1、大跨度建筑結構體系綜述【摘 要】隨著當前社會發展的過程中，建筑結構體系不斷的發生變化，大跨度鋼結構形式成為當前發展最快的結構體系之一。其在空間結構施工的過程中能夠良好的保持建筑結構的穩定性，是當前建筑結構體系發展的重要領域，更是當前預應力和自身承受力增加和提高的關鍵技術措施。本文就當前大跨度建筑結構體系的應用進行分析與探討。【關鍵字】大跨度空間結構；椼架結構與網架結構；殼體結構；懸索結構；膜結構大跨度空間鋼結構是當前社會發展過程中，人們為了提高空間利用率，在增加施工效率和減低施工成本控制的前提關鍵，采用先進的技術手段預應力進行改善和完善的過程。隨著當前預應力結構技術不斷的引入大跨度結構體系中，
2、使得傳統建筑結構逐步的發生改變，其張拉結構逐步的成為當前建筑施工的主要結構方式和結果措施。大跨度建筑結構體系的應用能夠有效的提高建筑物的穩定性和抗震性能。一、拱券結構及穹隆結構拱卷結構是當前建筑發展中最為常見的結構形式，其被廣泛的應用在西方建筑結構當中，在古希臘最為常見，其建筑結構設計和發展的前提基礎，更是當前建筑發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，就有擴大室內空間的要求。在古代建筑施工的過程中，由于建筑技術手段和施工工藝的欠缺，使得在建筑施工的過程中對空間利用不夠完善。古代建筑室內空間的擴大是和拱結構的演變發展緊密聯系著的，是通過拱門形式進行結構結構的連接和變化。人類為
3、了謀求更大室內空間在建筑施工的過程中采用各種技術分析手段和控制措施對建筑結構進行嚴格的設計和管理。券拱技術是羅馬建筑最大的特色及成就，它對歐洲建筑做出了巨大的貢獻，影響之大無與倫比。羅馬建筑典型的布局方法、空間組合、藝術形式和風格以及某些建筑的功能和規模等等都是同券拱結構有密切聯系。拱形結構在承受荷重后除產生重力外還要產生橫向的推力，為保持穩定，這種結構必須要有堅實、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的側墻，拱的跨度越大，支承它的墻則越厚。很明顯，這必然會影響空間組合的靈活性。為了克服這種局限，在長期的實踐中人們又在單向筒形拱的基礎上，創造出一種雙向交叉的
4、筒形拱。而之后為了建筑的發展熱門又創造出了穹隆結構穹隆結構也是一種古老的大跨度結構形式，早在公元前14世二、椼架結構與網架結構桁架結構是一種剛性大跨度結構，是在古代就存在的一種結構形式，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構。但是符合力學原理的新型椼架的出現卻是現代的事。椼架結構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，所以只適合擔當作屋頂結構。網架結構也是一種新型大跨度空間結構。它具有剛度大、變形小、應力分布均勻、能大幅度地減輕結構自重和節省材料等優點。網架結構可以用木材、鋼筋混凝土或鋼材來做，并且具有多種多樣的形式，使
5、用靈活方便，可適應于多種形式的建筑平面的要求。近來國內外許多大跨度公共建筑或工業建筑均普遍地采用這種新型的大跨度空間結構來覆蓋巨大的空間。當今，空間平板網架結構在我國已有較大發展，而由于網架結構多采用金屬管材制造，能承受較大的縱向彎曲力，與一般鋼結構相比，可節約大量鋼材和降低施工費用（根據有關資料統計，節約鋼材約35%，降低施工費用約25%。因此，空間網架的結構形式，用于大跨度建筑具有很大的經濟意義。另外，由于空間平板網架具有很大的剛度，所以結構高度不大，這對于大跨度空間造型的創作，具有無比的優越性。三、殼體結構一般而言，用輕質高強材料做成的結構，若按強度計算，其剖面尺寸可以大大地減小，但是這
6、種結構在荷載的作用下，卻容易因變形而失去穩定并最后導致破壞。而殼體結構正是由于合理的外形，不僅內部應力分配既合理又均勻，同時又可以保持極好的穩定性，所以殼體結構盡管厚度極小卻可以覆蓋很大的空間。殼體結構的剛度，取決于它的合理形狀，而不像其他結構形式需要加大結構斷面，所以材料消耗量低；其靜載也不像其他結構形式那樣隨跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很薄；該結構的承重和無蓋合而為一，使其更加經濟有效，且在建筑空間利用上越加充分。殼體結構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。在實際應用中，殼體結構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
7、米、東西最寬處為 97米的現澆鋼筋混凝土結構的基座上。而殼體結構既可以單獨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、矩形平面要求，又可以適應圓形平面、三角形平面，及至其他特殊形狀平面的要求。因為殼體結構屬于高效能空間薄壁結構范疇，可以適應于力學要求的各種曲線形狀，所以其承受彎曲及扭轉的能力遠比平面結構系統大。另外，因結構受力均勻，因而可充分發揮材料的材耗，所以殼體結構體系非常適用于大跨度的各類建筑。四、懸索結構由于鋼的強度很高，很小的截面就能夠承受很大的拉力，因而在本世紀初就開始用鋼索來懸吊屋頂結構。懸索在均勻荷載作用下必然下垂而呈懸鏈曲線的形
8、式，索的兩端不僅會產生垂直向下的壓力，而且還會產生向內的水平拉力。單向懸索結構為了支承懸索并保持平衡，必須在索的兩端設置立柱和斜向拉索，以分別承受懸索所給予的垂直壓力和水平拉力。單向懸索的穩定性很差，特別是在風力的作用下，容易產生振動和失穩。五、膜結構膜結構是空間結構中最新發展起來的一種類型，它以性能優良的織物為材料，或是向膜內充氣，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構體系。膜結構按其支承方式的不同，一般包括 (1) 空氣膜結構-跨度大時可用氣承式，就是在建筑物內部空間注以空氣，屋面的拱度一般都較低，以減小欺壓，大跨度時往往在建筑物的對角線方向布置交叉的鋼索，對膜面起加勁作用。而氣脹式空氣膜結構則是將膜材做成周圍密封的圓形雙層，充氣后形成飛碟狀；或將膜材作成半圓形圓筒，充氣后如同半個輪胎，以此為單元組合成各種屋蓋。六、結束語隨著當前社會技術的不斷發展，在建筑施工的過程中各種結構形式不斷的變化，大跨度建筑結構體系逐步成為當前建筑施工中的主要應用形式。在建筑施工中，無論是從建筑歷史抑或是從今后發展來看，在建筑設計中其結構設計擁有者舉足輕重的低位，是古往今來的主要結構設計和追求的方式，更是實現結構形式與當前人文環境協調統一發展的關鍵。因此在建筑施工中其建筑結構是當前施工和設計的重點，是每個建筑者必須掌握的。
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