懸索結構

　　由柔性受拉索及其邊緣構件所形成的承重結構。索的材料可以採用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼，以及其他受拉性能良好的線材。

　　懸索結構能充分利用高強材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。中國是世界上最早應用懸索結構的國傢之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊橋跨越深谷。明朝成化年間（1465～1487年）已用鐵鏈建成霽虹橋。近代的懸索結構，除用於大跨度橋樑工程外，還在體育館、飛機庫、展覽館、倉庫等大跨度屋蓋結結構中應用。

　　分類　懸索按受力狀態分成平面結構和空間結構。

　　平面懸索結構　主要在一個平面內受力的平面結構，多用於懸索橋和架空管道。按結構形式分為：①單層懸索結構。可用做柔式懸索橋，也可用於屋蓋，結構剛度較小，在可變荷載作用下變形較大，宜在索上鋪設重屋面。②加勁式單層懸索結構。通過在索下面若幹吊桿吊有加勁桁架（或加勁梁），以增強結構的剛度。③雙層懸索結構。其上索與下索曲率相反，並通過其間的受拉斜腹桿中施加預應力而具有較好的剛度。

　　空間懸索結構　一種處於空間受力狀態的結構，多用於大跨度屋蓋結構中。按結構形式分為：①圓形單層懸索結構（圖1a）。用於圓形平面的屋蓋，其索按輻射狀佈置，整個屋面形成下凹的旋轉曲面。各根索的外端固定於周邊的鋼筋混凝土圈梁上，內端固定於圓心附近的拉環上。當圓心處允許設柱時，可形成傘形懸索結構（圖1b）。②圓形雙層懸索結構（圖1c）。其外形與上述結構類似，隻是有上下兩層索，從而可以有不同佈置形式的預應力拉桿以增強剛度。中國北京工人體育館直徑94米的比賽大廳屋蓋即采用瞭這種結構形式（圖2）。其圓心附近的拉環除承受環向拉力外，在豎直方向還承受壓力。③雙向正交索網結構。由互相正交的兩組索組成。下凹的一組為承重索，上凸的一組為穩定索，兩組索形成負高斯曲率的曲面。對其中一組索施加預應力時，另一組索也同時獲得預應力的效果。通過施加預應力，可使兩組索在屋面荷載作用下始終貼緊，且獲得良好的剛度。這種索網可用於橢圓平面、矩形平面、菱形平面（圖3）或其他平面的屋蓋。意大利米蘭體育館屋蓋采用瞭圓形平面的馬鞍形索網結構，直徑140米，是目前世界上最大的索網結構。中國浙江省人民體育館屋蓋采用80×60米橢圓平面的馬鞍形索網，其索端固定於一個空間曲梁上。為瞭減小曲梁內的彎矩，在索網下還設置瞭一層水平拉索。

北京工人體育館懸索屋蓋

　　除上述懸索結構外，工程中還常用斜拉索結構，如斜張橋和斜拉索屋蓋。這種斜拉索主要是用來減小屋面或橋面結構構件的跨度，以滿足整個結構的大跨度要求和達到節省材料的目的。

　　隨著卷材薄鋼板的發展，近年來，有的國傢采用懸掛板帶結構。如聯邦德國法蘭克福航空港飛機庫的屋蓋，平面尺寸達270×100米，分為兩跨，每跨由10條長13米、寬7.5米的板帶組成，板帶之間用3米寬的采光帶隔開。（見彩圖）

聯邦德國法蘭克福國際航空港飛機庫

　　在各種形式的懸索結構中，索的邊緣構件及地錨的合理性和可靠性具有極其重要的意義，在一定程度上決定著結構的技術經濟指標和安全。

　　計算要點　懸索結構在靜荷載作用下的分析，首先要確定在初始荷載作用下整個結構的初始狀態，然後計算在荷載增量、溫度變化和索支點位移所引起的整個結構的內力和變形。懸索結構的初始狀態是指在初始荷載(包括自重和預應力)作用下的平衡位置，可通過索的各點坐標和索內拉力的水平分量確定。初始狀態一般需要經過多次試算選定。索網結構可按離散的計算模型進行分析；對於索間距較小的正交索網結構，也可按連續的計算模型，即假設為一個沒有剪切剛度的各向異性薄膜進行分析。懸索結構具有幾何非線性的性質，即在各階段荷載作用下，無論是內力或變形均與荷載呈非線性關系。當采用離散方法分析懸索結構時會得出非線性代數方程組。采用連續方法分析時則得出非線性微分方程。對於雙曲拋物面正交索網也可采用能量原理進行分析。懸索結構當跨度較大而又較柔時宜考慮風振效應，進行動態分析。

　　懸索結構施工中要註意索的防腐處理和端頭錨固的可靠性（見懸索屋蓋施工）。