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

        2019-10-31 08:10:17廖玲
        建筑建材裝飾 2019年9期

        廖玲

        摘要:隨著當(dāng)前社會(huì)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(guó)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(huì)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(duì)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(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)也就顯現(xiàn)出來,由于只需要將鋼材按照?qǐng)D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(huì)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(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(shì)。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(yǔ)

        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(huì)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(huì)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。

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