屋頂或各樓層懸掛在立柱(井筒、塔架)上的建筑，又稱(chēng)懸吊式建筑。這種建筑的特點(diǎn)是用分散的鋼索和吊桿承擔(dān)屋頂和樓板的重量，充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能，因而可增大結(jié)構(gòu)跨度和減少材料用量，并可使建筑的形式富于變化。1837年建造的法國(guó)洛里恩軍械庫(kù)，已采用了懸掛結(jié)構(gòu)屋頂。20世紀(jì)50年代以后，隨著鋼材強(qiáng)度的提高和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論的發(fā)展，懸掛式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸廣泛，既用于單層建筑，也可用于高層建筑。

　　定義

　　動(dòng)物的窠就是它們的“房屋”。有些會(huì)飛的動(dòng)物，像鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)，它們的“房屋”有些是懸掛起來(lái)的：一種鷦鷯造的鳥(niǎo)巢，像只茶壺一樣掛在樹(shù)枝上，蜂巢常常掛林屋檐下或樹(shù)枝上。每當(dāng)冬天樹(shù)葉落盡以后，經(jīng)常能看到樹(shù)枝上掛著一只只像紡錘或橄欖形的小東西，那是昆蟲(chóng)的窩。這些鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)住在懸掛著的房屋內(nèi)，目的是為了安全，使其他動(dòng)物不容易接近它們、傷害它們，而它們自己能夠飛來(lái)飛去，進(jìn)進(jìn)出出還是很方便的。

　　人類(lèi)從開(kāi)始建造房屋以來(lái)，房屋總是造在地面上的，從最初的低矮的、用樹(shù)枝搭成的棚窩，直到現(xiàn)代的高數(shù)十層以至上百層的高樓大廈都是一樣。只有極少數(shù)在熱帶森林中某些原始部落的房屋，還建造在大樹(shù)上。雖然是造在高高的樹(shù)上，卻是把房屋擱在幾根粗大的樹(shù)枝之間，沒(méi)有把整座房屋吊掛在樹(shù)上，他們住在樹(shù)上也同樣是為了安全。似乎從來(lái)沒(méi)有人會(huì)想到把房屋掛起來(lái)，因?yàn)轼B(niǎo)和昆蟲(chóng)到底都很小很輕，它們的“房屋”也不重，連同身體的分量，最重的加起來(lái)也不會(huì)超過(guò)幾千克，而人們居住和工作的房屋，比它要重幾萬(wàn)倍以上，所以就不會(huì)想到將房屋懸掛起來(lái)。如果有人對(duì)你說(shuō)，能夠把20多層的大樓懸掛起來(lái)，你一定不會(huì)相信，以為他在開(kāi)玩笑。可是，懸掛起來(lái)的大樓確實(shí)已有不少建筑起來(lái)了。

　　能夠想象得到，要把人們居住的房屋懸掛起來(lái)，比起一只小小的蜂房或者鳥(niǎo)窠來(lái)，不知要困難多少倍。房屋的份量是那么重，用什么東西來(lái)掛?掛在什么地方?都是難以想象的。輕輕的鳥(niǎo)窠可以?huà)煸跇?shù)枝上，樹(shù)枝和樹(shù)干是足夠牢固的，一棵大樹(shù)就是掛上100只鳥(niǎo)窠，對(duì)它也不會(huì)有什么影響。人住在房屋呢，當(dāng)然不能掛在樹(shù)上，再粗的樹(shù)技也承受不了。

　　懸掛人住的房屋的那棵“大樹(shù)”，實(shí)際上是一座堅(jiān)固的高塔，在塔的頂部伸出成對(duì)的橫梁或支架，那就等于是樹(shù)枝，在橫梁上再掛起房屋來(lái)。為了使這種建筑容易平衡穩(wěn)定，大多是掛上成對(duì)的房屋，像一個(gè)人挑水一樣，挑兩桶水要比只挑一桶水容易平衡，兩桶水的重心正好在人的肩上。懸掛式建筑大多設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)的形式，讓重心位置在中心的塔上，建筑就穩(wěn)定了。

　　德國(guó)的巴伐利亞動(dòng)力公司的大樓，就是由4座圓柱形的建筑，對(duì)稱(chēng)地掛在中間的高塔上。中間的塔有25層高，掛著4座各20層高的圓柱形大樓，是各用一組粗大的鋼索吊掛在從中間塔頂上伸出的挑梁支架上，就像掛著4只燈籠一般。整個(gè)建筑物都是用鋼筋混凝土建造。

　　懸掛結(jié)構(gòu)

