大跨度空間結構探析

近年來，大跨度空間結構形式豐富多樣，技術水平也在不斷提高。但是，大跨度建筑投資大、影響因素多，需要對其進行合理的研究決策，以獲得最佳結構方案并節省投資、提高效率。因此，結構選型問題在大跨度結構設計中}一分重要。大跨度結構選型，小僅要了解各種結構的分類及特點，熟知相關結構選型的關鍵因素，并且能使各因素協調統

1.大跨度空間結構的概念
橫向跨越60m以上空間的各類結構可稱為大跨度空間結構。常用的大跨度空間結構形式包括:網架結構、網殼結構、薄殼結構、膜結構、懸索結構等基本空間結構及各類組合空間結構。多運用于影劇院、體育館、展覽館、大會堂、航空港候機大廳等大型公共建筑及大跨度廠房、飛機裝配車問、大型倉庫等工業建筑。

2.大跨度空間結構的發展動態                                                              
21世紀以來，中國文化事業和體育賽事如火如荼地開展，同時新建了大量體育建筑及文化建筑，因此大跨度空間結構發展迅速。例如，以北京奧運會、上海世博會等為契機，建造的大型體育場館的建設規模和技術水平在世界上都是領先的，也將成為我國空間結構發展的里程碑。

3.大跨度空間結構的形式及特點                                                    

3.1網架結構
網架是由多根桿件按照一定的網格形式通過節點連結而成的空間結構。網架結構可用作體育館、影劇院、展覽廳、候車廳、體育場看臺雨篷、飛機庫、雙向大柱距車問等建筑的屋蓋。

3.1.1網架結構的種類
網架結構種類甚多，可按小同的標準對其進行分類。根據網架本身的構造可分為:單層網架結構、雙層網架結構、三層網架結構。根據組成方式小同，又可將網架分為四大類:交叉析架體系網架、三角錐體系網架結構、四角錐體系網架、六角錐體系網架。

3.1.2網架結構的特點
網架結構也是一種常見的大跨度空間結構。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、抗震性能好和節省材料等優點。木材、鋼筋混凝土或鋼材都可以構成網架結構，具有多種多樣的形式，施工簡單，使用靈活方便，可滿足多種形式的建筑平面要求。

3.2薄殼結構
殼，是一種曲面構件，它受力較為復雜，主要通過殼體曲面傳遞(圖1)。薄殼結構就是曲面的薄壁結構，按曲面生成的形式分為筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼等，材料大都采用鋼筋和混凝土。薄殼結構一般多采用鋼筋混凝土整體澆注而成，因而施工中耗用模板和腳手架較多，所需勞動力也較大。隨著高強度鋼材的廣泛使用和新型結構的發展，薄殼結構的應用近年有所減少。

3.2.1薄殼結構的種類
薄殼結構包括球殼、筒殼、雙曲扁殼和扭殼等多種形式。

3.2.2薄殼結構的特點
殼體能充分利用材料強度，同時又能將承重與圍護兩種功能融合為一。實際工程中還可將空間曲面進行切削與組合，形成造型奇特新穎且能適應各種平面的建筑。薄殼結構的優點是可以把受到的壓力均勻地分散到殼體的各個部分，減少受到的壓力。

3.3網殼結構
網殼是一種與平板網架類似的空間桿系結構，以桿件為基礎，按一定規律組成網格，按殼體結構布置的空間構架，它兼具桿系和殼體的性質。

3.3.1網殼結構的種類
網殼結構包括單層網殼結構、預應力網殼結構、板錐網殼結構、肋環型索承網殼結構、單層叉筒網殼結構等。

3.3.2網殼結構的特點
網殼結構具有以下特點:
①網殼結構兼有桿件結構和薄殼結構的主要特性，受力合理，有較大的剛度，結構變形小，穩定性高，節省材料；
②建筑造型優美；
③用范圍廣，既可以用于中、小跨度的民用和工業建筑，也可用于大跨度的各種建筑，特別是超大跨度的建筑；
④桿件單一，工業化預制生產，安裝簡便快速，適應各種條件下采用的施工工藝，綜合經濟指標較好；
⑤由于網殼結構呈曲面形狀，形成了自然排水功能。

3.4膜結構
膜結構是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構形式，膜結構是由多種高強薄膜材料及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結構，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中
3.4.1膜結構的分類
按結構可分為:支承式膜結構、張拉式膜結構、充氣式膜結構。按支承條件分為:柔性支承結構體系、剛性支承結構體系、混合支承結構體系
3.4.2膜結構的特點
膜結構具有以下特點:
①建筑造型優美:②環保性:③透光性:④自清潔性: ⑤隔熱性⑥跨度丸⑦防火性與抗震性⑧施工周期短;⑨耐久性較差。

3.5懸索結構
懸索結構是以一系列受拉的索作為主要受力構件，并將其按一定規律排列組成各種形式的體系后，懸掛到相應的支承結構上。懸索結構通過索的軸向拉伸來抵抗外荷載作用，它可以最充分地利用材料的強度，大大減輕結構自重，使得其在保證經濟性的情況下具有較大的跨度。其代表建筑為日本東京代代木國立綜合體育館。
懸索結構按受力狀態分成平面結構和空間結構。
平面懸索結構，多用于懸索橋和架空管道。按結構形式分為:①單層懸索結構;②加勁式單層懸索結構;③雙層懸索結構。
空間懸索結構，多用于大跨度屋蓋結構中。按結構形式分為:①圓形單層懸索結構;②圓形雙層懸索結構;③雙向正交索網結構。
除上述懸索結構外，工程中還常用斜拉索結構，如斜拉橋和斜拉索屋蓋。