基于大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計的研究

方強

（浙江富水建設(shè)有限公司　浙江　富陽　311400）

基于大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計的研究

方強

（浙江富水建設(shè)有限公司浙江富陽311400）

近幾年，隨著我國社會經(jīng)濟市場以超高速發(fā)展，同時也大大推動了人們生活水平進步。正因為如此，也使得人們在對待生活質(zhì)量包括居住環(huán)境以及工作環(huán)境的重視相比起早前需求也越來越多，質(zhì)量要求也越來越高。同時，在一定程度上也增強了人們對待房屋結(jié)構(gòu)和建筑風(fēng)格建設(shè)與設(shè)計的要求。通過對近幾年建筑行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查可知，其中，大跨度建筑在我國目前建筑結(jié)構(gòu)之中出現(xiàn)頻率最高，最為常見。在當(dāng)今，現(xiàn)代化進程推動下無論是我國還是世界上其他國家在對大跨度建筑時更加注重對于建筑物屋頂形式的表達，并盡可能在最大限度彰顯其設(shè)計理念的多樣性。大跨度建筑物的核心空間技術(shù)目前已作為衡量一個國家建筑水平最重要標(biāo)志之一，能夠?qū)ΜF(xiàn)實生活產(chǎn)生重要影響。本文主要從大跨度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程進行探究，重點分析了其大跨度建筑結(jié)構(gòu)各形式、特點，并希望能為同行工作提供參考。

大跨度建筑；建筑特點；結(jié)構(gòu)形式；設(shè)計

近年來，隨著國家科技水平逐漸增強，國內(nèi)不斷涌現(xiàn)出各種各樣的大跨度建筑物品，由于建筑結(jié)構(gòu)的多樣化形式，也使得建筑物漸漸形成新的結(jié)構(gòu)特點，比如在原有空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上相結(jié)合，最終形成相對復(fù)雜的新空間。這其中就包括體育館、會展中心、電影院、歌劇院等等在內(nèi)的形態(tài)各異，內(nèi)部使用功能多樣化的結(jié)構(gòu)空間。因此，在這種現(xiàn)狀下，規(guī)劃好大跨度建筑的構(gòu)成形式是十分有必要的。大跨度建筑物主要是基于物理中力學(xué)原理以及自然界的靈感，自然界中多種物質(zhì)都為現(xiàn)代化社會人類創(chuàng)造提供了幫助，比如：樹冠、貝殼等。正因為如此，也構(gòu)成了大跨度結(jié)構(gòu)的多樣性，它們分別由多種形態(tài)結(jié)構(gòu)組成。例如：穹頂結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)如今，人們也已不再單單滿足于簡單的設(shè)計風(fēng)格，而是更加看重建筑物受力面積、跨度面積以及空間利用程度與美觀等方向，這也在一定程度反映了建筑領(lǐng)域發(fā)展進程。所以，建筑過程中只有將精確數(shù)據(jù)分析同先進的設(shè)計方案相互結(jié)合作用，才能從根本上滿足人們最終需求。

1　大跨度建筑主要結(jié)構(gòu)

我國建筑結(jié)構(gòu)形式隨著社會進程也在不斷進行改革與創(chuàng)新，建筑行業(yè)為了在最大限度上滿足社會發(fā)展需求，從而形成了多種多樣、形形色色的新型建筑結(jié)構(gòu)。一般，大跨度建筑往往是指建筑物跨度在60m以上，其中該結(jié)構(gòu)最常用于電影院、體育館、展覽館、會展中心以及火車站、機場等不同大小，不同空間的公共建筑物。目前，在我國現(xiàn)代化建筑中，最常見的大跨度建筑結(jié)構(gòu)主要包括：結(jié)構(gòu)、膜殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及懸索結(jié)構(gòu)五大類型，同時在不同施工技術(shù)中還能夠?qū)⑦@五大結(jié)構(gòu)相互之間進行有效配合、互相演變?，F(xiàn)如今市場上形成的各式各樣的建筑空間結(jié)構(gòu)，也正是在這種相互組合之中應(yīng)運而生。

