楊永鋒

（身份證號：432524197809094059）

大跨度建筑結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)的研究

楊永鋒

（身份證號：432524197809094059）

大跨度鋼結(jié)構(gòu)形式是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域最常見的結(jié)構(gòu)體系之一。本文就主要研究了大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系問題。

大跨度空間結(jié)構(gòu)；桁架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；殼體結(jié)構(gòu)；懸索結(jié)構(gòu)；膜結(jié)構(gòu)

引言

大跨度結(jié)構(gòu)被引入到結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，這一引入，讓傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的張拉結(jié)構(gòu)慢慢的變成當(dāng)前建筑施工的重要結(jié)構(gòu)方式和措施。大跨度建筑主要是有網(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)組成的，其中也包含這五種結(jié)構(gòu)的演變組合。施工實(shí)踐證明大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系能夠很好的改善建筑物的穩(wěn)定性能和抗震性能。

1　建筑工程中大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系分析

1.1大跨度結(jié)構(gòu)中的拱卷結(jié)構(gòu)及穹隆結(jié)構(gòu)

拱卷結(jié)構(gòu)是在目前我國的建筑發(fā)展中是十分常見的形式，在西方建筑的結(jié)構(gòu)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計和發(fā)展是當(dāng)前建筑施工發(fā)展的重要措施和完善施工的重要基礎(chǔ)。在古代建筑中，室內(nèi)空間的加大是由拱結(jié)構(gòu)來確定的，通過拱門的形式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的變化以及連接。在發(fā)展的過程中，人類為了尋求更大的空間對施工中采用過的技術(shù)手段進(jìn)行嚴(yán)格的分析和把控。在拱形結(jié)構(gòu)承受很大的重力之后產(chǎn)生橫向的推力，為了保證穩(wěn)定，拱結(jié)構(gòu)就必須有穩(wěn)定的支座。所以通過實(shí)踐，單向筒在應(yīng)用的過程中，逐漸使得拱結(jié)構(gòu)變成了筒形拱。

1.2桁架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

桁架也是大跨度結(jié)構(gòu)中的一種，在古代，盡管也有很多木材制作的結(jié)構(gòu)來當(dāng)做屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，但是根據(jù)力學(xué)原理設(shè)計新型桁架是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。桁架結(jié)構(gòu)可以橫跨比較大的空間，但是其自身的高度加上上弦通常是采用兩坡后曲線的形式，因此只能被應(yīng)用在屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)中。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為新型的大跨度空間結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是剛度大、變形小，同時應(yīng)力分布均勻，這樣就能夠大大的減輕結(jié)構(gòu)自己的重力，同時還可以節(jié)約材料。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，包含單層平面網(wǎng)架、單層曲面網(wǎng)架、單層平板網(wǎng)架和雙層穹隆網(wǎng)架等多種形式。

1.3殼體結(jié)構(gòu)

殼體結(jié)構(gòu)具備科學(xué)的外形，內(nèi)部的應(yīng)力分配十分合理均勻，同時自身可以保持很好的穩(wěn)定性，因此殼體結(jié)構(gòu)雖然厚度小，但是覆蓋的空間相對較大。殼體結(jié)構(gòu)的剛度，是由于它自身合理的形狀來決定的。這一結(jié)構(gòu)具有低消耗的特點(diǎn)，厚度就可以減小。這種結(jié)構(gòu)的承重和無蓋結(jié)合，可以使得這種結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)有效，同時在建筑空間使用中還能夠得到更大的發(fā)揮。在受力情況發(fā)生改變時，殼體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同的受力情況分為折板、單曲面殼和雙曲面殼等各種結(jié)構(gòu)類型。

1.4懸索結(jié)構(gòu)

