试论斜拉网格杂交结构设计中的若干问题

摘 要：近些年来，我国大多的建筑结构设计形式中，常常采用了斜拉网络杂交结构，受到了建筑行业的高度重视，并被广泛应用于各项工程项目建设中。但是，这种结构形式在实际应用过程中，还存在很多的问题和不足，因为斜拉网络杂交结构具备柔性与刚性的特点，通过利用塔柱、网格等之间的相互配合，起到理想的防御作用，极大的保障了建筑物结构的安全稳定性。因此，笔者结合多年的工作经验，针对斜拉网络杂交结构设计进行讨论，重点阐释了其中存在的若干问题，得出以下相关结论，以供同行参考。

关键词：斜拉网络；杂交结构；设计；若干问题

如今，人们对于基础工程建设的需求越来越多，这就对建筑工程的施工质量以及结构设计提出了新的要求。就我国目前建筑工程项目设计而言，由于大部分的建筑工程都需要的大跨度的结构设计，特别是在一些建设规模较大的建筑工程项目中，建筑设计人员要采用更多科学合理的设计形式来满足大跨度结构的设计要求。因此，斜拉网络杂交结构正是这一发展过程中的产物，并逐渐受到了建筑行业的青睐。这种空间结构体系具有较强的实用性，大大增强了建筑物的可靠度。下面，本文就对斜拉网络杂交结构设计中的若干问题进行初探，具体分析了斜拉网络杂交结构的特点以及布置形式，总结出一些自身的观点。

1 结构布置

斜拉网络杂交结构设计通常是由不同构件共同组成的。因此，本文具体归纳了斜拉网络杂交结构布置中主要的组成部分。

1.1 斜拉索

一般情况下，如果塔柱是处于网络覆盖区域的话，这时的斜拉索就可以向塔里周围投放不同形式的布索。而一旦塔柱超出网络覆盖区域内时，就只能投放塔体与网格之间的一侧布索上，并且，在这一过程中，还需要坚实可靠的锚索。其次，当斜拉索直接固定在网格节点位置时，最好采用多向布索形式，还要在平面投影上摆出多样的形态变化。此外，一旦斜拉索处于构架中间位置时，也是比较常用多向布索方案。笔者通过对一些优秀的斜拉网络杂交结构设计成品得知，，扇式布索兼有放射式布索和竖琴式布索具备很好的安全性，能够达到理想的使用效果，是当前斜拉网络杂交结构设计中常用的一种索型。

1.2 塔柱和网格

为了节省更多的施工成本，可以从塔柱和斜拉索方面入手，根据以往成功的例子来看，两层塔柱的高度必须与塔柱之间保持一定的距离，斜拉索的水平角度应该超出25°，而塔柱尺寸的大小则是根据实际的施工情况而决定，斜拉网络杂交结构的高度要要小于其他普通的网络结构。

2 结构分析

斜拉网格结构的静力分析建立在组合结构有限元的基础上，对于塔柱和网格分别离散为空间梁元和空间杆元，而斜拉索则等代为弹性模量随张力大小而变化的受拉二力杆件。根据空间杆元和梁元刚度矩阵建立网格和塔柱的总体刚度方程，在此基础上建立斜拉索、网格、塔柱间的变形协调关系，并通过迭代求解。

2.1 塔柱的简化计算

塔柱的计算模型犹如弹性地基上的连续梁，斜拉索、网格和塔柱两两铰接，塔柱的底端固接。当斜拉索预张拉对网格结构施加预应力时，根据索张拉方式，斜拉网格结构有二阶段受力、三阶段受力或五阶段受力等，一般分为初始加载、张拉斜拉索和继续加载三个阶段。根据斜拉网格结构的不同受力阶段分别建立相应的总刚方程，从而求得各阶段的结构内力，每阶段末结构内力为前面各阶段所得内力的叠加。

2.2 预应力设计方法

在斜拉网络杂交结构实际应用过程中，其所承受的预应力是因为斜拉索在张拉作用下而产生的，这样的预应力可以将拉索更加紧实，以便于更好的与网格之间的相互配合，不仅大大增加了斜拉索的刚性，还有效减轻了网络杆件内部的压力，起到了非常理想的保护作用，从很大程度上节省了一定的施工成本，避免了安全质量风险的发生，极大的保障了斜拉网络杂交结构的结实性。由此，我们可以看出，在对斜拉网络杂交结构的预应力进行设计时，要采用更多经济实用的计算方法，从而进一步提高工程项目的经济效益。那么，本文具体归纳了在预应力设计中应该着重注意的两点问题：

2.2.1 预应力损失

一般来讲，在斜拉网格结构中，预应力的损失可以分为局部与整体两方面。其中局部损失主要有摩擦损失和锚固损失等，而整体损失则主要有张拉损失、松弛损失等。摩擦损失是指张拉设备在使用过程中所造成的损失；由于斜拉网格结构是一种后张预应力结构体系，因而在钢束的使用中发生滑移或变形的情况时，就会形成锚固损失。预应力钢材的应力松弛是指钢材受到一定的张拉力以后，在长度保持不变的条件下，钢材应力随时间增长而降低的现象。

2.2.2 张拉控制应力的确定

预应力钢结构多为体外张拉，拉索的防锈措施更为严格，设计时，应该考虑更大的安全系数。结构中拉索的内力在施工和使用过程中不断变化，为了保证结构的安全和刚度，对预应力钢结构中张拉控制应力的确定主要考虑结构受荷后索中的内力残值，使其在某一范围之内。

3 节点构造

3.1 拉索与网格结构的连接

斜拉索的张拉端一般位于该节点，其设计要便于张拉和以后的换索。斜拉索一般与网格结构的上弦节点相连，可在球节点上焊接一段带耳板的钢管，用销子将耳板与拉索帽连接；索也可穿过球体直接锚固于网格结构球节点上，索穿过球体引起球的承载力的降低，可在球内焊接一段钢管予以加强。

3.2 拉索与塔柱的连接

拉索与塔柱连接处一般作为拉索的固定端。拉索固定于柱顶时，一般在柱顶设置钢箱或其他形式的锚座，两侧拉索的水平力在锚座上平衡。拉索不在柱顶时，可直接锚固于柱身。当塔柱为钢柱时，可在钢柱上焊接耳板，拉索帽通过销子就可与塔柱连接。

3.3 网格与塔柱的连接

通常来说，将塔柱与网格连接在一起主要是为了凸显两个优势，一是提高了网格结构的弹性，即使在受到外力挤压的作用下，也不会对网格结构造成较大的影响。二是可以将塔柱上端受到的压力分担给柱中一部分，在网格具备较强的弹性支撑的基础下，进一步增强了塔柱结构的牢固性。

结束语

综上所述，可以得知，斜拉网络杂交结构设计对于大跨度的建筑工程项目建设有着重要的影响。这种网络结构形式不仅能够实现安全生产的目的，还能为工程项目带来一定的景观效益，极大的保障了建筑物结构的安全稳定系。因此，我国建筑行业要高度重视斜拉网络杂交结构设计问题，加强对斜拉网络杂交结构的优化设计，并大力推广和应用斜拉网络杂交结构设计形式。虽然我国目前的斜拉网络杂交结构设计中还存在一些问题，还需要相关技术人员进一步的完善，从而促进斜拉网络杂交结构的蓬勃发展。

参考文献

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