張拉索桿結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中的若干問題
體系的選擇
單向受力體系的布置、索張力施加和控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，受力明確。當(dāng)其為單跨為，可不受支座剛度影響；但當(dāng)為多跨連續(xù)時(shí)，支座的壓縮剛度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形有相當(dāng)大的影響。常為不太大建筑面積空間及荷載情況下采用。
雙向受力體系的布置，可有多種型式，其索的張拉力的施加和控制比較麻煩，受力復(fù)雜。但在相同建筑面積空間及荷載情況下索的張力較小，且?？墒∪ヒ恍┲亓π运骱头€(wěn)定性索。故相對(duì)較省鋼，而為較大建筑面積空間及荷載情況下采用。
體系的布置
單向受力體系布置中，常需設(shè)重力性索，必要時(shí)應(yīng)布置穩(wěn)定性索。
雙向受力體系布置中，多在短向布置主受力基本結(jié)構(gòu)組件，長(zhǎng)向布置輔受力基本結(jié)構(gòu)組件的單元，二者的橫向撐桿常共用。當(dāng)輔受力基本結(jié)構(gòu)組件的某些索元與重力性索位置一致時(shí)，二者可合而為一。平面自平衡基本結(jié)構(gòu)組件及平面鋼桁架常作為單向受力體系的中間支座，此時(shí)應(yīng)考慮其平面外穩(wěn)定性的保證和必要的止失穩(wěn)元件的設(shè)置。
荷載、作用值及其可能組合對(duì)于張拉索桿這種柔性結(jié)構(gòu)，理應(yīng)采用非線性二階分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，其荷載作用也應(yīng)先組合，后逐級(jí)施加，但在實(shí)際中很難實(shí)施。一些研究分析表明：對(duì)于一般不大的張拉索桿結(jié)構(gòu)，如具有適當(dāng)?shù)某鯊埩r(shí)，可以按一階分析，荷載作用采用線性組合，構(gòu)件計(jì)算中考慮二階效應(yīng)。這樣引起的誤差不會(huì)很大。
活載，風(fēng)載與地震作用等可變性荷載作用的可能組合及其組合系數(shù)的選擇，應(yīng)按現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》執(zhí)行?？紤]到尚無數(shù)十甚至千百年一遇的風(fēng)載同時(shí)發(fā)生地震的歷史記載，而且二者的峰值又都是瞬間一過性的作用，玻璃幕墻建筑結(jié)構(gòu)的自重又不很大，故對(duì)這種結(jié)構(gòu)而言，風(fēng)載作為第一可變荷載與地震作用組合似不必要。當(dāng)然設(shè)防烈度下的地震作用與可能的風(fēng)載組合是應(yīng)該的。
張拉索初始張拉應(yīng)力值的選定與最小值的控制
張拉索桿結(jié)構(gòu)同其它結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于其受拉桿件應(yīng)始終處于張拉狀態(tài)，即必須保持其內(nèi)力是正定性。一旦呈現(xiàn)非正定時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度將極大降低或承載力喪失。而保持張拉桿受力正定性的關(guān)鍵是正確地設(shè)定其初張力值。初張力值設(shè)置過小，不利荷載作用下，一些張拉桿將因其內(nèi)力減小為零(負(fù))而退出工作，致使結(jié)構(gòu)性能退化；如果初張力值設(shè)置過大，不利荷載作用下，某些張拉桿將因其強(qiáng)度不足而破斷，致使結(jié)構(gòu)毀壞；如其截面設(shè)計(jì)過大，不利荷載作用下，這些張拉桿雖不會(huì)因其強(qiáng)度不足而破斷，但卻材料增多，索直徑粗影響結(jié)構(gòu)的輕盈通透性。對(duì)于結(jié)構(gòu)組件，當(dāng)作為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，可能承受正、反兩方向荷載時(shí)，其主張拉索桿的初張應(yīng)力值σ0的范圍可按以下建議設(shè)置：
對(duì)于普通強(qiáng)度不銹鋼材，當(dāng)以其抗拉屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fd考慮時(shí)，設(shè)為：
25%≤σ0/fd≤50% (1) 對(duì)于高強(qiáng)度鋼材，當(dāng)以材料抗拉極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)值考慮時(shí)，如取其設(shè)計(jì)值為：fd≤0.45fu，將其代入式
(1)取整則有：
12%≤σ0/fd≤22% (2) 需要指出的是，初張力對(duì)張拉索結(jié)構(gòu)是必須的，且隨其值的增大，組件剛度也有提高，但提高有限，不如增大張拉索的面積有效。
至于重力性索的初張力可不必施加過大，σ0/fd≈10%；穩(wěn)定性索的初張力，則應(yīng)根據(jù)被保證構(gòu)件穩(wěn)定性需要的支撐力，參考有關(guān)資料確定。