根據(jù)鋼材的強(qiáng)度，小截面就能有很大的承載力，所以鋼索吊頂很早就開始使用了。懸索在受力均勻的情況下一定會下垂呈現(xiàn)懸鏈曲線，索的兩端可以產(chǎn)生垂直向下的力，還能夠產(chǎn)生水平向內(nèi)的力。單向懸索結(jié)構(gòu)要支撐懸索的同時保持平衡，就要在索的兩端設(shè)置立柱和斜向拉索，從而均勻承受懸索所帶來的垂直和水平的力。但是單向懸索的穩(wěn)固性十分差，所以要提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定抗風(fēng)能力，就要采用雙層懸索或雙向懸索。通過這些形式的結(jié)構(gòu)交織成索網(wǎng)，然后通過預(yù)張拉后形成整體，這樣的設(shè)計具有優(yōu)越的穩(wěn)定性能和抗風(fēng)能力。由于懸索結(jié)構(gòu)具有形式多樣的特點(diǎn)，所以在具體的施工使用中十分靈活，使用的范圍也很廣。根據(jù)多變的面來促進(jìn)內(nèi)部空間的運(yùn)動感和宏偉感，如果處理的恰當(dāng)，那么就可以為建筑的形體和立面處理提供更多的可能性。

1.5膜結(jié)構(gòu)

膜結(jié)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)中是屬于最新發(fā)展的結(jié)構(gòu)類型，其特點(diǎn)是使用性能好的織物作為材料，或者通過膜內(nèi)注氣的方式來讓空氣壓力發(fā)揮作用支撐膜面，通過柔性鋼索和骨架來將膜面緊固，形成剛度大覆蓋面廣的結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)可以承重也可以圍護(hù)，相比于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，重量大大的減輕。根據(jù)支撐方式的不同，膜結(jié)構(gòu)可以分為：①空氣膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在跨度過大的時候通過氣承式方式，將膜材做成周圍密封的圓形雙層，在進(jìn)行重啟之后就可以形成飛碟狀；或者將膜材制作為半圓形圓筒，充氣后則是輪胎狀，通過這樣的元素組合屋頂。②懸掛膜結(jié)構(gòu)通常會使用獨(dú)立的桅桿或拱來支撐結(jié)構(gòu)，將鋼索和膜懸掛起來，再通過張力將索和膜緊繃，從而形成有一定剛度的屋頂。③骨架支撐的膜結(jié)構(gòu)通過鋼骨架來代替空氣膜的結(jié)構(gòu)，骨架可以根據(jù)需要選擇各種各樣的結(jié)構(gòu)形狀，通過在骨架上鋪設(shè)膜材料然后拉緊，來適用各種形狀的建筑物。④復(fù)合膜結(jié)構(gòu)是在膜結(jié)構(gòu)中新型的結(jié)構(gòu)，其組成是鋼索、膜材及少量受壓的桿件，其中包括連續(xù)的拉索和單獨(dú)的壓桿，在重力的作用下，中心的力量放射狀的傳向不同的位置和方向，特別適合圓形或者橢圓形的建筑。

2　結(jié)束語

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展必然會帶來建筑技術(shù)的改進(jìn)和完善，在施工的過程中，各種結(jié)構(gòu)形式不斷的發(fā)生變化，新的結(jié)構(gòu)形式不斷的出現(xiàn)，大跨度的建筑結(jié)構(gòu)體系慢慢發(fā)展成為建筑施工中重要的結(jié)構(gòu)形式。在以后的建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計必然是舉足輕重的，新穎的設(shè)計和良好的結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合，才能使得建筑物的質(zhì)量和功能都更加的完善和優(yōu)越，這樣的設(shè)計宗旨應(yīng)該是每一個建筑從業(yè)者的基本原則。

[1]徐洪濤.大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建構(gòu)研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2008.

[2]彭相國.現(xiàn)代大跨度木建筑的結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[3]朱周胤.基于建筑創(chuàng)作的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)研究[D].重慶大學(xué)，2008.

TU318

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1673-0038（2015）25-0009-01

2015-6-5