大跨度結構在建筑設計中的應用分析

張麗莉

摘 要：大跨度結構形式非常多樣，無論是網架結構、薄殼結構，還是懸索結構或者是穹隆結構，這些結構形式都能夠打造出跨度極大的建筑空間，能夠打造出形態與風格極其多樣的現代化建筑。大跨度結構越來越廣泛的出現在各類建筑中，這種結構不僅能夠打造出更為豐富多樣的建筑群，該結構形式也有著許多獨有的優越性。文章對此進行了分析研究。

關鍵詞：大跨度結構；建筑設計；應用；分析

隨著建筑形式的不斷多樣化，大跨度結構越來越廣泛的出現在各類建筑中，這種結構不僅能夠打造出更為豐富多樣的建筑群，該結構形式也有著許多獨有的優越性。本文將具體談談大跨度結構在建筑設計中的應用分析。

1 椼架結構與網架結構

椼架結構和網架結構都可以作為大跨度結構在建筑設計中發揮作用。雖說在古代就已經有了用木材做成的形式多樣的構架被用作屋頂結構，但是椼架結構的產生卻是現代的事情，椼架結構才是真正符合力學原理，并且可以作為跨越較大空間的大跨度結構。網架結構作為大跨度結構則更為普遍，不僅如此，網架結構也有著其特有的優越性。一方面網架結構具備形變小、剛度大、應力分布均勻并且能夠借助大面積減輕結構自重的方法來減少建筑用材等優勢。這些都使得網架結構是一種應用較為普遍的大跨度結構。

比起椼架結構而言，網架結構的應用更為普遍。50年代后期上海同濟大學曾建造了裝配整體式鋼筋混凝土單層聯方網架殼形結構建筑，大廳部分凈跨度為40米，外跨度54米，這是一個非常典型的網架大跨度結構，這個建筑也很有代表性。上海文化廣場的改建設計則采用了鋼結構球節點平板型網架，1970年建成，這也是網架結構使用的一個很好的典范。

2 薄殼結構（又稱殼體結構）

薄殼結構是大跨度結構中很有代表性的一種。通常情況下采用輕質且強度高的材質所做成的結構，如果按照強度計算其剖面尺度通常都可以大幅度縮減，但是也存在一個問題，這種結構往往穩定性較差，尤其是在荷載的情況下很容易由于形變而失去內在的穩定性。薄殼結構則很好的避免了這些不足，這種結構模式往往能夠均勻合理的分配其內部應力，并且能夠長時間保持非常好的穩定性，所以薄殼結構是大跨度結構中一個很好的典范。

薄殼結構在大跨度結構中也較為常見，其中最典型的一個例子便是人們熟知的悉尼歌劇院。整個悉尼歌劇院的屋頂是由三組巨大的殼體組成，聳立在一南北長186米、東西最寬處為 97米的現澆鋼筋混凝土結構的基座上。殼體的用途也非常多樣，既可以每一個殼體獨立使用，同時，三個殼體也可以組合起來共同使用。正是因為這種組合的多樣性，使得這一組殼體所覆蓋的面積也可以根據需求產生變化。既可以覆蓋大面積，也可以借助殼體變化覆蓋中等面積。不僅如此，覆蓋的形狀也非常多樣，長方形、矩形、三角形、圓形，這些形狀的平面都可以得到，甚至還可以組合成其它更為特殊形狀的平面。薄殼結構在悉尼歌劇院中的應用將其特征及其優越性都發揮到了極致，是一個非常成功的大跨度結構在建筑中應用的實例。

3 懸索結構

隨著鋼材在建筑應用中的日趨廣泛，這種性能非常優質的材料也慢慢成為大跨度結構的一種用材。鋼材通常都具備很高的強度，很小的截面就能夠承受很大的壓力，因此，采用鋼索搭建懸吊屋頂結構慢慢發展成為一種新型的大跨度結構。如果是單向懸索其穩定性及強度通常較差，在大風的作用下更是容易振動失衡。想要彌補這種缺陷將單向懸索換成雙向懸索是一個很好的選擇。雙向懸索通常都分為上下兩層，上層為穩定層，起到整個結構的穩定作用，下層則為承重層，需要承受整個屋頂的負載量。這種雙向懸索通常具有很好的承重性及穩定性，并且具備很大的空間跨度。

懸索結構的應用可以追溯到很早的階段，早在上世界50年代美國羅利市便建成了著名的牲畜場。這個建筑采用了一種少見的雙曲馬鞍形懸索結構。上世界1960年前后建造的位于華盛頓的杜勒斯國際機場的候機廳也采取了這種懸索結構。候機廳的空間面積非常廣闊，上下一共分為兩層，屋頂上懸掛的一組直徑為2.5cm的懸索將整個候機大廳長183m、夸45m的空間結構支撐起來，可謂是一個建筑奇觀。

4 拱券結構及穹隆結構

歷史最為悠久的大跨度結構應當屬拱券結構及穹隆結構，早在2000多年前的古希臘時期這種建筑形式就已經存在，這種結構具有非常顯著的擴大室內空間的功效。古代時期遠沒有現代社會這么多的建筑材料，石頭通常是建筑物建造中最為常用的材料，然而，僅僅借助這些最為原始的材料古人們憑借智慧已經打造出了一種最為古老的大跨度結構。古建筑室內空間的逐漸擴大與延伸，這和拱形結構的不斷發展演變有著很直接的關系。對于建筑歷史展開研究后不難發現，各種形式的拱結構，無論是簡形拱、交叉拱還是穹隆，這些結構的產生都是先人為了能夠逐漸擴大室內空間才慢慢被發掘與利用。

拱形結構是最早被用作擴大室內空間的一種大跨度結構，然而，這種結構自身卻存在著一些局限性，不僅會制約空間組合的靈活程度，為了保持建筑物整體的穩定需要有很厚實的支座來支撐拱頂。為了化解這種不足，人們在長期實踐中找到了以雙向交叉的簡形拱作為替代，之后又創造了另一種更為優越的結構——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世紀建造的阿托雷斯寶庫所運用的就是一個直徑為14.5米的疊澀穹隆。到了羅馬時代，半球形的穹隆結構已被廣泛地運用于各種類型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神廟。神殿的直徑為43.3米，其上部覆蓋的是一個由混凝土做成的穹隆結構。

大跨度結構形式非常多樣，無論是網架結構、薄殼結構，還是懸索結構或者是穹隆結構，這些結構形式都能夠打造出跨度極大的建筑空間，能夠打造出形態與風格極其多樣的現代化建筑。隨著對大跨度結構在建筑設計中應用研究的不斷深入，相信日后的建筑設計中對其的使用會更為成熟，這種結構也能夠更好的為建筑設計服務。

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