大跨度空间结构探析

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近年来，大跨度空间结构形式丰富多样，技术水平也在不断提高。但是，大跨度建筑投资大、影响因素多，需要对其进行合理的研究决策，以获得最佳结构方案并节省投资、提高效率。因此，结构选型问题在大跨度结构设计中}一分重要。大跨度结构选型，小仅要了解各种结构的分类及特点，熟知相关结构选型的关键因素，并且能使各因素协调统

1.大跨度空间结构的概念
横向跨越60m以上空间的各类结构可称为大跨度空间结构。常用的大跨度空间结构形式包括:网架结构、网壳结构、薄壳结构、膜结构、悬索结构等基本空间结构及各类组合空间结构。多运用于影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅等大型公共建筑及大跨度厂房、飞机装配车问、大型仓库等工业建筑。

2.大跨度空间结构的发展动态
21世纪以来，中国文化事业和体育赛事如火如荼地开展，同时新建了大量体育建筑及文化建筑，因此大跨度空间结构发展迅速。例如，以北京奥运会、上海世博会等为契机，建造的大型体育场馆的建设规模和技术水平在世界上都是领先的，也将成为我国空间结构发展的里程碑。

3.大跨度空间结构的形式及特点                          

3.1网架结构
网架是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。网架结构可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车问等建筑的屋盖。

3.1.1网架结构的种类
网架结构种类甚多，可按小同的标准对其进行分类。根据网架本身的构造可分为:单层网架结构、双层网架结构、三层网架结构。根据组成方式小同，又可将网架分为四大类:交叉析架体系网架、三角锥体系网架结构、四角锥体系网架、六角锥体系网架。

3.1.2网架结构的特点
网架结构也是一种常见的大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重、抗震性能好和节省材料等优点。木材、钢筋混凝土或钢材都可以构成网架结构，具有多种多样的形式，施工简单，使用灵活方便，可满足多种形式的建筑平面要求。

3.2薄壳结构
壳，是一种曲面构件，它受力较为复杂，主要通过壳体曲面传递(图1)。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。薄壳结构一般多采用钢筋混凝土整体浇注而成，因而施工中耗用模板和脚手架较多，所需劳动力也较大。随着高强度钢材的广泛使用和新型结构的发展，薄壳结构的应用近年有所减少。

3.2.1薄壳结构的种类
薄壳结构包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。

3.2.2薄壳结构的特点
壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可将空间曲面进行切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑。薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到壳体的各个部分，减少受到的压力。

3.3网壳结构
网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。

3.3.1网壳结构的种类
网壳结构包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

3.3.2网壳结构的特点
网壳结构具有以下特点:
①网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，有较大的刚度，结构变形小，稳定性高，节省材料；
②建筑造型优美；
③用范围广，既可以用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑；
④杆件单一，工业化预制生产，安装简便快速，适应各种条件下采用的施工工艺，综合经济指标较好；
⑤由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功能。

3.4膜结构
膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，膜结构是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中
3.4.1膜结构的分类
按结构可分为:支承式膜结构、张拉式膜结构、充气式膜结构。按支承条件分为:柔性支承结构体系、刚性支承结构体系、混合支承结构体系
3.4.2膜结构的特点
膜结构具有以下特点:
①建筑造型优美:②环保性:③透光性:④自清洁性: ⑤隔热性⑥跨度丸⑦防火性与抗震性⑧施工周期短;⑨耐久性较差。

3.5悬索结构
悬索结构是以一系列受拉的索作为主要受力构件，并将其按一定规律排列组成各种形式的体系后，悬挂到相应的支承结构上。悬索结构通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载作用，它可以最充分地利用材料的强度，大大减轻结构自重，使得其在保证经济性的情况下具有较大的跨度。其代表建筑为日本东京代代木国立综合体育馆。
悬索结构按受力状态分成平面结构和空间结构。
平面悬索结构，多用于悬索桥和架空管道。按结构形式分为:①单层悬索结构;②加劲式单层悬索结构;③双层悬索结构。
空间悬索结构，多用于大跨度屋盖结构中。按结构形式分为:①圆形单层悬索结构;②圆形双层悬索结构;③双向正交索网结构。
除上述悬索结构外，工程中还常用斜拉索结构，如斜拉桥和斜拉索屋盖。