张拉索杆结构体系设计中的若干问题

　　张拉索杆结构体系设计中的若干问题

　　体系的选择

　　单向受力体系的布置、索张力施加和控制相对比较简单，受力明确。当其为单跨为，可不受支座刚度影响;但当为多跨连续时，支座的压缩刚度对结构内力和变形有相当大的影响。常为不太大建筑面积空间及荷载情况下采用。

　　双向受力体系的布置，可有多种型式，其索的张拉力的施加和控制比较麻烦，受力复杂。但在相同建筑面积空间及荷载情况下索的张力较小，且常可省去一些重力性索和稳定性索。故相对较省钢，而为较大建筑面积空间及荷载情况下采用。

　　体系的布置

　　单向受力体系布置中，常需设重力性索，必要时应布置稳定性索。

　　双向受力体系布置中，多在短向布置主受力基本结构组件，长向布置辅受力基本结构组件的单元，二者的横向撑杆常共用。当辅受力基本结构组件的某些索元与重力性索位置一致时，二者可合而为一。平面自平衡基本结构组件及平面钢桁架常作为单向受力体系的中间支座，此时应考虑其平面外稳定性的保证和必要的止失稳元件的设置。

　　荷载、作用值及其可能组合对于张拉索杆这种柔性结构，理应采用非线性二阶分析方法进行结构计算，其荷载作用也应先组合，后逐级施加，但在实际中很难实施。一些研究分析表明：对于一般不大的张拉索杆结构，如具有适当的初张力时，可以按一阶分析，荷载作用采用线性组合，构件计算中考虑二阶效应。这样引起的误差不会很大。

　　活载，风载与地震作用等可变性荷载作用的可能组合及其组合系数的选择，应按现行《建筑结构荷载规范》执行。考虑到尚无数十甚至千百年一遇的风载同时发生地震的历史记载，而且二者的峰值又都是瞬间一过性的作用，玻璃幕墙建筑结构的自重又不很大，故对这种结构而言，风载作为第一可变荷载与地震作用组合似不必要。当然设防烈度下的地震作用与可能的风载组合是应该的。

　　张拉索初始张拉应力值的选定与最小值的控制

　　张拉索杆结构同其它结构的根本区别在于其受拉杆件应始终处于张拉状态，即必须保持其内力是正定性。一旦呈现非正定时，结构刚度将极大降低或承载力丧失。而保持张拉杆受力正定性的关键是正确地设定其初张力值。初张力值设置过小，不利荷载作用下，一些张拉杆将因其内力减小为零(负)而退出工作，致使结构性能退化;如果初张力值设置过大，不利荷载作用下，某些张拉杆将因其强度不足而破断，致使结构毁坏;如其截面设计过大，不利荷载作用下，这些张拉杆虽不会因其强度不足而破断，但却材料增多，索直径粗影响结构的轻盈通透性。对于结构组件，当作为玻璃幕墙结构，可能承受正、反两方向荷载时，其主张拉索杆的初张应力值σ0的范围可按以下建议设置：

　　对于普通强度不锈钢材，当以其抗拉屈服强度设计值fd考虑时，设为：

　　25%≤σ0/fd≤50% (1)　　对于高强度钢材，当以材料抗拉极限强度设计值考虑时，如取其设计值为：fd≤0.45fu，将其代入式

　　(1)取整则有：

　　12%≤σ0/fd≤22% (2)　　需要指出的是，初张力对张拉索结构是必须的，且随其值的增大，组件刚度也有提高，但提高有限，不如增大张拉索的面积有效。

　　至于重力性索的初张力可不必施加过大，σ0/fd≈10%;稳定性索的初张力，则应根据被保证构件稳定性需要的支撑力，参考有关资料确定。

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