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張弦梁結構最早是由日本大學M.Saitoh教授提出,是一種由剛性構件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結構體系,是混合結構體系發展中的一個比較成功的創造。

張弦梁結構最早是由日本大學M.Saitoh教授提出,是一種區別於傳統結構的新型雜交屋蓋體系。張弦梁結構是一種由剛性構件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結構體系,其結構組成是一種新型自平衡體系,是一種大跨度預應力空間結構體系,也是混合結構體系發展中的一個比較成功的創造。張弦梁結構體系簡單、受力明確、結構形式多樣、充分發揮了剛柔兩種材料的優勢,並且製造、運輸、施工簡捷方便,因此具有良好的應用前景。

1 張弦梁 -張弦梁結構的受力機理


目前,普遍認為張弦梁結構的受力機理為通過在下弦拉索中施加預應力使上弦壓彎構件產生反撓度,結構在荷載作用下的最終撓度得以減少,而撐桿對上弦的壓彎構件提供彈性支撐,改善結構的受力性能。一般上弦的壓彎構件採用拱梁或桁架拱,在荷載作用下拱的水平推力由下弦的抗拉構件承受,減輕拱對支座產生的負擔,減少滑動支座的水平位移。由此可見,張弦梁結構可充分發揮高強索的強抗拉性能改善整體結構受力性能,使壓彎構件和抗拉構件取長補短,協同工作,達到自平衡,充分發揮了每種結構材料的作用。

所以,張弦梁結構在充分發揮索的受拉性能的同時,由於具有抗壓抗彎能力的桁架或拱而使體系的剛度和穩定性大為加強。並且由於張弦梁結構是一種自平衡體系,使得支撐結構的受力大為減少。如果在施工過程中適當的分級施加預拉力和分級載入,將有可能使得張弦梁結構對支撐結構的作用力減少的最小限度。

2 張弦梁 -張弦梁結構的分類



張弦梁結構按受力特點可以分為平面張弦梁結構和空間張弦梁結構。

平面張弦梁結構是指其結構構件位於同一平面內,且以平面內受力為主的張弦梁結構。平面張弦梁結構根據上弦構件的形狀可以分為三種基本形式:直線型張弦梁、拱形張弦梁、人字型張弦梁結構。

直梁型張弦梁結構主要用於樓板結構和小坡度屋面結構,拱形張弦梁結構充分發揮了上弦拱得受力優勢適用於大跨度的屋蓋結構,人字型張弦梁結構適用於跨度較小的雙坡屋蓋結構。

空間張弦梁結構是以平面張弦梁結構為基本組成單元,通過不同形式的空間布置所形成的張弦梁結構。空間張弦梁結構主要有單向張弦梁結構、雙向張弦梁結構、多向張弦梁結構、輻射式張弦梁結構。

單向張弦梁結構由於設置了縱向支撐索形成的空間受力體系,保證了平面外的穩定性,適用於矩形平面的屋蓋結構。雙向張弦梁結構由於交叉平面張弦梁相互提供彈性支撐,形成了縱橫向的空間受力體系,該結構適用於矩形、圓形、橢圓形等多種平面屋蓋結構。多向張弦梁結構是平面張弦梁結構沿多個方向交叉布置而成的空間受力體系,該結構形式適用於圓形和多邊形平面的屋蓋結構。輻射式張弦梁結構是由中央按輻射狀放置上弦梁,梁下設置撐桿用環向索而連接形成的空間受力體系,適用於圓形平面或橢圓形平面的屋蓋結構。

3 張弦梁 -張弦梁結構的形態定義



張弦梁結構象懸索結構等柔性結構一樣,根據張弦梁結構的加工、施工、及受力特點。通常也將其結構形態定義為零狀態、初始態和荷載態。

零狀態,是拉索張拉前的狀態,實際上是構件加工和放樣形態,通常也叫結構放樣態。

初始態,是拉索張拉完畢后,結構安裝就位的形態,通常也叫預應力狀態。初始態是建築施工圖中明確的結構外形。(包括在自重作用下)

荷載態,是外荷載作用在初始態結構上發生變形后大平衡態。

如果張弦梁結構的上弦構件按照初始形態給定的幾何參數進行加工放樣,那麼在張拉拉索時,由於上弦構件剛度較弱,拉索的張拉勢必會引導撐桿使上弦構件產生向上的變形,當張拉完畢后,結構上弦構件的形狀將偏離初始形態,從而不滿足建築設計的要求。因此,張弦梁結構上弦構件的加工放樣通常要考慮張拉產生的變形影響,這也是張弦梁結構需要進行形態定義的原因。
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