1. 輕鋼纜索結(jié)構(gòu)
纜索是由鋼絞線、鋼絲繩、鋼絲束或圓鋼筋、帶狀鋼板等材料為索體，外包保護層而成的一種輕質(zhì)高強的結(jié)構(gòu)材料。懸索結(jié)構(gòu)即是以受拉的纜索為主要承重構(gòu)件的一種結(jié)構(gòu)形式。纜索結(jié)構(gòu)始用于一千多年前的鐵鏈橋，隨著材料、計算理論、施工技術(shù)的不斷進步，纜索結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中，輕鋼纜索結(jié)構(gòu)即是鋼結(jié)構(gòu)與纜索發(fā)揮各自長處，經(jīng)充分結(jié)合而成的一種新興的建筑體系。
由于鋼材在建筑中經(jīng)常以桿件的形式出現(xiàn)，加之質(zhì)量輕、強度高，決定其在設(shè)計使用過程中截面通常小而薄，使得受壓受彎桿件由于穩(wěn)定問題不能充分發(fā)揮材料的強度。纜索只承受軸向拉力，無彎矩和剪力，不存在因為受壓和受彎而產(chǎn)生的穩(wěn)定問題，從而使鋼材的抗拉強度發(fā)揮至極限，使得高強度鋼材在這里大有用武之地，可以說，輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，是鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的一大飛躍。
2. 輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
在講述輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用之前，我們先簡單地回顧一下"梁"的發(fā)展演變過程，首先出現(xiàn)的是鋼筋混凝土梁，由于砼的抗拉強度極低，因此這種建筑形式被局限于小跨度之內(nèi)，面積大一些的建筑，也不得不借助于室內(nèi)密密麻麻的柱網(wǎng)，即縮小了使用空間，又影響美觀，鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，從某種程度上緩解了這個問題，某些大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房，寬敞的鋼結(jié)構(gòu)辦公樓的建成，就是很好的說明實例。但是，隨著人類文明的進步，對建筑結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，人們的需求方向向著更快捷，更美觀，跨度更大，受力更合理的方向進展，如體育場館，劇院、大跨度橋梁以及某些具有特殊要求的構(gòu)造，此時，單純的鋼結(jié)構(gòu)又不能勝任了。真正使這個問題得以實質(zhì)性的解決，可以讓建筑師和設(shè)計師充分發(fā)揮想象力，"為所欲為"的卻是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。
輕鋼纜索結(jié)構(gòu)（懸索結(jié)構(gòu)）是一種空間結(jié)構(gòu)，所謂的空間結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)的形態(tài)呈三維狀態(tài)，在荷載作用下具有三維受力特性并呈空間工作的結(jié)構(gòu)。優(yōu)秀的空間結(jié)構(gòu)具有荷載傳遞路線最短，受力均勻的特點。與平面結(jié)構(gòu)相比，具有很多獨特的優(yōu)點，國內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛.特別是近年來，人們生活水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)、文化、體育等事業(yè)不斷進步，大大增強了社會對纜索結(jié)構(gòu)尤其是大跨度高性能空間纜索結(jié)構(gòu)的需求。而計算機理論的日益完善以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使得任何極其復雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計成為可能。這些正是空間纜索結(jié)構(gòu)擴大應(yīng)用范圍得以蓬勃發(fā)展的主要因素。近幾十年來，世界上建造了成千上萬的大型體育館、劇院、懸索橋、斜拉橋、托索橋、飛機庫、展廳、玻璃幕墻，采用了形式各異的纜索結(jié)構(gòu)，展示著優(yōu)美的造型，成為一道道風景。更有無數(shù)的廠房、倉庫等采用了纜索結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了經(jīng)濟、合理的完美統(tǒng)一。
除上述提及的大跨度結(jié)構(gòu)，懸索橋外，纜索結(jié)構(gòu)還將在拱索雜交結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、開合結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)等代表當前世界空間結(jié)構(gòu)發(fā)展方向的結(jié)構(gòu)中起到越來越關(guān)鍵的作用。下面分別對其加以闡述。
