大跨度懸索結構的應用與發展

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２００８年第２期（總第１５９期） 安徽建筑 １０３

大跨度懸索結構的應用與發展

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｎｇ－Ｓｐａｎ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ—ＣａｂＩｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

朱兆晴 （安徽省建筑設計研究院，安徽合肥２３０００１）

摘要：文章介紹了大跨度懸索結構的應用與發展的進程及各種索結構體系的受力特點和典型工程實例，概括了懸索結構計算的基本要求和計

算方法，并對索結構的節點設計要求進行了歸納和總結。

關鍵詞：懸索結構；勁性索結構；張弦梁結構；弦支穹頂結構；預應力網格結構；索穹頂結構；初始狀態；荷栽狀態

中圈分類號：ＴＵ３５１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：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 懸索結構的發展概況

１．１發展概述

界上目前最大跨度的預應力鞍形“索網”結構。

我國在鞍形“索網”結構方面也有成功的范例。１９６７年建

成的杭州體育館，平面為橢圓形，其長、短軸尺寸為８０ｍ、６０ｍ，

索的邊緣構件為鋼筋混凝土空間曲梁，由雙向正交拋物面預應

力鞍形索網組成屋面，上懸穩定索施加預應力后相當于對下層

承重索施加了４０ｋｇ／ｍ：的垂直荷載，以抗風并保證穩定，有較好

的技術經濟指標，達到當時的世界先進水平。

１．２新型的懸索結構

由于雙層懸索體系（索桁架、鞍形索網、圓形車輻式雙層懸

索）是完全柔性結構，結構剛度主要由索體中的張力提供，使其

具備承受外荷載和保形能力。但是，通過對索施加預應力使其

“剛化”的手段，又會加大邊緣支承結構的負擔，往往要設置強

大的邊緣構件以平衡索體的張力，極大的影響了技術經濟指

標。針對于此，隨著懸索結構的應用和發展，又出現了幾種新型

的懸索結構形式。

世界上第一個現代懸索屋蓋是美國于１９５３年建成的“雷

里”體育館，它是采用以兩個斜放的拋物線拱作為邊緣構件的

鞍形“正交索網”結構，其圓形平面直徑９１．５ｍ。１９６２年瑞典工

程師賈維斯在斯德哥爾摩滑冰館中首先采用了“索桁架”結構，

這種平面雙層索系結構很快在世界各國得以廣泛應用。１９６７

年前蘇聯在列寧格勒建成列寧格勒紀念體育館，其平面為圓形

車輻式索桁架方案，直徑達９３ｍ，索桁架的高跨比為１／１７，這在

當時被列入世界上巨型體育建筑之一。為籌辦第２２屆奧運會，

前蘇聯又于１９８０年建成直徑１６０ｍ圓形車輻式索桁架列寧格

勒比賽館，并在索桁架上弦鋪設薄鋼板，既作屋面防護，又使其

成為與上弦索共同工作的索膜結構。與此同時，在莫斯科也建

成平面為橢圓形，長軸２２４ｍ，短軸１８３ｍ，覆蓋面積達３８８００ｍ２，

可容納觀眾４．５萬人的奧運會中心體育館。該建筑采用了桁架

式勁性索，并與屋面防護鋼板組成索膜結構，是當時世界上幾

個巨型室內體育建筑之一，結構用鋼量為１２６ｋｇ／ｍ：（其中包括

鋼筋混凝土外環梁的配筋４６ｋｇ／ｍ：），這樣大跨度結構屋蓋其承

重結構自重僅１０６ｋｇ／ｍ：。

１．２．１勁性索結構

勁性索是以實腹或桁架構件代替柔性索的懸掛結構體系，

這種結構體系的代表有１９６４年建成的日本代代木體育館、前

蘇聯１９８０年建成的２２屆奧運會游泳館和莫斯科奧運會中心

體育館。該結構特點是在全跨荷載作用下，懸掛勁性索的受力

以受拉為主，鋼材強度得以充分利用；勁性索具有一定的抗彎

剛度，在不對稱荷載作用下變形、支座反力、撓度都較小，屬剛

性索梁體系；勁性索無需通過施加預應力提供“剛化”，有良好

的結構承載性能，可有效地減少邊緣構件的水平拉力；同時，勁

性索取材方便，耐久性能良好。

１．２．２預應力橫向加勁單層懸索結構

安徽省體育館為該結構體系的代表，通過橫向擱置在單層

懸索上的剛性桁架支座的強迫位移，對索施加預應力，以保持

屋面的穩定，同時，利用周邊功能用房鋼筋混凝土屋面，組成自

平衡的邊緣支承構件，為世界上首例建成的橫向加勁懸索結構

在平行雙層懸索體系方面，我國１９６１年建成的圓形車輻

式雙層懸索結構北京工人體育館及１９８６年建成的索桁架結構

吉林滑冰館，在吸取國外先進技術經驗的基礎上有所創新，從

規模大小和技術水平來看，在當時都達到國際先進水平，受到

國內外工程界的好評。迄今為止，北京工人體育館仍為我國跨

度最大的懸索結構。

自美國于１９５３年建成“雷里”體育館，首先創建了預應力

鞍形“索網”結構之后，１９８３年加拿大又建成了卡爾加里滑冰

館，平面為橢圓形，長軸１３５．３ｍ，短軸１２９．４ｍ，該體育建筑為世

收稿日期：２００８－０３－２４

作者簡介：朱兆晴（１９６４一），男，安徽壽縣人，畢業于清華大學，學士，高

級工程師，國家一級注冊結構工程師。

建筑，其相關資料多次在國際空間結構會議上交流，獲得國內

外工程界的好評。隨后，上海楊浦體育館、廣東潮州體育館又相