大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系綜述

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1、大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系綜述拱卷結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑發(fā)展中最為常見的結(jié)構(gòu)形式，其被廣泛的應(yīng)用在西方建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，在古希臘最為常見，其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)展的前提基礎(chǔ)，更是當(dāng)前建筑發(fā)展中的主要施工措施和施工完善體系。人類大約在兩千多年前，就有擴(kuò)大室內(nèi)空間的要求。在古代建筑施工的過程中，由于建筑技術(shù)手段和施工工藝的欠缺，使得在建筑施工的過程中對(duì)空間利用不夠完善。古代建筑室內(nèi)空間的擴(kuò)大是和拱結(jié)構(gòu)的演變發(fā)展緊密聯(lián)系著的，是通過拱門形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的連接和變化。人類為了謀求更大室內(nèi)空間在建筑施工的過程中采用各種技術(shù)分析手段和控制措施對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和管理。券拱技術(shù)是羅馬建筑最大的特色及成就，它對(duì)歐洲建筑做出

2、了巨大的貢獻(xiàn)，影響之大無與倫比。羅馬建筑典型的布局方法、空間組合、藝術(shù)形式和風(fēng)格以及某些建筑的功能和規(guī)模等等都是同券拱結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系。拱形結(jié)構(gòu)在承受荷重后除產(chǎn)生重力外還要產(chǎn)生橫向的推力，為保持穩(wěn)定，這種結(jié)構(gòu)必須要有堅(jiān)實(shí)、寬厚的支座。例如以筒形拱來形成空間，反映在平面上必須有兩條互相平行的厚實(shí)的側(cè)墻，拱的跨度越大，支承它的墻則越厚。很明顯，這必然會(huì)影響空間組合的靈活性。為了克服這種局限，在長期的實(shí)踐中人們又在單向筒形拱的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出一種雙向交叉的筒形拱。而之后為了建筑的發(fā)展熱門又創(chuàng)造出了穹隆結(jié)構(gòu)穹隆結(jié)構(gòu)也是一種古老的大跨度結(jié)構(gòu)形式，早在公元前14世桁架結(jié)構(gòu)是一種剛性大跨度結(jié)構(gòu)，是在古代就存

3、在的一種結(jié)構(gòu)形式，在古代建筑施工的過程中主要是通過木材做成各種形式的桁架和屋頂結(jié)構(gòu)。但是符合力學(xué)原理的新型椼架的出現(xiàn)卻是現(xiàn)代的事。椼架結(jié)構(gòu)雖然可以跨越較大的空間，但是由于它自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈兩坡后曲線的形式，所以只適合擔(dān)當(dāng)作屋頂結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也是一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)。它具有剛度大、變形小、應(yīng)力分布均勻、能大幅度地減輕結(jié)構(gòu)自重和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以用木材、鋼筋混凝土或鋼材來做，并且具有多種多樣的形式，使用靈活方便，可適應(yīng)于多種形式的建筑平面的要求。近來國內(nèi)外許多大跨度公共建筑或工業(yè)建筑均普遍地采用這種新型的大跨度空間結(jié)構(gòu)來覆蓋巨大的空間。當(dāng)今，空間平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在我

4、國已有較大發(fā)展，而由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多采用金屬管材制造，能承受較大的縱向彎曲力，與一般鋼結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約大量鋼材和降低施工費(fèi)用（根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，節(jié)約鋼材約35%，降低施工費(fèi)用約25%。因此，空間網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式，用于大跨度建筑具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。另外，由于空間平板網(wǎng)架具有很大的剛度，所以結(jié)構(gòu)高度不大，這對(duì)于大跨度空間造型的創(chuàng)作，具有無比的優(yōu)越性。一般而言，用輕質(zhì)高強(qiáng)材料做成的結(jié)構(gòu)，若按強(qiáng)度計(jì)算，其剖面尺寸可以大大地減小，但是這種結(jié)構(gòu)在荷載的作用下，卻容易因變形而失去穩(wěn)定并最后導(dǎo)致破壞。而殼體結(jié)構(gòu)正是由于合理的外形，不僅內(nèi)部應(yīng)力分配既合理又均勻，同時(shí)又可以保持極好的穩(wěn)定性，所以殼體結(jié)構(gòu)盡管厚度極小

5、卻可以覆蓋很大的空間。殼體結(jié)構(gòu)的剛度，取決于它的合理形狀，而不像其他結(jié)構(gòu)形式需要加大結(jié)構(gòu)斷面，所以材料消耗量低；其靜載也不像其他結(jié)構(gòu)形式那樣隨跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很??；該結(jié)構(gòu)的承重和無蓋合而為一，使其更加經(jīng)濟(jì)有效，且在建筑空間利用上越加充分。殼體結(jié)構(gòu)按其受力情況不同可以分為折板、單曲面殼和雙曲面殼等多種類型。在實(shí)際應(yīng)用中，殼體結(jié)構(gòu)的形式更是豐富多彩的。例如悉尼歌劇院，其外觀為三組巨大的殼片，聳立在一南北長186米、東西最寬處為97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基座上。而殼體結(jié)構(gòu)既可以單獨(dú)使用又可以組合起來使用；既可以用來覆蓋大面積空間，又可以用來覆蓋中等面積的空間；既適合方形、矩形

6、平面要求，又可以適應(yīng)圓形平面、三角形平面，及至其他特殊形狀平面的要求。因?yàn)闅んw結(jié)構(gòu)屬于高效能空間薄壁結(jié)構(gòu)范疇，可以適應(yīng)于力學(xué)要求的各種曲線形狀，所以其承受彎曲及扭轉(zhuǎn)的能力遠(yuǎn)比平面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大。另外，因結(jié)構(gòu)受力均勻，因而可充分發(fā)揮材料的材耗，所以殼體結(jié)構(gòu)體系非常適用于大跨度的各類建筑。由于鋼的強(qiáng)度很高，很小的截面就能夠承受很大的拉力，因而在本世紀(jì)初就開始用鋼索來懸吊屋頂結(jié)構(gòu)。懸索在均勻荷載作用下必然下垂而呈懸鏈曲線的形式，索的兩端不僅會(huì)產(chǎn)生垂直向下的壓力，而且還會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)的水平拉力。單向懸索結(jié)構(gòu)為了支承懸索并保持平衡，必須在索的兩端設(shè)置立柱和斜向拉索，以分別承受懸索所給予的垂直壓力和水平拉力。

7、單向懸索的穩(wěn)定性很差，特別是在風(fēng)力的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和失穩(wěn)。膜結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種類型，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性骨架將膜面繃緊，從而形成具有一定剛度并能覆蓋大跨度結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)按其支承方式的不同，一般包括(1)空氣膜結(jié)構(gòu)----跨度大時(shí)可用氣承式，就是在建筑物內(nèi)部空間注以空氣，屋面的拱度一般都較低，以減小欺壓，大跨度時(shí)往往在建筑物的對(duì)角線方向