方強(qiáng)

（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(jì)的研究

方強(qiáng)

（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(huì)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)以超高速發(fā)展，同時(shí)也大大推動(dòng)了人們生活水平進(jìn)步。正因?yàn)槿绱?，也使得人們?cè)趯?duì)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(shí)，在一定程度上也增強(qiáng)了人們對(duì)待房屋結(jié)構(gòu)和建筑風(fēng)格建設(shè)與設(shè)計(jì)的要求。通過對(duì)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(jìn)程推動(dòng)下無論是我國還是世界上其他國家在對(duì)大跨度建筑時(shí)更加注重對(duì)于建筑物屋頂形式的表達(dá)，并盡可能在最大限度彰顯其設(shè)計(jì)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(gè)國家建筑水平最重要標(biāo)志之一，能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)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(jì)過程進(jìn)行探究，重點(diǎn)分析了其大跨度建筑結(jié)構(gòu)各形式、特點(diǎn)，并希望能為同行工作提供參考。

大跨度建筑；建筑特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)形式；設(shè)計(jì)

近年來，隨著國家科技水平逐漸增強(qiáng)，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(diǎn)，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(duì)復(fù)雜的新空間。這其中就包括體育館、會(huì)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(huì)人類創(chuàng)造提供了幫助，比如：樹冠、貝殼等。正因?yàn)槿绱耍矘?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?，F(xiàn)如今，人們也已不再單單滿足于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)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(jìn)程。所以，建筑過程中只有將精確數(shù)據(jù)分析同先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(huì)進(jìn)程也在不斷進(jìn)行改革與創(chuàng)新，建筑行業(yè)為了在最大限度上滿足社會(huì)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(huì)展中心以及火車站、機(jī)場(chǎng)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(shí)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(jìn)行有效配合、互相演變?，F(xiàn)如今市場(chǎng)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(yùn)而生。

2　大跨度建筑設(shè)計(jì)定位

建筑設(shè)計(jì)過程是屬于一個(gè)相對(duì)理性過程，是指將建筑物牢固性、美觀性及實(shí)用性于一身的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)造。建筑形式的設(shè)計(jì)是作為項(xiàng)目整體最突出部分，也是最重要形式之一。同時(shí)，建筑物設(shè)計(jì)過程也涉及到人類對(duì)于美學(xué)的了解，提高對(duì)事物美觀鑒賞也是做好項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)最直接也是最基本途徑。正因?yàn)槿绱?，后來才在這基礎(chǔ)上確立了大跨度建筑物的基本前進(jìn)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(jì)形式也變得特殊。

3　剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)

一般，人們通常會(huì)將剛架結(jié)構(gòu)根據(jù)其特點(diǎn)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(qiáng)，但有時(shí)候由于地基條件相對(duì)較差，會(huì)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(duì)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(shí)，剛架也不會(huì)產(chǎn)生多余內(nèi)力。正因?yàn)槿绱?，通常施工的建筑物較小時(shí)，更多會(huì)使用三鉸剛架，無鉸剛架與兩鉸剛架則更多運(yùn)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(yùn)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(jī)場(chǎng)以及1992年開始在香港建設(shè)新國際機(jī)場(chǎng)等等。同時(shí)，剛架結(jié)構(gòu)在建筑物屋頂建設(shè)也得到了廣泛運(yùn)用，剛架結(jié)構(gòu)在施工過程中建筑輪廓能夠進(jìn)行多樣性變化，并且制作簡(jiǎn)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(shí)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(diǎn)與設(shè)計(jì)

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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(shí)，拱高被人們測(cè)量出來只有7.23m，而拱高與跨度為1：5的比值，這樣利于實(shí)現(xiàn)低橋面與大跨度雙重目的，達(dá)到橋面平穩(wěn)效果，方便過路車輛以及行人同行。同時(shí)，還能在一定程度上減少對(duì)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(jī)場(chǎng)東側(cè)的保稅局，該局占地690余畝。一般路過該地的人都會(huì)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(gè)彎曲形狀，這樣能夠充分運(yùn)用材料強(qiáng)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(gè)堅(jiān)固支座來抵抗橫向推力。因此，人們通常會(huì)在拱形兩側(cè)建立后墻來進(jìn)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(jìn)行施工。同時(shí)，在對(duì)拱形結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行施工時(shí)還能夠在拱形兩邊構(gòu)建一個(gè)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(jì)

在對(duì)大跨度建筑物項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)與實(shí)施過程之中，除了關(guān)系到建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，還涉及到了屋頂形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而這些結(jié)構(gòu)也是作為是項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)，在對(duì)大跨度建筑物設(shè)計(jì)過程中，務(wù)必要認(rèn)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(rèn)結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)之后再對(duì)其功能進(jìn)行有效、合理設(shè)計(jì)。

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(jìn)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代。大跨度建筑在人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程之中，能夠?yàn)樯鐣?huì)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(huì)人們所一直追求的根本目標(biāo)?？臻g結(jié)構(gòu)進(jìn)程能夠從根本上反映出現(xiàn)代人類社會(huì)建筑歷史進(jìn)程。同時(shí)，也能在一定程度上滿足人們對(duì)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(mèng)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(shí)，也提高了建筑物的使用價(jià)值。隨著人們對(duì)建筑創(chuàng)新意識(shí)的增強(qiáng)，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(jì)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(shí)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(jìn)水平的步伐，因此，想要在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到世界先進(jìn)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(jìn)發(fā)，不通過借鑒外國先進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國實(shí)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(jì)[J].山西建筑，2014，40（20）：61～ 62.

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[3]許靖芳.交通建筑中大跨度結(jié)構(gòu)形式與使用者體驗(yàn)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(qiáng)（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事招投標(biāo)方面的工作。