悬索结构的概念和特点

悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布置必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。拉索一般采用有高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构件通常为钢筋混凝土结构。
悬索结构有着悠久的历史，最早应用于桥梁工程中，我国早在 1000 年以前已经用竹索或铁链建造悬索桥。在房屋建筑中，蒙古包、游牧民族的帐篷等可以看成是悬索结构的雏形，但现代大跨度悬索屋盖结构的广泛应用，只有半个世纪的历史。第一个现代悬索屋盖是美国于 1953 年建成的雷里竞技馆，采用两个斜置的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。目前，在美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家和地区已建造了许多有代表性的悬索屋盖，主要用于飞机库、体育馆、展览馆、杂技场等大跨度公共建筑和某些大跨度工业厂房中，跨度最大达 160m 。我国在 1961 年建成的北京工人体育馆和 1967 年建成的浙江人民体育馆，代表了我国在悬索结构方面 20 世纪 60 年代的成就， 达到了当时国际上较先进的水平。在以后的几十年间，相继建成的成都城北体育馆、吉林溜冰场、安徽省体育馆、丹东体育馆、亚运会朝阳体育馆等建筑，均采用了各种形式的悬索屋盖结构，也积累了一定的经验。
悬索结构具体有以下特点：
1) 悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用钢材的高抗拉强度。索一般都采用高强度材料制成的，更可大大减少材料用量并可减轻结构自重。因而，悬索结构适用于大跨度的建筑物，如体育馆、展览馆等。跨度越大，经济效果越显著。
2) 悬索结构便于 建筑造型，易适应于各种建筑平面，因而能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和，便于协调，有利于创造出各种新颖的富有动感的建筑体型。
3) 悬索结构施工比较方便。钢索自重小，屋面构件一般也较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备，施工时不需要大量脚手架，也不需要模板。因而，与其他结构形式比较，施工费用相对较低。
4) 可以创造具有良好物理性能的建筑空间。双曲下凹碟形悬索屋盖具有极好的音响性能，因而可以用来遮盖对声学要求较高的公共建筑。悬索屋盖对室内采光也极易处理，故适用于采光要求高的建筑物。
5) 悬索屋盖结构的稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变结构，其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用方向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力。因此，常常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。
6) 悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。因此悬索体系的支承结构往往需要耗费较多的材料，无论是设计成钢筋混凝土结构还是钢结构，其用钢量均超过钢索部分。当跨度较小时，由于钢索锚固构造和支座结构的处理与跨度大时一样复杂，往往并不经济。