體系的選擇
單向受力體系的布置、索張力施加和控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，受力明確。當(dāng)其為單跨為，可不受支座剛度影響；但當(dāng)為多跨連續(xù)時(shí)，支座的壓縮剛度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形有相當(dāng)大的影響。常為不太大建筑面積空間及荷載情況下采用。
雙向受力體系的布置，可有多種型式，其索的張拉力的施加和控制比較麻煩，受力復(fù)雜。但在相同建筑面積空間及荷載情況下索的張力較小，且?？墒∪ヒ恍┲亓π运骱头€(wěn)定性索。故相對(duì)較省鋼，而為較大建筑面積空間及荷載情況下采用。
體系的布置
單向受力體系布置中，常需設(shè)重力性索，必要時(shí)應(yīng)布置穩(wěn)定性索。
雙向受力體系布置中，多在短向布置主受力基本結(jié)構(gòu)組件，長(zhǎng)向布置輔受力基本結(jié)構(gòu)組件的單元，二者的橫向撐桿常共用。當(dāng)輔受力基本結(jié)構(gòu)組件的某些索元與重力性索位置一致時(shí)，二者可合而為一。平面自平衡基本結(jié)構(gòu)組件及平面鋼桁架常作為單向受力體系的中間支座，此時(shí)應(yīng)考慮其平面外穩(wěn)定性的保證和必要的止失穩(wěn)元件的設(shè)置。
荷載、作用值及其可能組合對(duì)于張拉索桿這種柔性結(jié)構(gòu)，理應(yīng)采用非線性二階分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，其荷載作用也應(yīng)先組合，后逐級(jí)施加，但在實(shí)際中很難實(shí)施。一些研究分析表明：對(duì)于一般不大的張拉索桿結(jié)構(gòu)，如具有適當(dāng)?shù)某鯊埩r(shí)，可以按一階分析，荷載作用采用線性組合，構(gòu)件計(jì)算中考慮二階效應(yīng)。這樣引起的誤差不會(huì)很大。
活載，風(fēng)載與地震作用等可變性荷載作用的可能組合及其組合系數(shù)的選擇，應(yīng)按現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》執(zhí)行?？紤]到尚無數(shù)十甚至千百年一遇的風(fēng)載同時(shí)發(fā)生地震的歷史記載，而且二者的峰值又都是瞬間一過性的作用，玻璃幕墻建筑結(jié)構(gòu)的自重又不很大，故對(duì)這種結(jié)構(gòu)而言，風(fēng)載作為第一可變荷載與地震作用組合似不必要。當(dāng)然設(shè)防烈度下的地震作用與可能的風(fēng)載組合是應(yīng)該的。
張拉索初始張拉應(yīng)力值的選定與最小值的控制
張拉索桿結(jié)構(gòu)同其它結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于其受拉桿件應(yīng)始終處于張拉狀態(tài)，即必須保持其內(nèi)力是正定性。一旦呈現(xiàn)非正定時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度將極大降低或承載力喪失。而保持張拉桿受力正定性的關(guān)鍵是正確地設(shè)定其初張力值。初張力值設(shè)置過小，不利荷載作用下，一些張拉桿將因其內(nèi)力減小為零(負(fù))而退出工作，致使結(jié)構(gòu)性能退化；如果初張力值設(shè)置過大，不利荷載作用下，某些張拉桿將因其強(qiáng)度不足而破斷，致使結(jié)構(gòu)毀壞；如其截面設(shè)計(jì)過大，不利荷載作用下，這些張拉桿雖不會(huì)因其強(qiáng)度不足而破斷，但卻材料增多，索直徑粗影響結(jié)構(gòu)的輕盈通透性。對(duì)于結(jié)構(gòu)組件，當(dāng)作為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，可能承受正、反兩方向荷載時(shí)，其主張拉索桿的初張應(yīng)力值σ0的范圍可按以下建議設(shè)置：
對(duì)于普通強(qiáng)度不銹鋼材，當(dāng)以其抗拉屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fd考慮時(shí)，設(shè)為：
25%≤σ0/fd≤50% (1) 對(duì)于高強(qiáng)度鋼材，當(dāng)以材料抗拉極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)值考慮時(shí)，如取其設(shè)計(jì)值為：fd≤0.45fu，將其代入式
(1)取整則有：
12%≤σ0/fd≤22% (2) 需要指出的是，初張力對(duì)張拉索結(jié)構(gòu)是必須的，且隨其值的增大，組件剛度也有提高，但提高有限，不如增大張拉索的面積有效。
至于重力性索的初張力可不必施加過大，σ0/fd≈10%；穩(wěn)定性索的初張力，則應(yīng)根據(jù)被保證構(gòu)件穩(wěn)定性需要的支撐力，參考有關(guān)資料確定。