淺析大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計

張春富宋佳

1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院 2.黑龍江省建工集團有限責(zé)任公司

淺析大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計

張春富1宋佳2

1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院 2.黑龍江省建工集團有限責(zé)任公司

在現(xiàn)代化社會發(fā)展過程中，大跨度建筑是空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，是評價一個國家建筑科技水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。但是在實際工作中，大跨度結(jié)構(gòu)形式多種多樣，總體來說有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)及各種結(jié)構(gòu)組合的空間結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前建筑行業(yè)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文就大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式及設(shè)計要點進行分析，以供參考。

大跨度建筑；結(jié)構(gòu)形式；設(shè)計要點

隨著社會的發(fā)展以及技術(shù)水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)形式也在不斷發(fā)展與更新，為了滿足社會及人們的需求，各種各樣的建筑結(jié)構(gòu)類型不斷發(fā)展?，F(xiàn)階段，大跨度空間結(jié)構(gòu)已成為建筑行業(yè)發(fā)展的重點。日常生活中最常見的幾種大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式有五種，即網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)，另外還有一些結(jié)構(gòu)形式是在上述五種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上組合并演變的新結(jié)構(gòu)形式，也正是因為這些結(jié)構(gòu)形式，使當(dāng)前的大跨度建筑成為城市發(fā)展中一道靚麗的風(fēng)景。

一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式及特點

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是技術(shù)人員根據(jù)某種規(guī)律將若干根桿件連接起來，從而形成一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中技術(shù)人員將這些網(wǎng)格結(jié)構(gòu)組合起來形成多層結(jié)構(gòu)，也就被我們稱之為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其施工材料一般是由鋼管或者鋼材制作而成的。

1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式可分為以下四種：1）平面桁架結(jié)構(gòu)，其中主要包括雙向正交正放網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、雙向斜交斜放網(wǎng)架、雙向正交斜放網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及三向網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。2）四角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其主要包括正放四角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、斜放四角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、星型四角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。3）三角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其主要包括抽空三角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、蜂窩型三角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。4）正六角錐體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點

在大跨度建筑結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是最常見的一種結(jié)構(gòu)形式，它具有自重輕、抗震性能好、傳力途徑簡捷等優(yōu)點。在其施工過程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工極其簡便，極容易將結(jié)構(gòu)定性，可以有效的提高其工作效率，達(dá)到美觀的要求。另外，這一結(jié)構(gòu)在施工中還能夠為后期設(shè)備的安裝作鋪墊，提高了其施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本。

二、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式及特點

在大跨度建筑結(jié)構(gòu)中，施工人員一般會采用鋼筋混凝土、木材、鋼材等材料進行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工。

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式

在實際工作中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可以分為球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、雙曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式。

2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點

在對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，其組成材料自重都相對較輕。相對于其他結(jié)構(gòu)形式，在保證強度的基礎(chǔ)上，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的截面尺寸會明顯的降低，由于殼體結(jié)構(gòu)的外形具有合理性，因此它不僅能夠合理分配內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，還能夠有效的保證其穩(wěn)定性，在實際工程中，該結(jié)構(gòu)雖然厚度小，但其覆蓋的空間卻非常大。

由于殼體結(jié)構(gòu)的外形具有合理性特點，因此其剛度也非常大，該結(jié)構(gòu)在實際工作中能夠節(jié)約大量的施工材料，并且在整個工程中，因其厚度較小，承載力大，因此更加具有經(jīng)濟性的特點，提供更多的建筑空間。

三、膜結(jié)構(gòu)的形式與特點

膜結(jié)構(gòu)是上個世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型空間結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的制作采用的是柔軟的施工材料，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工過程中，該結(jié)構(gòu)是一種剛度大、覆蓋面積大的結(jié)構(gòu)體系。