2　大跨度建筑設(shè)計定位

建筑設(shè)計過程是屬于一個相對理性過程，是指將建筑物牢固性、美觀性及實用性于一身的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)造。建筑形式的設(shè)計是作為項目整體最突出部分，也是最重要形式之一。同時，建筑物設(shè)計過程也涉及到人類對于美學(xué)的了解，提高對事物美觀鑒賞也是做好項目設(shè)計時最直接也是最基本途徑。正因為如此，后來才在這基礎(chǔ)上確立了大跨度建筑物的基本前進方向。大跨度建筑物整體結(jié)構(gòu)存在一定特殊性，因此，也使得其設(shè)計形式也變得特殊。

3　剛架結(jié)構(gòu)的特點與設(shè)計

一般，人們通常會將剛架結(jié)構(gòu)根據(jù)其特點分為不同的三種類別：無鉸剛架、兩鉸剛架與三鉸剛架。通常來說，無鉸剛架與兩鉸剛架是屬于超靜定結(jié)構(gòu)，兩者剛架結(jié)構(gòu)剛度較強，但有時候由于地基條件相對較差，會導(dǎo)致均勻沉降，這種狀態(tài)下也容易讓剛架結(jié)構(gòu)形成附加壓力。而三鉸剛架則與前兩種結(jié)構(gòu)完全相反，它隸屬于相對較靜定的建筑結(jié)構(gòu)，因此，當(dāng)其所處環(huán)境地基條件受到破壞時，剛架也不會產(chǎn)生多余內(nèi)力。正因為如此，通常施工的建筑物較小時，更多會使用三鉸剛架，無鉸剛架與兩鉸剛架則更多運用于跨度較大的建筑物。20世紀(jì)80年代以來，許多新建大型交通建筑就運用了鋼桁架大跨度結(jié)構(gòu)施工原理。例如：于1988年在日本建設(shè)的關(guān)西國際機場以及1992年開始在香港建設(shè)新國際機場等等。同時，剛架結(jié)構(gòu)在建筑物屋頂建設(shè)也得到了廣泛運用，剛架結(jié)構(gòu)在施工過程中建筑輪廓能夠進行多樣性變化，并且制作簡單，方便。最終所建成的大跨度建筑一般外觀都更加輕巧、美觀，在日常生活中的適用范圍也十分廣泛。同時該結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑之中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

4　拱形結(jié)構(gòu)的特點與設(shè)計

拱形結(jié)構(gòu)建筑物早在我國著名，其中以趙州橋（又稱安濟橋）為最典型代表。趙州橋座落在河北省，建于隋朝年間公元595～605年，是由我國著名匠師李春設(shè)計建成，迄今已有約1500年歷史，是現(xiàn)如今世界上現(xiàn)存最早，同時也是保存的最完整的古代敞肩石拱橋。趙州橋修建過程中主設(shè)計師李春與他的工匠們采用的是圓弧拱形式結(jié)構(gòu)，這樣能有利于降低石拱高度。因此，趙州橋最后建設(shè)成功時，拱高被人們測量出來只有7.23m，而拱高與跨度為1：5的比值，這樣利于實現(xiàn)低橋面與大跨度雙重目的，達到橋面平穩(wěn)效果，方便過路車輛以及行人同行。同時，還能在一定程度上減少對施工材料的使用，既節(jié)約又環(huán)保。又比如：位于我國杭州蕭山機場東側(cè)的保稅局，該局占地690余畝。一般路過該地的人都會被大門所吸引。拱形大門作為保稅局標(biāo)志性建筑，拱跨74m，拱頂高度13m，中間最大寬度24m。拱形屬于一個彎曲形狀，這樣能夠充分運用材料強度與韌度。并且也能夠通過外力作用的幫助之下，將拱內(nèi)彎矩值降到最低，將壓力分布均勻。另外，在一定程度上為了維持拱形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，施工過程中務(wù)必在建筑下設(shè)立一個堅固支座來抵抗橫向推力。因此，人們通常會在拱形兩側(cè)建立后墻來進行結(jié)構(gòu)支撐與固定。早前，在我國古代拱形結(jié)構(gòu)建筑物的施工主要是采用磚石，而現(xiàn)在通常則用使用混凝土以及鋼筋取代磚石進行施工。同時，在對拱形結(jié)構(gòu)建筑物進行施工時還能夠在拱形兩邊構(gòu)建一個整體框架，并以此來抵抗水平方向推力。

