索膜結構:索膜技術與材料

日期:2020-07-27

承重結構的基本承重構件采用受拉的懸索以及張拉的薄膜,稱為懸索結構或膜結構。由于受拉構件的承載能力決定于強度而不是穩定性,因而能充分發揮鋼索和膜材受拉工作時強度高、自重輕的特點。同時,由于覆蓋材料自重輕,使承重結構的重量較小,因而懸索結構和張拉薄膜結構更適合于在大跨度結構中使用。

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懸索結構的分類

懸索屋蓋結構通常由懸索系統,屋面系統和支承系統三部分構成
1:單層懸索體系:
1.1:單層單向懸索結構:由許多平行的單根拉索組成,構成單曲下凹屋面,拉索兩端懸掛在穩定的支承結構上

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1.2單層輻射狀懸索結構

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1.3單層網狀懸索結構

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受力特點

        單層懸索結構的形狀穩定性不好,是一種可變體系,其平衡形狀隨荷載分布方式而變。在恒載作用下呈懸鏈線形式,在不對稱荷載或局部荷載作用下產生大的位移(機構性位移)。索的張緊程度與索的穩定性(抵抗機構位移的能力)成正比。
        單層懸索結構的抗風能力差,在風吸力作用下懸索內的拉力下降,穩定性進一步降低。
        垂跨比的影響:垂跨比大,穩定性和剛度大,索拉力小,但占用空間。通常取1/20~1/10
 
增加穩定性的措施       
?   單層懸索結構宜采用重屋面,如裝配式鋼筋混凝土板;
?   采用預應力鋼筋混凝土懸掛薄殼;
?   設置橫向加勁構件。加勁梁或桁架分配局部荷載及將索連成整體。
 

2:雙層懸索體系

由一系列下凹的承重索和相反曲率的穩定索組成。每對索之間通過受拉鋼索或受壓撐桿連系,構成如桁架形式的平面體系,稱索桁架。
穩定索可以抵抗風吸力的作用,同時,相反曲率的穩定索和相應的索桿能對體系施加預應力,使每對索均保持足夠大的張緊力,提高了整個結構的穩定性與剛度。
承重索的垂跨比:1/20~1/15;穩定索的矢跨比1/25~1/20。
3:鞍形索網體系
索網結構是同一曲面上兩組曲率相反的單層懸索系統相交而成,下凹向為承重索,上凸向為穩定索
4:混合懸掛體系
采用柔性的懸索體系與剛性的受彎構件(梁、網架、網殼、桁架等)相結合,可組成共同抵抗外荷載的各種混合體系。
此類結構或用鋼索懸掛其他構件,或由鋼索對其他構件提供附加支點,或用剛性的構件來加強懸索的穩定性,以減小不均勻荷載作用下的機構性位移。橋梁中的斜拉橋和懸索橋也屬于這類混合體系。
 

懸索結構的設計與構造

1:主要考慮作用力:恒荷載,屋面活荷載、雪荷載、風荷載以及溫度作用和地震作用等
2:變形驗算
據即將頒布的懸索結構技術規程,承重索豎向位移限值如下:
單層懸索體系從初始態算起 l/200;
雙層懸索體系、索網及橫向加勁索從預應力態算起l/250.
3:節點構造
3.1索與索連接 主要是U型連接和卡式
3.2索頭:
澆鑄頭
       較粗的索(d≥38mm)采用,又稱巴氏合金端頭,索末端線材須松開足夠長度,采用除油液體清洗,干后成刷狀,然后插進鋼鑄件插座楔形孔內(長度為5.5~6索徑)澆鑄高等級鋅等熱金屬或聚脂材料形成索的端頭。
cnc端頭
對于的d<38mm的索頭,現在基本是CNC加工的
索與其他結構部分的連接,連接方式多種多樣,應該根據實際情況而定。

對與索膜結構來說,應用最多的還是平行鋼絲束

平行鋼絲束

是由若干相互平行的鋼絲壓制集束或外包防腐護套制成,斷面呈圓形或正六角形; ?常用制索鋼絲直徑有5mm和7mm兩種,采用光面鋼絲 或鍍鋅鋼絲;鋼絲呈蜂窩狀排列,根數有7根、19根、 37根、61根等。
平行鋼絲束的優點
?鋼絲結構緊湊
?受力均勻
?接觸應力低
?能夠充分發揮高強鋼絲材料的軸向抗拉強度
?彈性模量與單根鋼絲接近
索膜結構之膜材
 
采用純索結構的索膜結構一般使用的PTFE 膜材和ETFE 單層膜結構。但是國外也用純索結構的ETFE 氣枕結構,但是很少見。
PTFE 膜材抗拉強度高,其基布為玻璃纖維組成,有一定的剛度,比較適合純索結構。還有一點很重要的是PTFE力學穩定性好,沒有力學松弛。而索結構的ETFE單層比較時候立面,或者內裝飾。否則容易積水。
 

膜與索的連接方式:

?   索套連接
?   束帶連接
?   扣帶連接
?   金屬配件連接
?   受壓彈簧連接
 
 




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