　　單層懸掛結(jié)構(gòu)建筑

　　在這種建筑中，梁、桁架、薄殼或屋面板等剛性構(gòu)件組成的屋頂用懸掛索吊住，錨固在中心柱上，形如吊傘;也可錨固在兩端的塔架上，形如懸橋。中國(guó)60年代初建造的南昌拖拉機(jī)齒輪廠齒輪車(chē)間的懸掛式建筑，柱網(wǎng)為12×12米,屋頂用4塊4×4米的殼板組成一傘形，用8根拉索懸掛在立柱頭上(圖1)。1962年意大利曼圖亞市建造的布爾哥造紙廠為跨度最長(zhǎng)的懸掛式建筑，屋頂總長(zhǎng)250米(中間跨度163米)，寬30米，僅用4根鋼纜將支承屋頂?shù)?根縱向鋼梁懸掛在兩座 50米高的混凝土A形支腿的塔架頂端。 高層懸掛結(jié)構(gòu)建筑　 　這種建筑主要由井筒、吊架或斜拉桿、吊桿和各層樓板構(gòu)成。井筒常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可采用鋼結(jié)構(gòu)。各層樓板的內(nèi)端支承在井筒上，外端由吊桿懸掛住，吊桿懸掛在由井筒伸出的吊架上，也可用斜拉桿懸掛在井筒的頂端。所有荷載傳遞到中心或兩端的井筒，再由井筒傳至基礎(chǔ)。根據(jù)層數(shù)、平面和立體形狀，可采用頂部懸掛或分組懸掛，懸掛的方式可用桁架懸掛或用斜拉桿懸掛。1985年建成的香港匯豐銀行是目前世界上最高的大型懸掛結(jié)構(gòu)建筑，地面上43層，高167.70米，采用5組桁架式懸掛結(jié)構(gòu)，垂直構(gòu)件為8組鋼柱，每組4根柱子。1972年建造的美國(guó)明尼阿波利斯的聯(lián)邦儲(chǔ)備銀行，12層樓的荷載通過(guò)吊桿懸掛在兩個(gè)高為8.5米、跨度長(zhǎng)為84米的桁架大梁上，又用兩條工字型鋼作成的懸鏈，對(duì)大梁起輔助作用。懸鏈?zhǔn)綐?gòu)件產(chǎn)生的水平力由桁架大梁承受，以后還可再增加層數(shù)，懸掛在鋼拱上。

　　高層建筑采用懸掛式結(jié)構(gòu)，主要有以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)受力明確，吊桿可用高強(qiáng)鋼;②有較多的工作面，加快了施工速度;③由于筒體先施工，水、電、電梯等設(shè)備可先行安裝，有利于提早交付使用;④由于自上而下施工，安裝窗戶(hù)玻璃、油漆、外墻裝修等，不會(huì)污染飾面;⑤施工時(shí)可用吊籃取代腳手架，費(fèi)用較低，并可減少工作量。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　綜述

　　把這些又大、又高、又重的“龐然大物”，用鋼索掛起來(lái)能行嗎?這到底有什么好處呢?

　　好處確實(shí)是不少，總的說(shuō)來(lái)，它消耗的鋼材少，能增加有效的使用面積，還有很好的抗地震性能，又可以減少基礎(chǔ)的數(shù)量，減少基礎(chǔ)不均勻的沉降等。

　　消耗的鋼材少

　　就拿消耗鋼材來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在要造又高又大的房屋是離不開(kāi)鋼材的，不像古代的建筑，用木材泥土就能造出來(lái)，高樓大廈鋼材消耗的數(shù)量是很多的，我們現(xiàn)在住的五、六層的工房，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，每平方米建筑面積平均也要消耗20千克以上的鋼材。高層建筑消耗的鋼材更多，美國(guó)一般20～30層的樓房，每平方米要用70～80千克，超過(guò)30層甚至要用100千克以上。因此，用較少鋼材能造出同樣多面積的房子來(lái)，就是優(yōu)越的設(shè)計(jì)。懸掛式建筑就有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

　　我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，就可以知道為什么能節(jié)約鋼材。例如有一桶水，用一根不太粗的鋼絲就能把它掛起來(lái)，但是，用同樣的鋼絲要把這桶水頂起來(lái)，是無(wú)論如何不可能的，因?yàn)檫@條鋼絲一受壓力就會(huì)變曲。如果要把這桶水頂起來(lái)，要用比這條鋼絲粗十幾倍的鐵棒才有可能，而且一根鐵棒還不夠，至少要有三根鐵棒一起頂，它才不會(huì)倒下去。這兩種情況相差很大。我們把前面一種情況叫做鋼材在“受拉”的狀態(tài)，后一種情況是在“受壓”狀態(tài)。鋼材“受拉”，明顯地比“受壓”有利得多。