2.1. 索拱雜交結(jié)構(gòu)
索拱雜交結(jié)構(gòu)是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的一個典型范例，即在原有鋼結(jié)構(gòu)拱的基礎(chǔ)上，輔以鋼索，使二者鋼性和柔性相互結(jié)合，相互補充，從而達到結(jié)構(gòu)受力更合理、更經(jīng)濟、跨度更大的受力效果。
索拱雜交結(jié)構(gòu)作為鋼結(jié)構(gòu)中的一員，由于其鋼性拱的存在，具有較其它柔性懸索結(jié)構(gòu)更高的鋼性，因而鋼索不需施加很大的預應(yīng)力，同時結(jié)構(gòu)具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性和美觀的造型，在重力荷載的作用下，索對拱有抬起作用，索的預應(yīng)力越大，抬起作用越明顯，索對拱的向上作用與重力荷載的向下作用部分相互抵消，對拱有卸載作用。
2.2.張拉整體結(jié)構(gòu)
"張拉整體"（tensgrity）概念是美國建筑師富勒的發(fā)明，可定義為一組不連續(xù)的受壓桿件與一套連續(xù)的受拉單元組成的字支撐，自應(yīng)力的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其剛度由受拉和受壓單元之間的平衡預應(yīng)力提供。其中的受壓單元主要為鋼結(jié)構(gòu)，受拉單元主要為纜索充當，是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的又一典型構(gòu)造。1996年亞特蘭大奧運會的主體育館喬治亞穹頂（georgia dome），由于運用了拋物面型張拉整體索穹頂，使其耗鋼量少得另人難以置信，還不到30kg/m2 。
2.3. 索膜結(jié)構(gòu)
索膜結(jié)構(gòu)（membrane structures）是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強薄膜材料（pvc或teflon）極其加強構(gòu)件（鋼架，鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預應(yīng)力以形成某種空間形狀作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。通過鋼柱支撐及鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。
2.4.折疊結(jié)構(gòu)
折疊結(jié)構(gòu)是一種用時展開，不用時可以收其的結(jié)構(gòu)，纜索在柔性折疊結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵性作用。柔性結(jié)構(gòu)在收納狀態(tài)時，索呈松弛狀態(tài)，鋼性構(gòu)件可以形成捆狀便于運輸，儲存。在展開時可拉緊驅(qū)動索使結(jié)構(gòu)張開亦可增加壓桿長度來張拉鎖，在完全展開時可形成張拉整體體系，這種結(jié)構(gòu)自重輕，展開成型后剛度較大，可用于跨度較大的結(jié)構(gòu)。
3. 使用輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
3.1 整體結(jié)構(gòu)輕盈
如前所述，使用纜索結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮材料強度，從而使整個建筑用鋼量大量減少，無形中降低了整個建筑結(jié)構(gòu)的重量，減低了對基礎(chǔ)強度的要求。
3.2 施工安裝方便快捷
由于纜索構(gòu)件形狀靈活輕便，在安裝過程中，無需繁雜的吊裝設(shè)備, 可以大幅度的縮短工期，降低成本，綜合經(jīng)濟效益顯著。
3.3 跨度大
我們從梁的彎矩圖中可以知道，梁沿跨度和截面上的受力都很不均勻，材料強度不能得到充分的發(fā)揮。對于通?？缍鹊臉巧w梁來說，可將矩形截面變?yōu)楣ぷ中徒孛?，進而采用格構(gòu)式梁（桁梁），可以提高粱的承載力和剛度。但是在超大跨度結(jié)構(gòu)中，這種方式仍然避免不了材料用量的增加，對于大跨度結(jié)構(gòu)來說，材料用量多，不僅是一個浪費，對結(jié)構(gòu)的抗震，特別是豎向抗震極為不利。在這種情況下，如果把梁演變成拱和索，把橫向的擴展就變成空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，所有的問題就會迎刃而解。
3.4 纜索結(jié)構(gòu)具有很強的結(jié)構(gòu)藝術(shù)作用
輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，把結(jié)構(gòu)的型式與建筑的空間藝術(shù)形象融合起來，即結(jié)構(gòu)本身富有美學表現(xiàn)力。建筑師可以充分發(fā)揮其想象空間，從而把美學與力學，建筑學結(jié)合起來，使建筑具有絕美的外形構(gòu)造。
