單向索-板結構的參數影響及經濟性分析

摘要:根據具體實例，分析矢高對單向索-板結構體系的影響。經過比較，分析此結構體系的經濟性。

關鍵詞: 矢高;參數;經濟性

Abstract: According to example，analysing the influence

of vector height to one-way cable-slab.Through comparing， analysing the economy of the structure.

Key words: vector height; parameter; economy

懸索結構能夠在沒有中間支承的情況下覆蓋較大跨度的空間，而且能夠承受遠大于索自重的荷載。懸索結構的這些優越特點引起了人們對其的廣泛關注。隨著電子計算機和求解技術的發展，人們對這類結構的研究進一步加深，這類結構的應用也迅速得到了發展[1]。在懸索結構中，所有的荷載最終都將轉化為索的拉力，因此該結構是一種穩定的結構，而且能夠更有效更充分地利用高強度拉索的材料性能。另外，懸索結構明顯區別于其他的傳統建筑結構，常常留給人們別致優雅的印象。懸索結構通常被用于體育館、游泳館、滑冰館、展覽大廳、歌劇院、飛機庫甚至工廠廠房等[2]。

1實例

一矩形板，四邊簡支，長邊，短邊，板厚，混凝土，，泊松比，跨中垂度，索采用鋼鉸線1×7標準型，，抗拉強度，鋼鉸線橫截面積為。計算所需的索的數量及此板的內力和撓度。

假設在索與板之間設11根豎桿，即每一米一根，沿混凝土板長邊方向布4道索，每4米布一根。將已知條件代入理論計算公式可得:索采用5根鋼鉸線，板的撓度、彎矩以及豎桿的內力見表1。由于結構對稱，所得的內力值也對稱，故表中只列出結構一半的內力值。

(1)由表1可知:=0.034m<[3]=0.040，滿足要求。

(2)索的軸力=201.78。

，滿足要求。

(3)確定豎桿的尺寸:

中間桿受力最大為:

13.9076=83.442，

，

，本文中選。

2 參數影響分析

為了系統地分析結構的靜力性能，常改變結構的某一參數來分析其靜力性能的變化。本文的重點放在矢高(跨中垂度)的參數影響分析上。本節采用實例中的數據，僅改變其中矢高參數進行了計算。圖1為板的跨中彎矩、撓度以及索的軸力隨矢高的變化規律。橫坐標代表矢高。

單向索-板結構中，撓度對整個結構起控制作用。由圖1可知，矢高越大對結構越有利。隨著矢高的增加，索的軸力、板的撓度及板的彎矩減小，且變化明顯。豎桿內力增加，但變化較小。而且隨著矢高增大，結構用鋼量不會明顯增加，所以通過增加結構矢高來改善該結構的受力特性是一個有效的方法。但考慮到結構的使用功能，矢高不宜過高，一般情況下索的垂跨比控制在1/20~1/10范圍內為宜。

索的軸力隨矢高的變化規律

索的垂度與跨度之比是影響索-板結構體系工作的重要幾何參數。在相同跨度和荷載條件下，垂跨比小時，索系曲面扁平，形狀穩定性和剛度較差，索中拉力也大。垂跨比大時，索系的穩定性和剛度隨之得到改善，索中拉力減小。當然，垂跨比的加大使結構所占空間增加，以致可能影響綜合的經濟性。

3 經濟性分析

對于大跨度建筑，樓蓋造價占很大比例，因此降低樓蓋造價是優化結構方案的關鍵。為了進一步體現單向索-板結構體系的經濟性、優越性，本節根據實例，將單向索-板結構與普通鋼筋混凝土結構的用鋼量及混凝土用量進行了比較。由于在兩種結構中板的尺寸相同，配筋的數量相近，因此在比較的過程中忽略了板中鋼筋的重量。

(1)單向索-板結構:

在實例中，采用了4道索，每道索由5根鋼鉸線組成。豎桿采用圓鋼筋。

計算鋼材用量:不考慮豎桿時為271.3。考慮豎桿時為380。

混凝土用量為:28.8。

(2)普通鋼筋混凝土結構:

板厚取為，梁的布置及配筋情況如圖2所示:

計算鋼材的用量為3039。

混凝土用量為:52.2。

(3)經比較可發現，單向索-板結構中鋼材及混凝土用量分別為普通鋼筋混凝土結構鋼材及混凝土用量的1/11(考慮豎桿時為1/8)和5/9，大大減少了鋼材和混凝土的用量，從而降低了工程造價，進一步說明了單向索-板結構是一個性能優良、經濟適用的結構體系。

4 結論

(1)索的垂跨比是影響單向索-板結構體系工作的重要幾何參數。在相同跨度和荷載條件下，垂跨比增大時，索系的穩定性和剛度隨之得到改善。

(2)應用單向索-板結構可大大減少鋼材和混凝土的用量，從而降低了工程造價，進一步說明了單向索-板結構是一個性能優良、經濟適用的結構體系。

參考文獻:

[1]Isabella VassiloPouou，CharisJ.Gantes.Cable Nets with Elastically Deofrmable Edge Ring. Space sturcture.20005，7

[2]劉錫良.現代空間結構.天津大學出版社.2003.

[3]混凝土結構設計規范 GB50010-2002 P17