关于建筑索结构

建筑索结构是指：用索作为主要受力构件而形成的建筑结构体系，形式众多。

索构件通常有钢丝索（钢丝束、钢绞线、钢丝绳）和钢拉杆两种类型。

索必须存在初始拉应力才能参与结构工作，初始拉应力可以通过张拉形成，也可以由外荷载产生。

索结构要对边缘构件及支承结构进行合理布置，保证索结构预应力的可靠维持。

概括各种形式索结构的受力及应用特点。

根据受力特点可分为刚性和柔性索结构：

刚性索结构在荷载作用下满足小变形假定，如斜拉结构、张弦结构（弦支穹顶）、预应力网格结构、索拱结构、索托结构等；

根据受力特点可分为刚性和柔性索结构：

柔性索结构的计算分析必须考虑几何非线性效应，各项荷载效应之间不再满足线性叠加原则，如悬索结构（单索结构、索网结构、双层索系、横向加劲索系）、索穹顶等。

索结构节点类型:

端头连接：螺栓锚固、螺栓接长、耳板销轴

中间连接：夹紧、转向、滑动

按索节点的连接功能分类：

张拉节点、锚固节点、转折节点、交叉节点、索杆节点

按索节点的连接作用分类：

索与索的连接、索与刚性构件连接、索与支承构件连接、索与围护结构连接

索与索的连接

同向拉索中间连接张紧

双向拉索的连接

拉索与柔性边索的连接

同向拉索中间连接张紧双向拉索的连接拉索与柔性边索的连接同向拉索在中间节点改变方向

平面内不同方向拉索之间连接

索与刚性构件连接拉索与横向加劲桁架下弦连接

撑杆与下弦拉索的连接

拉索与横向加劲桁架下弦连接撑杆与下弦拉索的连接斜索与刚性节点连接

撑杆上节点连接多个方向脊索

索与支承构件连接拉索与钢混支承构件连接

拉索与支承钢柱或钢梁连接

径向拉索与支承钢环梁连接

索与围护结构连接拉索与钢檩条

拉索与玻璃

建筑索结构节点的特点⊙节点汇集杆件多，受力较为复杂；⊙节点常汇集有刚性杆件和柔性拉索；⊙节点形状复杂；⊙存在几种基本连接形式：螺杆、索夹、耳板销轴、可滑动；⊙复杂节点可视为基本连接的组合体。

索结构节点设计原则

综合考虑建筑外观、节点传力方式并结合节点锚具和索体类型等进行概念设计，确定节点连接形式，然后对节点进行具体构造设计。按相关标准选用索结构节点的材料（热轧钢、铸钢、高强螺栓副、销轴、关节轴承、焊接材料、涂装材料等）。节点的构造应与计算假定相符，传力路线简捷明确、安全可靠，构造简单合理并便于制作、安装、索力调整和维护，经济性好。节点的强度（含局部承压强度）、刚度、变形和受压板件的稳定性应满足国家标准《钢结构设计标准》、《索结构技术规程》、《预应力钢结构技术规程》、《铸钢结构技术规程》的规定。节点的承载力设计值应不小于拉索内力设计值的1.25～1.5倍。主要受拉节点焊缝质量等级应为一级，其它焊缝质量不低于二级。对采用新材料或新工艺的重要、复杂节点，可根据节点实际受力状态进行足尺或缩尺模型的检验性试验（最大内力设计值的1.3倍）或破坏性试验（最大内力设计值的2.0倍）。根据环境条件、材质、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件等进行节点的防火与防腐设计。 螺杆连接节点设计螺杆连接节点的多种形式：拉索接长

