悬索结构按其表面形式的不同，可以分为单曲面与双曲面两类。其中每一类又可按索的布置方式区分为单层悬索与双层悬索两种体系。而在双曲面悬索结构中还有一种交叉索网体系。

1.单曲面悬索结构

（1）单曲面单层拉索体系 它是由许多平行的单根拉索构成的，其表面呈圆筒形凹面，见图8-4。拉索两端的支点可以是等高的，也可以是不等高的。这种悬索结构可以做成单跨的，也可以做成多跨的。它的构造简单，但是屋面稳定性差，抗风（向上吸力）能力小。其支承及锚固结构可以是柱、牵缆或框架等。为了保持屋面的稳定性，这种体系必须采用重屋盖（一般为装配式钢筋混凝土屋面板）。在大跨度结构中为了限制屋面裂缝开展并防止过大的变形，往往对屋面板施加预应力，使屋面最后形成整体的壳体。

图8-4 单曲单层拉索体系

拉索中的拉力取决于跨中的垂度，垂度越小拉力越大。垂度一般取跨度的1/50～1/20。

（2）单曲面双层拉索体系 它是由许多片平行的索网组成。每片索网均由曲率相反的承重索和稳定索构成，见图8-5。承重索与稳定索之间用圆钢或拉索联系，其形状如同屋架的斜腹杆，因此也称之为拉索桁架（Cable Truss）。这种悬索结构的主要特点是可以通过斜系杆对上下索施加预应力，大大提高了整个屋盖的刚度。一般采用轻屋面，以减轻屋面重量，节约材料，降低造价。同时在动荷载的作用下（包括风振），这种屋盖具有较好的抗振性能。

拉索的垂度（对下索称拱度）值对上索可取跨度的1/17～1/20，下索则取1/20～1/25。

图8-5 单曲双层拉索体系

单曲面单层或双层拉索体系适用于矩形建筑平面，多为单跨建筑，也曾用于多跨建筑。

2.双曲面悬索结构

（1）双曲面单层拉索体系 它常用于圆形建筑平面，拉索按辐射状布置，使屋面形成一个旋转曲面，拉索的一端锚固在受压的外环梁上，另一端锚固在中心的受拉环上或立柱上，后者一般称伞形悬索结构，见图8-6。

在均布荷载作用下，圆形平面的全部拉索内力相等，内力的大小也是随垂度的减小而增大。

拉索的垂度与平行的单层拉索体系取值相同。

这种悬索体系必须采用钢筋混凝土重屋盖，并施加预应力，最后形成一个旋转面壳体。

辐射状布置的单层悬索结构也可以用于椭圆形建筑平面，但其缺点是在均布荷载作用下拉索内力都不相同，从而在受压圈梁中引起较大的弯矩，因此很少采用。

（2）双曲面双层拉索体系 它由承重索和稳定索构成，主要用于圆形建筑平面。拉索按辐射状布置，一般在中心设置受拉环，见图8-7。

屋面可为上凸、下凹或交叉形，其边缘构件可根据拉索的布置方式设置一道或两道受压环梁。由于有稳定索，因而屋面刚度较大，抗风和抗震性能好，可以采用轻屋面。在圆形平面的建筑中，这种悬索结构得到广泛的应用。

图8-6 双曲面单层拉索体系

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图8-7 双曲面双层拉索体系

（3）双曲面交叉索网体系 它由两组曲率相反的拉索交叉组成，其中下凹的一组为承重索，上凸的为稳定索。通常对稳定索施加预应力，使承重索张紧，以增强屋面刚度。

交叉索网形成的曲面为双曲抛物面，一般称之为鞍形悬索，见图8-8。

图8-8 双曲面交叉索网体系（鞍形索）

为了支承索网，鞍形悬索的边缘构件可以根据不同的平面形状和建筑造型的需要采用双曲环梁和斜向边拱等形式。

鞍形悬索屋面刚度大，可以采用轻屋面，屋面排水也容易处理。它适用于各种形状的建筑平面，如圆形、椭圆形、菱形等。外形富于起伏变化，因而近年来在国外应用最为广泛。

3.悬索结构的优点

悬索结构是大跨度建筑中较好的结构形式。它的跨度越大经济效果越好，一般用于跨度在60m以上的建筑。其优点如下：

（1）受力合理，节约材料 它利用高强度钢索承受拉力，利用钢筋混凝土边缘构件受压或受弯，这样受力合理，可以充分利用材料的力学性能，因而大大减少了结构的材料用量并减轻了屋盖自重。一般较钢结构节省钢材约50%。

英国巴特勒∗对悬索结构的用钢量做过统计，他对1972年以前世界上已建成的近二十个工程的用钢量与其跨度的关系作了分析，如图8-9所示。从图中可以看出，悬索结构的用钢量大体上随跨度线性增加。跨度在150m以下时，屋面每m²钢索的用钢量一般都在10kg以下。各种悬索结构中又以拉索桁架用钢量最省。

巴特勒根据分析认为：跨度在100～150m范围内，悬索结构是非常经济的，并且从现有数据推断，直到300m或者更大的跨度，悬索结构仍然可以做到经济合理。

当然，另一方面也必须指出，支承悬索的边缘构件一般都采用钢筋混凝土结构，它的材料用量较多，用钢量要大于钢索部分。

（2）能跨越很大的跨度而不需中间支承，从而形成很大的建筑空间。同时，悬索结构利于建筑造型，适于建造多种多样的平面和外形轮廓，因而能充分自由地满足各种建筑形式的要求，这也是建筑师乐于采用悬索结构的重要原因。当然，设计时还应考虑经济效果。从受力性能来讲，圆形平面较其他形式的平面更为有利，因而经济效果也最好。

图8-9 悬索结构用钢量

○圆形单层索 △交叉索网 □拉索桁架 ×圆形双层索

（3）施工方便，速度较快 由于悬索自重很轻，屋面可以采用轻质材料，这样就不需要重型起重设备便可进行安装，从而降低施工设备的投资。同时，钢索架设后就可以在它上面进行屋面施工，不必另外搭脚手架，有利于缩短施工周期，降低工程造价。

（4）可以创造具有良好物理性能的建筑物 例如双曲下凹碟形悬索屋盖具有很好的声响效果，因而可以用于对声学要求较高的公共建筑。

在大跨度建筑中，悬索结构虽然具有突出的优点，但它必须采用高强度钢材——钢绞线或钢丝绳，因此，在材料缺乏的情况下，它的应用会受到限制。