　　一座建筑物很像一個(gè)人體，人體主要靠骨骼的支撐才能站立起來(lái)，內(nèi)臟、肌肉都附在骨骼上，人站著的時(shí)候，骨骼全部處在“受壓”狀態(tài)，因此，骨骼是比較粗大的。如果人處在懸掛起來(lái)的狀況下，骨骼就不需要那么粗，可以細(xì)得多。多少萬(wàn)年以來(lái)，建筑物的骨架都是處在“受壓”的狀況下，而現(xiàn)在的懸掛式建筑物是讓骨架全部處在“受拉”狀態(tài)。可想而知能節(jié)約不少鋼材。

　　能增加有效的使用面積

　　隨之而來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是：骨架小了，被骨架占去面積也小，這樣，可增加房間的有效使用面積。

　　還有一些優(yōu)點(diǎn)：既然房屋掛起來(lái)，底部就離開(kāi)地面了，掛著的房屋不需要做基礎(chǔ)。德國(guó)的這座建筑，4座圓筒形大樓都不做基礎(chǔ)，基礎(chǔ)集中在中間的高塔上，基礎(chǔ)的面積可以減小，做基礎(chǔ)的材料也就大為節(jié)約。

　　很好的抗地震性能

　　前面談到過(guò)，鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)的房屋掛起來(lái)可以安全些。人住在懸掛的房屋里雖然主要不是為了安全，但是在遇到地震時(shí)，它要比其他建筑物安全，它的抗震性能比一般建筑物要好。

　　減少基礎(chǔ)的數(shù)量

　　還有一個(gè)特點(diǎn)是，懸掛起來(lái)的建筑物，它是從上面向下造的，這種方法和我們習(xí)慣的造法完全顛倒過(guò)來(lái)了。懸掛式建筑物，如要像一般造房子那樣從下向上造，倒是十分困難的，它沒(méi)有基礎(chǔ)，也不能在地面上造好20層樓再把它掛上去，只能一層一層地造。怎么造法呢?要從掛著的那一頭先造起，但是也不是從 25層高的地方向下面造下來(lái)。真要從天上向地面造也太困難了，要把材料送得那么高，懸吊在半空中施工多麻煩，這樣的話(huà)，它就沒(méi)有多大的優(yōu)點(diǎn)了。實(shí)際上，它還是在地面上造的。施工的過(guò)程是，先造中間的高塔，在高塔頂上伸出4根堅(jiān)固的橫梁架子，這時(shí)，可把吊掛房子用的鋼索在梁端掛下來(lái)，直掛到地面附近，建筑工人在地面上先造最高的那一層，例如第20層，造好后再把這一層用頂和吊的方法提上去，然后再在地面上接著造第19層。就這樣一層一層地向下造，鋼索一層一層地收上去，而建筑工人始終在地面上工作，既安全又省力，真是太理想了。那些笨重的材料，混凝土呀、鋼材呀，都不用搬運(yùn)到高空去，人也大多不用到高空去施工。

　　懸掛式建筑有這么多的優(yōu)點(diǎn)，所以很快地就發(fā)展起來(lái)。自從第一座大樓造成后，現(xiàn)在已有20多個(gè)國(guó)家建造了近百座各種各樣的懸掛式建筑物，有辦公樓，有住宅，有旅館，也有醫(yī)院，甚至展覽館等，最高的達(dá)到27層、130米高。

　　減少基礎(chǔ)不均勻的沉降

　　這類(lèi)懸掛式建筑物底部離開(kāi)地面有一段距離，并不直接和地面接觸，不能直接從它的下面進(jìn)到建筑物里面去，要通過(guò)中間那座高塔。中間的高塔既是掛起這4座建筑物的“柱子”，又是進(jìn)出這些建筑物的交通要道。高塔中布置了很多座電梯，還有樓梯以及各種管線(xiàn)設(shè)備，像自來(lái)水、煤氣、電力、暖氣、冷氣管道，都從高塔里通過(guò)，再送到各層樓去，因此，高塔成了交通運(yùn)輸?shù)闹行摹８咚�的每層樓，都�?座懸掛建筑物的每一層樓相連接通的，這些懸掛式建筑物和高塔實(shí)際上是緊靠在一起，只有很小的一道縫把它們分隔開(kāi)來(lái)，使人感覺(jué)不出它們是各自分開(kāi)的。分開(kāi)這兩部分的縫實(shí)際上只有幾厘米，接觸面也不是一個(gè)平面，而是圓弧形，它們像榫頭一樣互相咬合在一起，因此，懸掛式建筑物在外力的作用下，例如像臺(tái)風(fēng)或者地震的情況下，也不可能來(lái)回?cái)[動(dòng)，更不會(huì)像掛著的鳥(niǎo)籠那樣容易搖晃。

