第1章
绪论

索承网格结构可以看作由轮辐式张力结构和张弦梁结构衍生而来。轮辐式张力结构设计理念源自自行车轮，其主要由内拉环、外压环以及两者之间的径向索或索桁架组成，属于典型的柔性体系，如图 1-1 所示。轮辐式张力结构的一个早期经典案例是1988 年德国sbp事务所设计的位于西班牙萨拉戈萨的托罗斯广场，如图 1-2 所示。克努·戈柏形容该体系为“屋盖由体育场外围的一个压环和球场上方‘悬浮’着的一个拉环之间的应力带提供支撑。这就像每个设有辐条的自行车车轮一样，尽管质量很轻，但却拥有极强的稳定性”。轮辐式张力结构形式根据拉环与压环个数的不同组合，有单层和双层之分。轮辐式结构体系以轴心受力构件为主形成大跨度无柱空间，结构轻盈，传力路径明确、结构效率高，属于预应力自平衡体系。

张弦梁是刚柔杂交结构，由刚性梁、下弦拉索和连接两者的撑杆组成，形成自平衡的受力体系。其拉索的主要作用是通过刚性撑杆给刚性梁提供弹性支撑，减少刚性梁的弯矩峰值，从而起到增加刚度的作用，如图 1-3 所示。明确提出张弦梁概念的是日本结构大师斋藤公男，并将张弦梁结构运用到了法拉第理工馆（1978 年）、酒田市纪念体育馆（1991 年）、出云穹顶（1992 年）等项目中。刚性梁、撑杆及拉索的不同组合可以生成各种建筑形态的张弦梁结构，按其在空间中的布置形式可以分为平面张弦梁和空间张弦梁。空间张弦梁结构一般仍以平面张弦梁结构作为基本单元，通过不同的空间布置形成以空间受力为主的张弦梁结构体系。常见的表现形式有双向张弦梁结构、多向张弦梁结构和轮辐式张弦梁结构。轮辐式张弦梁结构需要在中央放置刚性环，上弦梁或上弦桁架按轮辐状布置且与刚性中央环连接，如图 1-4 所示。下弦索直接连接在中央刚性环下侧与外环梁之间，并通过撑杆对上弦刚性构件提供支承作用。轮辐式张弦梁结构具有传力途径直接和刚度大的优点，主要适用于平面投影为圆形或椭圆形的屋盖。目前国内已建成的典型轮辐式张弦梁结构有北京大学体育馆、东南大学九龙湖校区体育馆等。

索承网格结构多用于体育场足球场等大跨度屋盖，一般由上层刚性网格、径向索、内环索、撑杆等组成，如图 1-5 所示。通过张拉柔性拉索，下部索杆体系成为上层刚性网格的弹性支撑，充分发挥了单层网格和索杆张力结构的优势。一方面，上部刚性网格提高了结构整体刚度，便于刚性屋面如直立锁边屋面的安装；另一方面，由于张拉整体思想的引入，较大地提高了结构的跨越能力和承载能力，充分发挥了材料强度，结构受力效率高，建筑效果简洁轻盈。

索承网格结构需要施加预应力提供几何刚度来保证结构稳定性，存在零状态、初始态、荷载态三种工作状态。零状态是指结构无应力时的安装位形状态，对应的拉索长度是索的零应力长度；从零状态对索进行张拉，达到设计预应力值和几何位形，就得到初始态；结构在初始态的基础上承受恒载及其他荷载作用后，所具有的几何位形和内力分布状态成为荷载态。

初始预应力越大，柔性索单元提供的几何刚度越大。张拉过程中，通过索杆体系的不断运动，结构不断发生位移，预应力平衡状态时刻改变，最后达到成型状态。 IyYZCawKquJWNCzpvGTYZZEq0D5j4YFqvQigTmy0Faiib+FPVDcly7mL7VuOHXV4