1、膜結(jié)構(gòu)的形式

根據(jù)膜結(jié)構(gòu)支承方式，我們可以將其分為以下幾種結(jié)構(gòu)形式：1）充氣膜結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)也就是在建筑工程的內(nèi)部灌注一定的空氣，由于屋面起拱的彎度相對較小，跨度大時，技術(shù)人員可以在建筑物四角的對角線設(shè)置相應(yīng)的鋼索，施加一定的應(yīng)力。這一種結(jié)構(gòu)形式在臨時性建筑工程中比較適用。2）懸掛膜結(jié)構(gòu)。在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，設(shè)計者一般會采用桅桿將鋼索以及膜材料懸掛起來，通過鋼索將其繃緊與固定，從而提高屋蓋的剛度。3）骨架支撐膜結(jié)構(gòu)。這是以鋼骨架代替了充氣膜結(jié)構(gòu)中的空氣作為膜的支撐結(jié)構(gòu)，骨架可按建筑要求選用拱、網(wǎng)殼之類的結(jié)構(gòu)，然后在骨架上敷設(shè)膜材并繃緊，適用于平面為方形、圓形或矩形的建筑物。4）復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。這是膜結(jié)構(gòu)中新的結(jié)構(gòu)體系，由鋼索、膜材及少量受壓的桿件組成，由于主要用于圓形平面，稱“索穹頂”。

2、膜結(jié)構(gòu)主要特點

自重輕、跨度大；建筑造型自由豐富；施工方便；具有良好的經(jīng)濟性和較高的安全性；透光性和自潔性好；耐久性較差。

四、懸索結(jié)構(gòu)的形式與特點

懸索結(jié)構(gòu)主要由能夠受拉的索構(gòu)成，技術(shù)人員需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求將所按照規(guī)律進行布置，從而使其形成一個結(jié)構(gòu)體系。懸索屋蓋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的組成主要有懸索系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)以及支撐系統(tǒng)三個部分構(gòu)成。其中懸索系統(tǒng)中的懸索結(jié)構(gòu)的材料一般采用的是高強鋼絲，將其綁扎成一個鋼絲束，這樣可以有效的提高其強度與穩(wěn)定性，技術(shù)人員也可以采用圓鋼等材料進行綁扎與施工。

1、懸索結(jié)構(gòu)形式

懸索結(jié)構(gòu)按索的布置方向和層數(shù)分為：單向單層懸索結(jié)構(gòu)；輻射式單層懸索結(jié)構(gòu)；雙向單層懸索結(jié)構(gòu)；單向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)；輻射式預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)；雙向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。

2、懸索結(jié)構(gòu)的特點

在懸索結(jié)構(gòu)中，能夠受拉的索通過軸向拉伸可以有效的抵抗外作用力的影響。這就可以避免懸索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的彎矩力以及剪力效應(yīng)，此時我們就可以將鋼材充分利用在其中，以提高整個結(jié)構(gòu)的強度。建筑結(jié)構(gòu)中，懸索結(jié)構(gòu)的形式具有多樣化的特點，并且布置靈活性大，適用于多種建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，另外，由于鋼索具有自重輕的特點，在建筑工程安裝過程中可以不利用大型起重設(shè)備，但是我們需要清楚的知道，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論要比普通結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論要復(fù)雜得多，這就在一定程度影響到其應(yīng)用范圍。

五、薄殼結(jié)構(gòu)的特點

薄殼結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出很多特點，值得我們推廣應(yīng)用。首先就是薄殼結(jié)構(gòu)可以憑借小厚度來承擔(dān)相對較大的荷載，在這方面表現(xiàn)出很好的強度以及剛度特點，只要能夠在工程中合理利用這個特點可以為工程的安全性和穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性都帶來很好的改善。這個特點主要來自于薄殼結(jié)構(gòu)通過幾何結(jié)構(gòu)來增強材料的抗壓性，是現(xiàn)代環(huán)保建筑不可多得的結(jié)構(gòu)形式。

六、結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高，大跨度建筑物越來越受到人們的重視，空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展必然會促進建筑行業(yè)的進一步發(fā)展。在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計者首先需要根據(jù)不同的計算方法與理論將其結(jié)構(gòu)進行準(zhǔn)確的計算，在設(shè)計過程中不僅需要重視結(jié)構(gòu)的外觀造型，還需要重視結(jié)構(gòu)受力的合理性以及工程造價等，在只有這樣才能夠達(dá)到現(xiàn)代化建設(shè)建設(shè)的要求。

[1]張德生,李遠(yuǎn)瑛.新型空間結(jié)構(gòu)在中國的應(yīng)用與發(fā)展[J].嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報,2004(06)

[2]羅德昌,梅庭玉.空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].南昌高專學(xué)報,2006(06)

[3]陳劍宇,李曉楠.空間結(jié)構(gòu)的主要形式及特點[J].內(nèi)蒙古石油化工,2007(12)