索端锚固螺杆本身是锚具

通过锚箱转换连接

不同承压位置

设球铰等转动装置，释放因大变形引起的端部弯矩

螺杆连接节点设计的一般要求

1、螺杆连接中螺杆是索体的一部分时，螺杆与索按照等强设计；其他情况下螺杆承载力设计值应按照索拉力设计值的1.25~1.5倍选取。2、螺杆承载力计算时应考虑螺纹对螺杆截面削弱的影响。3、采用双螺母、螺母加弹簧垫片、螺母下设置止动垫圈、螺栓上设置开口销、自锁螺母等方式防止螺母松动。4、多螺杆连接设计时应考虑合理的张拉顺序，确保多根螺杆受力均衡。5、螺母应紧固牢靠，外露丝扣不应少于两扣；对于索-索螺杆连接，应确保螺杆拧入锚具内的螺纹长度不小于10倍螺距。6、张拉时要对张拉工装进行专门设计，防止张拉过程中螺杆承受弯矩。螺杆连接节点的承载力验算螺纹验算螺纹是螺杆连接的关键部位，一般由生产单位进行专门设计。内螺纹弯曲应力验算：

内螺纹剪应力验算：

外螺纹弯曲应力验算：

外螺纹剪应力验算：

接触面局部承压验算由于锚具端头较螺杆直径大，索体要穿过支承部位就需要预留较螺杆直径更大的孔洞，使得螺母与锚固体接触面较小，导致局部压力很大。

支承构件冲切（剪切）验算若支承结构构件（钢板、混凝土板）较薄时，还容易发生冲切（剪切）破坏。

有限元分析螺杆连接节点常在节点连接域设置加劲板、隔板等，使得节点连接域构造较为复杂。对于索力大、节点构造复杂的螺杆连接节点，应建立有限元模型进行分析。    *以上验算分别按照现行《混凝土结构设计规范》、《钢结构设计标准》进行索夹节点的定义与构成索夹节点是连接索体和相连构件的一种不可滑动的节点。一般包括主体、压板和高强螺栓。主体直接与非索构件相连，压板通过高强螺栓与主体相连，通过高强螺栓的紧固力使主体和压板共同夹持住索体。

* 形式多样，名称多样：夹具、铸钢夹具、U形夹、螺栓夹具、钢板夹具、索球、索瓦、前压块、后压块、索压块等等。

索夹节点设计

索夹节点设计的一般要求应具有足够的承载力和刚度来有效传递结构内力，并在结构使用阶段应具有足够的抗滑承载力，防止索夹与索体相对位移；构造应符合计算假定，做到传力清晰、准确，确保安全并便于制作和安装；小型索夹可采用U型索夹，大型索夹宜采用铸钢件。索夹材料应采用具有良好延性的低合金钢或者铸钢；索夹应采用摩擦型大六角头高强度螺栓；外包HDPE的拉索的抗滑承载力低于裸索，当不平衡力较大时，索夹易滑动，且表面HDPE易被拉裂。因此对于外包HDPE的拉索，当不平衡力较大时，应制定孔道内表面和夹持段索体外表面的抗滑和防腐专项措施。 强度承载力验算索夹主体和压板的A-A、B-B截面应进行强度承载力验算。A-A截面的抗弯应力比KM和抗剪应力比KV验算:

索夹主体和压板的A-A、B-B截面应进行强度承载力验算。B-B截面的抗拉应力比KT验算:

关于高强螺栓的初始紧固力

按《钢结构设计标准》规定的高强螺栓预拉力设计值确定；或者由试验确定，但不宜超出规范值的15%；

对于受力复杂的铸钢索夹宜通过弹塑性有限元分析确定其极限承载力。

抗滑承载力验算

索夹抗滑设计承载力应不低于索夹两侧不平衡索力设计值：

关于部分安全系数

索夹抗滑设计承载力的部分安全系数是参考《Eurocode 3 Design of steel structures》的叫法。

关于综合摩擦系数

综合了索体和索夹之间摩擦系数μ以及压应力分布均匀性。其中摩擦系数μ受索体和孔道接触材料和粗糙度等因素的影响，而压应力分布均匀性受索夹刚度、孔道与索体之间间隙及加工精度等因素影响。对于外包HDPE的钢丝束索、密封索和钢绞线裸索，建议  分别取0.1、0.2和0.35。

由于影响因素众多，多项工程试验中变异较大，因此宜通过索夹抗滑承载力试验来测定。