建筑工程中大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)研究

廖玲

摘要：隨著當(dāng)前社會發(fā)展的過程中，建筑結(jié)構(gòu)體系不斷的發(fā)生變化，大跨度鋼結(jié)構(gòu)形式成為當(dāng)前發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)體系之一。大跨度建筑及作為其核心的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)況是代表一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一，是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的重要領(lǐng)域。本文主要就當(dāng)前大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：大跨度空間結(jié)構(gòu);桁架結(jié)構(gòu);網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

隨著當(dāng)前預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷的引入大跨度結(jié)構(gòu)體系中，使得傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)逐步的發(fā)生改變，其張拉結(jié)構(gòu)逐步的成為當(dāng)前建筑施工的主要結(jié)構(gòu)方式和結(jié)果措施。大跨度建筑主要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)等五種主要的空間結(jié)構(gòu)，還包括他們的各種組合與演變。大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用能夠有效的提高建筑物的穩(wěn)定性和抗震性能。

1大跨度建筑結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成

1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分析

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式非常多樣，但通常是以下的四種形式：

（1）平面鋼架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包括了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)中從兩個(gè)方向上正交正放的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，當(dāng)然從兩個(gè)方向上的正交斜放，斜交斜放，亦或是從三個(gè)方向上的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都包含在當(dāng)中。（2）四角椎體形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)根據(jù)椎體擺放的位置有不同的分類，包括正放著的四角錐體，斜放著的四角錐體，星形放置的四角錐體都屬于這種模型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)中的。（3）三角錐體形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通常是根據(jù)三角錐體中的空余形狀進(jìn)行分類，分為抽空式的三角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然還有很常見的蜂窩狀的三角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（4）最后提到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于建筑難度較大通常不會被采用，被稱為正六角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

在大跨度的建筑形式當(dāng)中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑是其中的一種較為常見的一種，由于其建筑的要求相對較低，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛的使用。它的優(yōu)點(diǎn)有許多，最主要的是該種建筑的建筑自重非常的輕，這樣它的抗震性能就很優(yōu)良，再加上它的傳力不是非常的復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度不高，于是被廣泛地采用了下去。在施工過程中，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)也就顯現(xiàn)出來，由于只需要將鋼材按照圖紙連接起來，建筑施工的要求很低，完成結(jié)構(gòu)的定性變得容易許多，可以做到工作效率和設(shè)計(jì)美觀的兩者兼得。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)模式可以為后期設(shè)備的安裝過程做到很好地鋪墊，是施工質(zhì)量提高的同時(shí)又不會提高施工的成本。

1.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式與特征分析

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的建筑形式也是多種多樣的，不同與剛剛提到的的網(wǎng)架式結(jié)構(gòu)那么多的分類，網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)只有幾個(gè)小的分類，包括球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，圓柱面網(wǎng)殼狀結(jié)構(gòu)，雙曲面狀的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，這些分類都是按照網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)的表面特征進(jìn)行區(qū)分的。

網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也并不是很復(fù)雜，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的組成材料的重量都比較小。相比較于其它的大跨度建筑形式，網(wǎng)殼狀結(jié)構(gòu)的截面尺寸都是很低的，但是強(qiáng)度并未太大的縮減。網(wǎng)殼狀的建筑結(jié)構(gòu)的外形大多是按照非?？茖W(xué)的力學(xué)理論進(jìn)行修建的，這種建筑的穩(wěn)定性很強(qiáng)，不僅可以對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行合理的分配，還可以保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)際的建筑條件下這種建筑結(jié)構(gòu)的使用也是較為廣泛的，因?yàn)樗骖櫫私ㄖ牧虾穸缺容^低和空間的范圍比較廣這兩大屬性。

2膜結(jié)構(gòu)形式和特征分析

膜結(jié)構(gòu)的形成相比較其他的兩種結(jié)構(gòu)而言時(shí)間比較早。早在上個(gè)世紀(jì)中葉，這種新型的空間結(jié)構(gòu)就誕生了。這種結(jié)構(gòu)的施工過程比較的特殊，選擇的并不是結(jié)構(gòu)和質(zhì)地比較剛硬的鋼結(jié)構(gòu)，而是比較柔軟的施工材料。通常在施工結(jié)束之后，這種結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)為覆蓋面積很廣大，剛性比較突出的結(jié)構(gòu)體系。

膜結(jié)構(gòu)的建筑過程中有很多的支撐和支持的方式，根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的支撐方式，可以把膜結(jié)構(gòu)的大跨度建筑分為幾種不同的結(jié)構(gòu)形式：

2.1充氣式的膜結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)和它的名稱一樣，在建筑施工的過程當(dāng)中，在建筑的內(nèi)部和工程施工當(dāng)中內(nèi)部充上一定的空氣，這種建筑有一個(gè)特點(diǎn)，屋面拱起的寬度不是很大，在建筑的時(shí)候如果跨度比較大的時(shí)候，施工人員可以在這個(gè)拱起的平面的四個(gè)頂角設(shè)置一些可以承受力量的鋼索，為整個(gè)建筑的安全性能加分。

2.2懸掛式的膜結(jié)構(gòu)

在膜結(jié)構(gòu)的大跨度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)師們通常會利用一些比較高的桅桿將鋼索和建筑所需的膜結(jié)構(gòu)一起懸掛住。這時(shí)鋼索在空中就會繃緊和拉直，屋頂蓋的剛度和安全性能就能夠大大提升。

2.3骨架支撐式的膜結(jié)構(gòu)

與空氣膜結(jié)構(gòu)當(dāng)中的空氣進(jìn)行支撐的方式不同，骨架支撐式的膜結(jié)構(gòu)利用鋼制的骨架代替空氣進(jìn)行支撐。這種支撐方式的建筑的隨意性就能夠大大提高。根據(jù)建筑中需要的形態(tài)和建筑的樣式，骨架可以有多種的建筑形式，骨架有拱形的網(wǎng)架也可以有網(wǎng)狀型的鋼架。

2.4復(fù)合式的膜結(jié)構(gòu)

這是一種的新興的膜結(jié)構(gòu)建筑形式，這種建筑用到的建筑材料比較單一，只需要有鋼索，膜材和一些用來承受壓力的桿件。這種大跨度的建筑模式在如今的圓形的建筑中比較常見。膜結(jié)構(gòu)的建筑同樣擁有自重比較輕，建筑完成之后的跨度比較大的優(yōu)勢。由于施工當(dāng)中的建筑隨意性比較大，具有豐富的造型設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語

大跨度建筑結(jié)構(gòu)是建筑當(dāng)中的重要建筑形式。隨著社會的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的逐步抬高，這種建筑方式以其低廉的造價(jià)和優(yōu)美的外形受到了所有人的重視。這種空間結(jié)構(gòu)的的發(fā)展必定會促進(jìn)建筑行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。在建筑當(dāng)中，需要建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行提前的有效地計(jì)算。在建筑當(dāng)中需要考慮的不僅僅是建筑的外形，還需要不斷權(quán)衡建筑的物理學(xué)力學(xué)的承重和經(jīng)濟(jì)效益的綜合考量。