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《门窗幕墙联盟吧》 随着国民经济的快速发展，大型公共民用建筑的大量兴建，建筑物的跨度越来越大，通过门窗、幕墙玻璃进入室内的光线越来越不能满足室内采光的需要。在大跨度屋盖上，大面积设置玻璃采光顶进行室内采光，遇到不少技术问题，其中最为重要的是结构支撑体系。常规的桁架、网架、网壳等与玻璃配合时，往往显得杆件比较粗笨和凌乱。因此，研究开发能与玻璃协调配合的现代张拉结构，充分利用钢材的抗拉强度，从而做到杆件纤细、结构通透和造型美观，这成为解决玻璃采光顶支撑结构时的一个重要课题。 1、三鑫公司石岩基地马鞍型张弦梁采光顶（建设部立项课题） 平面尺寸12×60m，采用预应力马鞍型单层索网作为采光顶的支撑结构，马鞍型标准单元的尺寸为12×12m，沿纵向拼装成60m的采光顶，其中承重索下凹并沿纵向布置，稳定索上凸沿横向布置从而构成具有负高斯曲率的马鞍型索网。索网矢高比f/l=1/12，索的网格尺寸为1.5×1.5m。采光顶两端设横向屋盖支撑，用以承担纵向索的预拉力；横向稳定索的内力较小，固定在钢管边梁上。 另外请大家注意，张弦梁之间是单层空间索网。
三鑫马鞍形采光顶首次应用于实际工程--甘肃博物馆 2、武汉经纶公司张弦梁采光顶 此张弦梁采光顶呈长条形，跨度为12m及27m两种，长度相应为150m和36m，覆盖面积达3700m2，支撑结构采用预应力张弦梁与索相结合的体系，索两端固定在屋盖的横向支撑上，索杆的预应力通过横向支撑传至柱顶压杆上。现在工程已经全部完工。 这两种从地下往上看的效果，照片是工程没完工的时候拍的。
3、广州会展的张弦梁，这张照片是我04年拍的，跨度好像是100来米，底部就没有采用侧向支撑。
压应力是引起失稳的根源，所以下弦拉索是不存在稳定问题的。撑杆受压，确实有失稳问题，但是如果拉索能有效阻止撑杆的转动的话，撑杆的计算长度就是杆长了，拉索为什么能阻止撑杆的转动呢，拉索如果转动，由几何条件知，拉索必然伸长，势能加大，但是对于拉索这种结构，只有最小势能才是最稳定的，这里要用到最小势能原理的概念。 一些索桁架的图也走入了这个误区，在某些索桁架的后面加稳定索是不必要的，浪费钱，还影响效果。 马鞍型索网点支玻璃采光顶的设计与研究
姚裕昌张桂先花定兴王德勤江凤福 （深圳市三鑫特种玻璃技术股份有限公司，深圳，518054）
提要预应力马鞍型单层索网作为点支玻璃采光顶的支承结构，具有受力合理，结构轻巧，曲线流畅，构思新颖等众多优点，但设计施工难度大，国内尚未见实践报导。本文简要介绍了其设计研究的情况供同行参考。 关键词预应力马鞍型索网点支玻璃采光顶
一、 项目简介 深圳三鑫公司在其研发中心两栋三层楼房的屋顶之间，设计了一个以马鞍型索网为支承结构的点支玻璃采光顶。采光顶的跨度为12m，长60m，安装标高16m左右。马鞍型标准单元的尺寸为12m×12m，沿屋顶的纵向组合成12m×60m的采光顶，如图1。 图 1.1 俯视图
图 1.2 1－1剖面图
图 1.3 2－2剖面图
图 1 索网由相互正交的一组抛物线索组成，网格平面尺寸为1.5m×1.5m，其中纵向索下凹，横向索上凸，相互正交，构成了具有负高斯曲率的马鞍型索网。在索网格的节点上安装用不锈钢制作的夹具和固定玻璃的连接爪。玻璃采用6FT+1.52PVb+6FT钢化夹胶玻璃，四点支承。这种玻璃采光顶的建筑造型，呈马鞍型曲面，如图2。
图 2
采光顶的曲线流畅，外形美观，新颖别致，具有强烈的现代感，是覆盖大跨度建筑或建筑物之间空间的一种创新做法。但这种鞍型索网的刚度必须由施加预应力后获得，结构的形态控制、边梁构造、节点构造、玻璃安装等的难度极大，本次设计是一次探索，有关做法有待在实践中进一步完善，现工程正在施工之中，下面将设计方面的问题做一介绍。