5　完善大跨度結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

在對大跨度建筑物項目實際設(shè)計與實施過程之中，除了關(guān)系到建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，還涉及到了屋頂形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而這些結(jié)構(gòu)也是作為是項目設(shè)計與實施過程中的關(guān)鍵部分存在。其中，還包括建筑屋頂排水系統(tǒng)、采光，遮陽系統(tǒng)以及防火系統(tǒng)等等。同時，在對大跨度建筑物設(shè)計過程中，務(wù)必要認清楚建筑物結(jié)構(gòu)功能與形式之間的關(guān)系與聯(lián)系，并且保證是先在確認結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)之后再對其功能進行有效、合理設(shè)計。

圖1　

6　結(jié)束語

由于國家建筑水平快速發(fā)展，使得越來越多的大跨度建筑逐漸融入我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中，不僅如此，建筑領(lǐng)域多種新型材料產(chǎn)生以及先進技術(shù)的不斷更新?lián)Q代。大跨度建筑在人類社會發(fā)展進程之中，能夠為社會提供最大跨度以及最大空間結(jié)構(gòu)，而這往往也是現(xiàn)代化社會人們所一直追求的根本目標(biāo)?？臻g結(jié)構(gòu)進程能夠從根本上反映出現(xiàn)代人類社會建筑歷史進程。同時，也能在一定程度上滿足人們對待環(huán)境美觀的需求，能夠提供更大跨度和空間的結(jié)構(gòu)常常是人們追求的夢想和目標(biāo)，空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展很大程度上反映了人類建筑史的發(fā)展。與此同時，也提高了建筑物的使用價值。隨著人們對建筑創(chuàng)新意識的增強，建筑結(jié)構(gòu)改革也在這其中占據(jù)了重要地位。大跨度結(jié)構(gòu)建筑相比較于傳統(tǒng)建筑設(shè)計更加健全、合理、完善，大跨度建筑的出現(xiàn)也使得建筑行業(yè)得到了大規(guī)模發(fā)展，同時也收獲了巨大成功。通過不斷努力，目前我國大跨度建筑結(jié)構(gòu)也正在緊跟世界先進水平的步伐，因此，想要在最短時間內(nèi)達到世界先進水平，站在世界前列，首先，就必須提高建筑領(lǐng)域?qū)I(yè)人士自身水平，向優(yōu)秀的技術(shù)不斷學(xué)習(xí)進發(fā)，不通過借鑒外國先進技術(shù)并結(jié)合我國實際情況創(chuàng)造出帶有中國特色色彩的大跨度建筑群體。

[1]趙宇.論大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計[J].山西建筑，2014，40（20）：61～ 62.

[2]熊祥瑞，何培玲，朱萬林，周均康，朱軍.大跨度建筑開合屋頂形式設(shè)計研究[J].建筑技術(shù)，2014（06）：548～550.

[3]許靖芳.交通建筑中大跨度結(jié)構(gòu)形式與使用者體驗研究[J].山西建筑，2013，39（12）：45～46.

TU399

A

1673-0038（2015）12-0017-02

2015-3-9

方強（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事招投標(biāo)方面的工作。