纜索是由鋼絞線、鋼絲繩、鋼絲束或圓鋼筋、帶狀鋼板等材料為索體，外包保護層而成的一種輕質(zhì)高強的結(jié)構(gòu)材料。懸索結(jié)構(gòu)即是以受拉的纜索為主要承重構(gòu)件的一種結(jié)構(gòu)形式。纜索結(jié)構(gòu)始用于一千多年前的鐵鏈橋，隨著材料、計算理論、施工技術(shù)的不斷進步，纜索結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中，輕鋼纜索結(jié)構(gòu)即是鋼結(jié)構(gòu)與纜索發(fā)揮各自長處，經(jīng)充分結(jié)合而成的一種新興的建筑體系。
由于鋼材在建筑中經(jīng)常以桿件的形式出現(xiàn)，加之質(zhì)量輕、強度高，決定其在設(shè)計使用過程中截面通常小而薄，使得受壓受彎桿件由于穩(wěn)定問題不能充分發(fā)揮材料的強度。纜索只承受軸向拉力，無彎矩和剪力，不存在因為受壓和受彎而產(chǎn)生的穩(wěn)定問題，從而使鋼材的抗拉強度發(fā)揮至極限，使得高強度鋼材在這里大有用武之地，可以說，輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，是鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的一大飛躍。
2. 輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
在講述輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用之前，我們先簡單地回顧一下"梁"的發(fā)展演變過程，首先出現(xiàn)的是鋼筋混凝土梁，由于砼的抗拉強度極低，因此這種建筑形式被局限于小跨度之內(nèi)，面積大一些的建筑，也不得不借助于室內(nèi)密密麻麻的柱網(wǎng)，即縮小了使用空間，又影響美觀，鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，從某種程度上緩解了這個問題，某些大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房，寬敞的鋼結(jié)構(gòu)辦公樓的建成，就是很好的說明實例。但是，隨著人類文明的進步，對建筑結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，人們的需求方向向著更快捷，更美觀，跨度更大，受力更合理的方向進展，如體育場館，劇院、大跨度橋梁以及某些具有特殊要求的構(gòu)造，此時，單純的鋼結(jié)構(gòu)又不能勝任了。真正使這個問題得以實質(zhì)性的解決，可以讓建筑師和設(shè)計師充分發(fā)揮想象力，"為所欲為"的卻是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。
輕鋼纜索結(jié)構(gòu)（懸索結(jié)構(gòu)）是一種空間結(jié)構(gòu)，所謂的空間結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)的形態(tài)呈三維狀態(tài)，在荷載作用下具有三維受力特性并呈空間工作的結(jié)構(gòu)。優(yōu)秀的空間結(jié)構(gòu)具有荷載傳遞路線最短，受力均勻的特點。與平面結(jié)構(gòu)相比，具有很多獨特的優(yōu)點，國內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛.特別是近年來，人們生活水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)、文化、體育等事業(yè)不斷進步，大大增強了社會對纜索結(jié)構(gòu)尤其是大跨度高性能空間纜索結(jié)構(gòu)的需求。而計算機理論的日益完善以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使得任何極其復雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計成為可能。這些正是空間纜索結(jié)構(gòu)擴大應(yīng)用范圍得以蓬勃發(fā)展的主要因素。近幾十年來，世界上建造了成千上萬的大型體育館、劇院、懸索橋、斜拉橋、托索橋、飛機庫、展廳、玻璃幕墻，采用了形式各異的纜索結(jié)構(gòu)，展示著優(yōu)美的造型，成為一道道風景。更有無數(shù)的廠房、倉庫等采用了纜索結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了經(jīng)濟、合理的完美統(tǒng)一。
除上述提及的大跨度結(jié)構(gòu)，懸索橋外，纜索結(jié)構(gòu)還將在拱索雜交結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、開合結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)等代表當前世界空間結(jié)構(gòu)發(fā)展方向的結(jié)構(gòu)中起到越來越關(guān)鍵的作用。下面分別對其加以闡述。
