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悬索结构理论与应用
【摘要】悬索结构是大跨度空间结构的一种重要形式，在建筑工程、桥梁工程等领域得到广泛应用，针对悬索结构的一些特点，对于其理论与应用作一些分析研究。
【关键词】悬索结构；空间结构；理论与应用
1、悬索结构概况
悬索结构是由柔性受拉索、边缘构件及下部支撑构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢绞线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，具有跨度大、自重小、材料省、易施工。
悬索结构的发展历程
世界上现代最早的悬索结构――Raleigh体育馆于1953年由美国结构工程师塞弗德和建筑师诺威基所设计，是一个鞍型正交索网结构。其平面近似圆形，×，索网支承在一对与地面成20°倾角的抛物线拱上，两抛物线拱脚由设置预应力混凝土拉杆的倒置V形支架进行支承。，立柱兼作门窗的竖框，形成了以竖向分割为主、节奏感很强的建筑造型。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，直径达93m，索桁架的高跨比为1/17，这在当时被列为世界上巨型体育建筑之一。
2、悬索结构的特点
悬索结构的优点
（1）悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用钢材的强度并可减轻结构自重。因而，悬索结构是大跨度结构的主要结构形式。跨度越大，经济效果越好。
（2）用钢量低，对于悬挂屋盖，当结构跨度小于150m，屋盖悬索的用钢量一般小于10kg/m2，但下部支撑结构材料用量加大。
（3）悬索结构施工比较方便，钢索自重小，屋面构件一般也较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备，施工时不需要大量脚手架，也不需要模板，因而，与其他结构形式比较，施工费用相对较低。
（4）适应性强，造型美观。悬索结构适应各种建筑平面和外形轮廓，利用曲线索，采用不同的支承形式，可方便的创造出各种新颖独特的建筑造型。
悬索结构的缺点
（1）悬索屋盖结构的稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变结构，其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用方向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力。因此，常常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。
（2）动力特性比较复杂。在风荷载和地震作用下的结构分析和稳定性计算难度较大。
（3）结构初始形状、预应力的建立及正常使用阶段的工作特性属于几何非线性问题。
（4）施工技术要求较高，需要专业的施工队伍，需要配合施工进行多工况、多阶段的分析计算。
3、悬索结构的主要形式
悬索屋盖结构的组成主要包括悬索系统、屋面系统和支承系统三部分。悬索系统是指悬索屋盖中跨越水平距离、形成大空间的主要受力结构部分。其由一系列按一定规律布置的高强