索结构设计与分析

一、设计基本规定 1、（极限状态设计方法）索结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设计表达式进行计算。对承载能力极限状态，当预应力作用对结构有利时预应力分项系数γ pi 应取1.0，对结构不利时γ pi 应取1.2。对正常使用极限状态，γ pi 应取1.0。 2、（分析要求）索结构应分别进行初始预拉力及荷载作用下的计算分析，计算中均应考虑几何非线性影响。

一、设计基本规定

1、（极限状态设计方法）索结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设计表达式进行计算。对承载能力极限状态，当预应力作用对结构有利时预应力分项系数γ pi 应取1.0，对结构不利时γ pi 应取1.2。对正常使用极限状态，γ pi 应取1.0。

2、（分析要求） 索结构应分别进行初始预拉力及荷载作用下的计算分析，计算中均应考虑几何非线性影响。

3、（荷载与组合）索结构的荷载状态分析应 在初始预应力状态的基础上 考虑永久荷载与活荷载、雪荷载、风荷载、地震作用、温度作用的组合，并应根据具体情况考虑施工安装荷载。拉索截面及节点设计应采用荷载的基本组合，位移计算应采用荷载的标准组合。

4、（整体分析）索结构计算时， 应考虑其与支承结构的相互影响 ，宜采用包含支承结构的整体模型进行分析。

5、（索不得松弛）在永久荷载控制的荷载组合作用下，索结构中的索不得松弛；在可变荷载控制的荷载组合作用下，索结构不得因个别索的松弛而导致结构失效。

6、（换索构造）对于使用中需要更换拉索的情况，在计算和节点构造上应作专门处理。

二、初始预应力状态确定

1、（考虑因素）索结构的初始预应力状态确定，应综合考虑 建筑造型、使用功能、边界支承条件及合理预应力取值 等要求，并应通过试算确定索结构的初始几何形状及相应的预应力分布。

2、（求解方法）当索结构曲面形状简单且以受均布荷载为主时，宜通过解析方法确定其曲面形状及初始预应力状态；当索结构曲面形状复杂无法用解析函数表示且初始预应力状态难以确定时，应通过考虑力学平衡的方法来确定其曲面形状及初始预应力状态。

3、（避免扁平区域）在确定索结构屋盖的几何形状时，应避免形成扁平区域。

4、（预应力建立符合实际）当初始预应力状态分析中的预应力建立过程与实际的预应力建立过程不相一致时，应按真实的预应力建立过程进行施工成形分析。

三、静力分析

1、（分析基础）索结构的静力分析应在初始预应力状态的基础上对结构在永久荷载与可变荷载组合作用下的内力、位移进行分析；当计算结果不能满足要求时，应重新确定初始预应力状态。

2、（雪荷载）设计索结构屋面时应考虑雪荷载不均匀分布所产生的不利影响。当平面为矩形、圆形或椭圆形时，屋面上的积雪分布系数宜按索结构技术规程附录A采用。复杂形状的索结构屋面上的积雪分布系数应进行专门研究确定。

3、（单索）单索在任意连续分布荷载下的内力与位移采用解析法计算时宜按索结构技术规程附录B进行。

4、（横向加劲索系）横向加劲索系在均布荷载下内力与位移的简化计算宜按索结构技术规程附录C进行。

5、（稳定分析）对于同时包含刚性构件和柔性索的索结构，如张弦网壳，除应进行常规的内力、位移分析外，尚应按现行行业标准《空间网格结构技术规程》JGJ7中的有关规定进行结构稳定性分析。

四、风效应分析

1、（静动力效应）索结构设计时应考虑风荷载的静力和动力效应。

2、（体系系数）对索结构进行风静力效应分析时，风载体型系数应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定取值；对矩形、菱形、圆形及椭圆形等规则曲面的风载体型系数可按索结构技术规程附录D采用；对于体形复杂且无相关资料参考的索结构，其风载体型系数宜通过风洞试验确定。

3、（动力效应）对于形状较为简单的中小跨度索结构，可采用对平均风荷载乘风振系数的方法近似考虑结构的风动力效应。风振系数可取为：单索1.2～1.5；索网1.5～1.8；双层索系1.6～1.9；横向加劲索系1.3～1.5；其他类型索结构1.5～2.0；其中，结构跨度较大且自振频率较低者取较大值。

4、（风振分析）对于满足下列条件之一的索结构，应 通过风振响应分析确定风动力效应：

a、跨度大于25m的平面索网结构或跨度大于60m的其他类型索结构；

b、索结构的基本自振周期大于1.0s；

c、体型复杂且较为重要的结构。

5、（风压叠加效应）对于墙面或屋面开洞的非封闭式索结构，应根据具体情况考虑内压与结构外部风荷载的叠加效应。

五、地震效应分析

1、（抗震计算）对于抗震设防烈度为7度及7度以上地区，索结构应进行多遇地震作用效应分析。

2、（分析方法及要求）对于抗震设防烈度为7度或8度地区、体型较规则的中小跨度索结构，可采用振型分解反应谱法进行地震效应分析；对于其他情况，应考虑索结构几何非线性，采用时程分析法进行单维地震作用抗震计算，并宜进行多维地震效应时程分析。

3、（时程分析要求）采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲震影响系数曲线应与现行国家标准《建筑抗震设计线，其平规范》GB50011所给出的地震影响系数曲线在统计意义上相符。加速度时程曲线最大值应根据与抗震设防烈度相应的多遇地震的加速度时程曲线最大值进行调整，并应选择足够长的地震动持续时间。

4、（阻尼比）在进行地震效应分析时，对于计算模型中仅含索元的 结构阻尼比值宜取0.01 ；对于由索元与其他构件单元组成的结构体系的阻尼比值应进行调整。

5、（支座影响）索结构抗震分析时，宜采用包括支承结构在内的整体模型进行计算；也可把支承结构简化为索结构的弹性支座，按弹性支承模型进行计算。支承结构应按有关规范进行抗震验算。

6、（自振频率与振型）平行布置的单索及横向加劲索系索结构的自振频率与振型可按索结构技术规程附录E进行简化计算。

六、索截面计算

1、（抗拉力设计值）拉索的抗拉力设计值应按下式计算：

F=F tk /γ R (1)

式中：F——拉索的抗拉力设计值（kN)；

F tk ——拉索的极限抗拉力标准值（kN)；

γ R —— 拉索的抗力分项系数，取2.0；当为钢拉杆时取1.7。

2、（拉索承载力）拉索的承载力应按下式验算：

γ 0 N d ≤F (2)

式中：N d ——拉索最大轴向拉力设计值（kN)；

γ 0 ——结构的重要性系数。