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大跨度建筑结构表现的建构研究彭李雷

发表时间：2020/1/13 来源：《防护工程》2019年18期作者：彭李雷

[导读] 伴随着科学技术的发展，建筑物的形式发展迅速，为了适应各种新出现的建筑类型，不同的结构类型不断的进行演变和改进。

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　　摘要：随着经济的发展和社会的进步，建筑结构的体系在逐渐的发生改变，大跨度钢结构形式在当今建筑领域成为发展最为迅速的结构体系之一。本文就这一问题进行了深入的研究和探讨，并将研究成果展示如下。
　　关键词：大跨度空间结构；桁架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构
　　
　　
　　一、引言
　　伴随着科学技术的发展，建筑物的形式发展迅速，为了适应各种新出现的建筑类型，不同的结构类型不断的进行演变和改进。在预应力结构技术得到不断深入的发展的时候，大跨度结构被引入到结构体系当中，这一引入，让传统的建筑结构发生了变化，传统的张拉结构慢慢的变成当前建筑施工的重要结构方式和措施。大跨度建筑主要是有网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五种主要的空间结构组成的，其中也包含这五种结构的演变组合。施工实践证明大跨度建筑结构体系能够很好的改善建筑物的稳定性能和抗震性能。
　　二、建筑工程中大跨度建筑结构体系分析
　　1、大跨度结构中的拱卷结构及穹隆结构
　　拱卷结构是在目前我国的建筑发展中是十分常见的形式，在西方建筑的结构中已经得到了广泛的应用，这一结构的设计和发展是当前建筑施工发展的重要措施和完善施工的重要基础。在古代建筑中，室内空间的加大是由拱结构来确定的，通过拱门的形式来进行结构的变化以及连接。在发展的过程中，人类为了寻求更大的空间对施工中采用过的技术手段进行严格的分析和把控。在拱形结构承受很大的重力之后产生横向的推力，为了保证稳定，拱结构就必须有稳定的支座。所以通过实践，单向筒在应用的过程中，逐渐使得拱结构变成了筒形拱。
　　2、桁架结构与网架结构
　　桁架也是大跨度结构中的一种，在古代，尽管也有很多木材制作的结构来当做屋顶的结构，但是根据力学原理设计新型桁架是现代技术发展的结果。桁架结构可以横跨比较大的空间，但是其自身的高度加上上弦通常是采用两坡后曲线的形式，因此只能被应用在屋顶的结构中。
　　网架结构作为新型的大跨度空间结构。其特点是刚度大、变形小，同时应力分布均匀，这样就能够大大的减轻结构自己的重力，同时还可以节约材料。在网架结构中，包含单层平面网架、单层曲面网架、单层平板网架和双层穹隆网架等多种形式。然而平面网架大多是通过两组户型交差的正方形网格组成，可正可斜。所以这种网架结构比较适合正方形和比较规则的建筑平面中运用。但是若将单层平面网架转变为曲面拱或穹隆网架，可以不断的提高结构的高度，同时减少构件的弯曲力，增加结构的跨度。网架结构的材料可以是木材，可以是钢筋混凝土也可以是钢材，并且很多形式都可以运用到这一结构中来，施工十分的灵活方便。对于建筑的使用面更广。网架结构具备框架结构的普遍特点，承重系统与非承重系统的部分分工十分的明确，而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断，则只是承受自身的重量。在网架结构体系中，室内的空间按照功能要求加以分割，可以封闭也可以开放。所以空间网架的形式在大跨度空间造型中有很好的作用。
　　3、壳体结构
　　通常来说，用轻质高强的材料制作的结构，单以强度来计算，截面的尺寸可以有很大的减小，只是这种结构在承载力的作用下很容易变形而失去稳定性，最终很容易造成整个结构的破坏。