二、 马鞍型索网的结构构思 大面积玻璃采光顶的支承结构，过去都采用桁架、网架、网壳等结构手段解决，这些传统支承结构与玻璃相配合时，都显得杆件多而乱、截面粗而笨、结构不通透、建筑效果不理想。有关资料的研究表明，正高斯曲率的网壳、荷载作用下，大部分杆件是受压的，压杆的稳定问题比较突出，因而在大多数情况下都用双层结构，杆件截面也比较大，对于具有负高斯曲率的鞍形网壳来说，荷载作用下的受力特点是一个方向杆件受压，另一个方向受拉，其中的压杆由于拉杆的牵制，具有较好的稳定性能，网壳受荷的全过程曲线也始终保持上升趋势，不存在整体失稳问题，但因压杆构造上的要求，杆件截面仍不能太小。进一步研究分析表明：如果将网壳两个方向的杆件均用钢索代替，并在承受荷载之前，沿受压方向先施加预拉力，从而使两个方向的索都处于受拉状态，形成具有一定刚度和承载能力的预应力索网。结构承受荷载时，索网中受拉方向索中的拉力进一步增大，而受压方向索内的拉力则减小。经过适当的预应力控制可使受压方向的索始终处于受拉状态，从而实现索网全按受拉设计，材料采用高强铝包钢绞线，断面小，挡光少，结构非常通透。以上便是预应力鞍形索网在结构方面的基本构思。把这种预应力鞍形单层索网作为点支式玻璃的支承结构，这是玻璃与结构之间的最佳配合，试算表明，恒载和活载作用下，结构刚度都能满足要求，计算结果见表1。 表 1
三、 索网边缘构件的处理和张弦桁架的设计 结构力学分析表明，上述预应力鞍形索网的力学性能必须有可靠的边缘构件加以保证，边缘构件处理得是否稳妥、协调，是索网设计成败的关键。本设计将下凹的索沿纵向连续布置，是沉重索，屋面荷载全由纵向索承担。上凸的索沿横向布置，起承受负风压和索网稳定方面的作用。纵向索中间支座的反力比较大，故采用跨度为12m的预应力张弦桁架，横向索的支座反力较小，故采用抛物线钢管，钢管沿采光顶的纵向支承在钢筋混凝土屋盖的边梁上，横向索中的预拉力和负风压产生的拉力，通过钢管传给屋盖边梁。 纵向索拉力的水平分力，由采光顶两端的屋盖水平支撑承担，并通过支撑传给钢筋混凝土屋盖边梁。纵向索在中间支座处的水平分力是相互平衡的，对中间支座的作用很小，空间分析表明，张弦桁架在水平方向的应力很小。纵向索在中间支座处的竖向分力较大，全由张弦桁架承担。因此，张弦桁架作为采光顶的主要承重构件和索网的边缘构件发挥着重要作用。下弦为预应力索的张弦桁架，通过预应力的调控，不仅使恒载挠度减小，而且也使上弦杆的弯矩减小，断面减小。这种良好的力学性能和可调控性能，不是一般常规桁架具备的。张弦桁架的结构通透，外形轻巧，与索网的配合也比较协调。以上便是本设计采用张弦桁架的理由。张弦桁架上弦杆的压力较大，是本工程中最重要的压杆，其平面外的稳定性，主要由纵向索保证，故纵向索两端的支座必须可靠，其次是压杆本身的长细比控制也应予以足够重视，上弦杆的断面不宜用得太小。
四、索网的形态控制 索网得形态控制是本工程施工中的一个难点。分析研究表明，施工控制时应以形状控制为主，应力控制为辅，因此，对结构起控制性的定位尺寸、定位标高和拉索长度等必须进行严格控制是索网形状控制的基础，而预应力控制则是索网形成刚度，并对形状进行精确微调的重要手段。精心施工，确保每个环节的施工精度，这是化解难点的主要措施，初步实践表明：索拉力的逐步施加，反复调控，这是索网形态控制的主要方法。 在索网的形态控制中，需要对索力的反复测试，因此，一台正确可靠，使用方便的索力测定仪是索网形态调试时不可缺少的重要工具。
参考文献
（1） 沈世钊，陈昕。网壳结构的稳定性。北京：科学技术出版社，1996 （2） 【美】W·舒勒尔。现代建筑结构。中国建筑工业出版社，1990 （3） 沈祖炎，陈杨骥。网架与网壳。同济大学出版社。1998 |
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