2.1. 索拱雜交結(jié)構(gòu)
索拱雜交結(jié)構(gòu)是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的一個典型范例，即在原有鋼結(jié)構(gòu)拱的基礎(chǔ)上，輔以鋼索，使二者鋼性和柔性相互結(jié)合，相互補充，從而達到結(jié)構(gòu)受力更合理、更經(jīng)濟、跨度更大的受力效果。
索拱雜交結(jié)構(gòu)作為鋼結(jié)構(gòu)中的一員，由于其鋼性拱的存在，具有較其它柔性懸索結(jié)構(gòu)更高的鋼性，因而鋼索不需施加很大的預應(yīng)力，同時結(jié)構(gòu)具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性和美觀的造型，在重力荷載的作用下，索對拱有抬起作用，索的預應(yīng)力越大，抬起作用越明顯，索對拱的向上作用與重力荷載的向下作用部分相互抵消，對拱有卸載作用。
2.2.張拉整體結(jié)構(gòu)
"張拉整體"（tensgrity）概念是美國建筑師富勒的發(fā)明，可定義為一組不連續(xù)的受壓桿件與一套連續(xù)的受拉單元組成的字支撐，自應(yīng)力的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其剛度由受拉和受壓單元之間的平衡預應(yīng)力提供。其中的受壓單元主要為鋼結(jié)構(gòu)，受拉單元主要為纜索充當，是輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的又一典型構(gòu)造。1996年亞特蘭大奧運會的主體育館喬治亞穹頂（georgia dome），由于運用了拋物面型張拉整體索穹頂，使其耗鋼量少得另人難以置信，還不到30kg/m2 。
2.3. 索膜結(jié)構(gòu)
索膜結(jié)構(gòu)（membrane structures）是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強薄膜材料（pvc或teflon）極其加強構(gòu)件（鋼架，鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預應(yīng)力以形成某種空間形狀作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。通過鋼柱支撐及鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。
2.4.折疊結(jié)構(gòu)
折疊結(jié)構(gòu)是一種用時展開，不用時可以收其的結(jié)構(gòu)，纜索在柔性折疊結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵性作用。柔性結(jié)構(gòu)在收納狀態(tài)時，索呈松弛狀態(tài)，鋼性構(gòu)件可以形成捆狀便于運輸，儲存。在展開時可拉緊驅(qū)動索使結(jié)構(gòu)張開亦可增加壓桿長度來張拉鎖，在完全展開時可形成張拉整體體系，這種結(jié)構(gòu)自重輕，展開成型后剛度較大，可用于跨度較大的結(jié)構(gòu)。
3. 使用輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
3.1 整體結(jié)構(gòu)輕盈
如前所述，使用纜索結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮材料強度，從而使整個建筑用鋼量大量減少，無形中降低了整個建筑結(jié)構(gòu)的重量，減低了對基礎(chǔ)強度的要求。
3.2 施工安裝方便快捷
由于纜索構(gòu)件形狀靈活輕便，在安裝過程中，無需繁雜的吊裝設(shè)備, 可以大幅度的縮短工期，降低成本，綜合經(jīng)濟效益顯著。
3.3 跨度大
我們從梁的彎矩圖中可以知道，梁沿跨度和截面上的受力都很不均勻，材料強度不能得到充分的發(fā)揮。對于通?？缍鹊臉巧w梁來說，可將矩形截面變?yōu)楣ぷ中徒孛?，進而采用格構(gòu)式梁（桁梁），可以提高粱的承載力和剛度。但是在超大跨度結(jié)構(gòu)中，這種方式仍然避免不了材料用量的增加，對于大跨度結(jié)構(gòu)來說，材料用量多，不僅是一個浪費，對結(jié)構(gòu)的抗震，特別是豎向抗震極為不利。在這種情況下，如果把梁演變成拱和索，把橫向的擴展就變成空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，所有的問題就會迎刃而解。
3.4 纜索結(jié)構(gòu)具有很強的結(jié)構(gòu)藝術(shù)作用
輕鋼纜索結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，把結(jié)構(gòu)的型式與建筑的空間藝術(shù)形象融合起來，即結(jié)構(gòu)本身富有美學表現(xiàn)力。建筑師可以充分發(fā)揮其想象空間，從而把美學與力學，建筑學結(jié)合起來，使建筑具有絕美的外形構(gòu)造。