奥运会游泳馆和莫斯科奥运会中心

体育馆。该结构特点是在全跨荷载作用下，悬挂劲性索的受力

以受拉为主，钢材强度得以充分利用；劲性索具有一定的抗弯

刚度，在不对称荷载作用下变形、支座反力、挠度都较小，属刚

性索梁体系；劲性索无需通过施加预应力提供“刚化”，有良好

的结构承载性能，可有效地减少边缘构件的水平拉力；同时，劲

性索取材方便，耐久性能良好。

１．２．２预应力横向加劲单层悬索结构

安徽省体育馆为该结构体系的代表，通过横向搁置在单层

悬索上的刚性桁架支座的强迫位移，对索施加预应力，以保持

屋面的稳定，同时，利用周边功能用房钢筋混凝土屋面，组成自

平衡的边缘支承构件，为世界上首例建成的横向加劲悬索结构

在平行双层悬索体系方面，我国１９６１年建成的圆形车辐

式双层悬索结构北京工人体育馆及１９８６年建成的索桁架结构

吉林滑冰馆，在吸取国外先进技术经验的基础上有所创新，从

规模大小和技术水平来看，在当时都达到国际先进水平，受到

国内外工程界的好评。迄今为止，北京工人体育馆仍为我国跨

度最大的悬索结构。

自美国于１９５３年建成“雷里”体育馆，首先创建了预应力

鞍形“索网”结构之后，１９８３年加拿大又建成了卡尔加里滑冰

馆，平面为椭圆形，长轴１３５．３ｍ，短轴１２９．４ｍ，该体育建筑为世

收稿日期：２００８－０３－２４

作者简介：朱兆晴（１９６４一），男，安徽寿县人，毕业于清华大学，学士，高

级工程师，国家一级注册结构工程师。

建筑，其相关资料多次在国际空间结构会议上交流，获得国内

外工程界的好评。随后，上海杨浦体育馆、广东潮州体育馆又相