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壳体结构具备科学的外形，内部的应力分配十分合理均匀，同时自身可以保持很好的稳定性，因此壳体结构虽然厚度小，但是覆盖的空间相对较大。壳体结构的刚度，是由于它自身合理的形状来决定的。这一结构具有低消耗的特点，厚度就可以减小。这种结构的承重和无盖结合，可以使得这种结构更加经济有效，同时在建筑空间使用中还能够得到更大的发挥。在受力情况发生改变时，壳体结构可以根据不同的受力情况分为折板、单曲面壳和双曲面壳等各种结构类型。壳体结构的优越之处是能够单一使用也可以组合使用，覆盖的面积可以根据需要自行调整；在具体的应用中可以用作方形、矩形等相对规整的平面要求，也可以使用圆形、三角形不规则甚至是特殊形状的平面要求。壳体结构属于高效能空间薄壁结构的范围，因此可以根据力学的需要来进行各种形状曲线的改变，所以承受弯曲和扭转的能力比平面的结构大很多。除此之外，壳体结构受力更均匀，可以充分的发挥材料的材耗，适合各种大跨度的建筑结构。
　　4、悬索结构
　　根据钢材的强度，小截面就能有很大的承载力，所以钢索吊顶很早就开始使用了。悬索在受力均匀的情况下一定会下垂呈现悬链曲线，索的两端可以产生垂直向下的力，还能够产生水平向内的力。单向悬索结构要支撑悬索的同时保持平衡，就要在索的两端设置立柱和斜向拉索，从而均匀承受悬索所带来的垂直和水平的力。但是单向悬索的稳固性十分差，所以要提高结构的稳定抗风能力，就要采用双层悬索或双向悬索。通过这些形式的结构交织成索网，然后通过预张拉后形成整体，这样的设计具有优越的稳定性能和抗风能力。由于悬索结构具有形式多样的特点，所以在具体的施工使用中十分灵活，使用的范围也很广。根据多变的面来促进内部空间的运动感和宏伟感，如果处理的恰当，那么就可以为建筑的形体和立面处理提供更多的可能性。
　　5、膜结构
　　膜结构在空间结构中是属于最新发展的结构类型，其特点是使用性能好的织物作为材料，或者通过膜内注气的方式来让空气压力发挥作用支撑膜面，通过柔性钢索和骨架来将膜面紧固，形成刚度大覆盖面广的结构。膜结构可以承重也可以围护，相比于传统的建筑结构，重量大大的减轻。根据支撑方式的不同，膜结构可以分为： (1) 空气膜结构，这种结构在跨度过大的时候通过气承式方式，将膜材做成周围密封的圆形双层，在进行重启之后就可以形成飞碟的星组昂；或者将膜材制作为半圆形圆筒，充气后则是轮胎状，通过这样的元素组合屋顶。(2) 悬挂膜结构通常会使用独立的桅杆或拱来支撑结构，将钢索和膜悬挂起来，再通过张力将索和膜紧绷，从而形成有一定刚度的屋顶。（3）骨架支撑的膜结构通过钢骨架来代替空气膜的结构，骨架可以根据需要选择各种各样的结构形状，通过在骨架上铺设膜材料然后拉紧，来适用各种形状的建筑物。（4）复合膜结构是在膜结构中新型的结构，其组成是钢索、膜材及少量受压的杆件，其中包括连续的拉索和单独的压杆，在重力的作用下，中心的力量放射状的传向不同的位置和方向，特别适合圆形或者椭圆形的建筑。
　　三、结束语
　　伴随着经济的发展，社会的进步，科技的发展必然会带来建筑技术的改进和完善，在施工的过程中，各种结构形式不断的发生变化，新的结构形式不断的出现，大跨度的建筑结构体系慢慢发展成为建筑施工中重要的结构形式。在以后的建筑设计中，结构设计必然是举足轻重的，新颖的设计和良好的结构形式相结合，才能使得建筑物的质量和功能都更加的完善和优越，这样的设计宗旨应该是每一个建筑从业者的基本原则。
　　参考文献:
　　[1] 杨峰. 表皮·媒介·科技——解读德国慕尼黑安联大球场[J]. 世界建筑. 2005(04)
　　[2] 齐中凯,纪怀禄. 以表现主义方式存在——信息时代的新表现主义建筑[J]. 世界建筑. 2005(04)