　　讓鋼材“受拉”比“受壓”要有利這一事實(shí)，人們是早已知道的。在工程上面也應(yīng)用過(guò)。有一種稱(chēng)做“懸索橋”的橋梁，就是運(yùn)用這一原理建造的。把橋掛起來(lái)的想法，至少要比把房屋掛起來(lái)的想法早得多。

　　鋼筋定位

　　簡(jiǎn)介

　　鋼筋間距小而影響梁的澆注質(zhì)量，主要發(fā)生在梁的受壓區(qū)，在連續(xù)梁、井字梁結(jié)構(gòu)以及需要按計(jì)算配置受壓鋼筋的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆構(gòu)件中都會(huì)遇到。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁的施工中，當(dāng)梁寬小于30cm，上部鋼筋多于4根或鋼筋間凈距小于5cm時(shí)，就會(huì)影響混凝土的振搗質(zhì)量和造成鋼筋的移位，這時(shí)可采用鋼筋懸掛式定位綁扎方法，即在梁的基本骨架綁扎固定后，將梁跨中上部受壓區(qū)中間部分鋼筋采用臨時(shí)懸掛固定。具體操作就是梁受壓區(qū)鋼筋除兩側(cè)靠箍筋的受壓筋(或架立筋)正常綁扎以形成骨架外，中間位置上的鋼筋用φ6鋼筋做成S鉤或用鐵絲將鋼筋臨時(shí)懸掛在箍筋上，即固定鋼筋的上下間距的位置，但左右則可移動(dòng)。在澆注混凝土的過(guò)程中，由于鋼筋可左右移動(dòng)，鋼筋間距增大，振動(dòng)棒可以方便地插入梁內(nèi)實(shí)施振搗作業(yè)。當(dāng)混凝土澆注至距懸掛筋下5cm左右時(shí)，對(duì)懸掛筋實(shí)施二次綁扎固定，繼續(xù)完成整根混凝土梁的澆注工作。

　　注意的問(wèn)題

　　在采用“懸掛式定位法”施工時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

　　(1)混凝土的澆注順序，應(yīng)從梁中開(kāi)始向兩邊澆注，對(duì)框架梁，首次澆注至柱邊時(shí)暫停，在完成二次綁扎固定后，梁柱整體一次完成，以免梁端負(fù)筋(節(jié)點(diǎn)處梁上部負(fù)筋)移位。

　　(2)梁端上部鋼筋為受拉，其錨固長(zhǎng)度一般在40～35d，因此，梁端上部鋼筋往往都伸入到梁的中下部甚至柱內(nèi)，若在混凝土澆注前不加以固定，則在二次綁扎時(shí)就位工作將很困難。其解決方法是：視鋼筋錨固垂直段的長(zhǎng)度采用2～3根φ16鋼筋將梁端上部受力筋點(diǎn)焊定位。

　　(3)當(dāng)梁上部鋼筋為1排時(shí)，可采用鐵絲做成O字形懸掛，松緊度以鋼筋能左右自由移動(dòng)為準(zhǔn)，懸掛點(diǎn)間距視受力鋼筋直徑和箍筋直徑大小而定，同時(shí)考慮混凝土傾卸及操作，一般為1～1.5m即可。當(dāng)上部受力筋為2排時(shí)，第1排筋仍可采用上述方法，第2排筋采用φ6鋼筋制成S形懸掛于箍筋上(懸掛點(diǎn)與上排錯(cuò)開(kāi))，懸掛點(diǎn)一般為1～1.5m即可;也可懸掛于上排鋼筋上，此時(shí)上排筋的懸掛點(diǎn)間距應(yīng)加密，一般為0.5～1m。

　　(4)采用懸掛式定位法施工，存在鋼筋的二次綁扎定位，因此，要求鋼筋工跟班作業(yè)，以保證混凝土澆注不間斷，在混凝土初凝前完成整根梁的澆注工作，盡力避免出現(xiàn)施工縫。經(jīng)過(guò)對(duì)8000多m2的現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)大跨度井字梁樓蓋梁板的施工，采用懸掛式定位法均收到了較好的施工效益，施工質(zhì)量得到了有效地控制。在施工過(guò)程中，既減少了混凝土振搗工作的難度，澆注速度也明顯加快，同時(shí)還避免了因鋼筋間距小而形成的“過(guò)篩”現(xiàn)象造成梁上部粗骨料過(guò)多所帶來(lái)的人力、物力浪費(fèi)。