大跨建筑發(fā)展概述

武 濤

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

大跨建筑發(fā)展概述

武 濤

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

簡單介紹了大跨度建筑的發(fā)展歷史，著重對大跨鋼結構的主要形式及優(yōu)勢進行了闡述，并對大跨木結構的發(fā)展趨勢與限制因素作了分析，為大跨建筑的進一步發(fā)展奠定了基礎。

大跨度，建筑，結構，發(fā)展

0 引言

我們將橫向跨度大于60 m的各類空間結構統(tǒng)稱為大跨度空間結構。近些年來隨著經(jīng)濟水平的提高以及文化生活的發(fā)展，促使大量可同時容納上萬人的體育館以及大型的影劇院拔地而起，其中比較典型的有鳥巢、國家大劇院。它們以其寬敞明亮的空間和獨特的造型贏得人們贊揚的同時，也彰顯出大跨度建筑的巨大進步。

1 大跨度建筑的發(fā)展歷史

大跨度建筑的萌芽最早出現(xiàn)在古羅馬建筑的拱頂中，古羅馬帝國在全國各地修建的教堂、角斗場大多采用拱券結構，也正是憑借著其對拱券結構的深入認識，使得古羅馬建筑內部空間寬敞雄偉、功能齊全。其中建于東羅馬時期的圣索菲亞大教堂的拱頂跨度已達33 m，是當時大跨度建筑的典范。

近代大跨度建筑的發(fā)展在19世紀末取得了一定突破，主要成就體現(xiàn)在于1889年在巴黎世界博覽會中修建的跨度115 m的機械館。它深深受到工業(yè)革命的影響，采用當時最為先進的鋼制三鉸拱結構。20榀這種鋼拱相連形成一個一覽無余的內部空間，是繼英國水晶宮之后又一令人咋舌的建筑。

進入20世紀以來，由于土木工程材料的不斷豐富以及研究的不斷深入，特別是在鋼筋混凝土技術的研究方面，使結構的形式日新月異。例如，建于波蘭的布雷斯勞百年大廳總覆蓋面積超過5 000 m2，直徑有65 m之長，使用鋼筋混凝土肋穹頂結構。

到20世紀中葉，材料科學迅速發(fā)展，使得以合金鋼為首的一批輕質高強材料開始進入土木工程領域，這些材料的產(chǎn)生與應用極大地減輕了結構自重，促進了大跨度建筑的進一步發(fā)展。例如，形如倒扣著的貝殼的巴黎國家工業(yè)與技術中心陳列大廳，占地面積90 000 m2，采用雙層雙曲薄殼結構，每個殼體都采用分段預制，之后再通過預應力鋼筋混凝土將雙曲薄殼連接，每邊的跨度均達到了218 m。再如，為1964年東京奧運會而興建的日本代代木國立綜合體育館，是一座典型的使用懸索結構實現(xiàn)大跨度的建筑，長邊達到240 m，短邊也有120 m，整座建筑20 000 m2的面積全部為懸索托起。

2 大跨建筑的結構體系

混凝土結構因其自身重力大、形式單一等缺點不宜用于大跨度建筑當中。常用于大跨度建筑中的結構包括鋼結構、木結構和鋁合金結構，其中以鋼結構為主。本文以鋼結構為主對大跨度建筑的結構形式進行介紹并簡要介紹木結構大跨度建筑。

2.1 大跨鋼結構

常見鋼結構形式見表1。

表1 常見的鋼結構形式表

平面桿系結構中的輕型門式剛架以其重量輕、施工速度快、安裝方便等方面的優(yōu)勢得到了人們的一致認同，又因其高度的系統(tǒng)化與裝配化被廣泛應用于大型倉庫、飛機庫當中。例如，建于北京西郊機場的飛機庫正是利用這種建筑結構來實現(xiàn)72 m的大跨度的。

空間桿系結構中的網(wǎng)殼結構以及張力結構中的膜結構都是空間結構中發(fā)展最快的兩種結構形式。網(wǎng)殼結構因其兼具桿件結構和薄殼結構的主要優(yōu)點，可以形成優(yōu)美的建筑造型以及桿件單一，易于實現(xiàn)工廠化、預制化；便于快速安裝等長處。不僅在國內具有廣泛的市場，而且得到世界各國的普遍關注，是一種極具發(fā)展前景的結構形式。目前在我國已建成的網(wǎng)殼結構建筑多達80座，總建筑面積也已接近70 000 m2，每年用于網(wǎng)殼結構的鋼材多達20萬t，建造量已達800萬m2。其中以修建于1989年的北京奧林匹克體育中心綜合體育館最具代表性，其采用雙層圓柱面斜拉網(wǎng)殼，平面尺寸70 m×87 m，是當時國內網(wǎng)殼結構中跨度最大的。國外關于膜結構的發(fā)展起步較早，到19世紀70年代，膜結構已被廣泛應用于體育場館、展覽中心等需要開闊空間的建筑中。相比而言，我國的膜結構起步較晚，但是發(fā)展迅速不容小覷。僅在2003年一年全國膜結構建筑就達到了18萬t。2008年北京奧運會、2010年上海世博會和廣州亞運會的舉辦，引發(fā)了我國膜結構發(fā)展的高潮。“鳥巢”和“水立方”均采用雙層膜結構，充分利用、展現(xiàn)了膜結構的環(huán)保性、透光性等優(yōu)點，給人以簡潔、明快之感。

2.2 大跨木結構

木材用于大跨度建筑中具有很長的歷史，我國古代建筑的主要原材料即為木材。但受到科技水平及文明程度的影響，建筑形式比較單一，建筑的跨度也受到很大的限制。

近代大跨木結構的發(fā)展可以追溯到工業(yè)革命時期。工業(yè)革命后，以鋼筋、混凝土為代表的一批新興建筑材料迅速占據(jù)了人們的視野，木材在建筑行業(yè)中的作用漸漸被人淡忘。但工業(yè)革命催生了木材的工業(yè)化進程，使木材的深加工技術日趨完善，出現(xiàn)了新型木材如膠合木、層壓板等。它們與成材相比，強度提高，內應力減小，不易開裂與翹曲。這為木材在大跨度建筑中再次應用奠定了物質基礎。工業(yè)革命后期，伴隨著霧霾等環(huán)境污染問題的出現(xiàn)，人們的生活質量急劇下降。這引起了人們對環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等議題的重視。大跨木結構也順勢再次得到發(fā)展，促使了跨度162 m的世界第一座大型木結構穹頂——美國塔科馬穹頂，于1983年落成。

3 結語

隨著經(jīng)濟水平的上升以及物質生活的提高，無論是對于更大活動空間的要求還是對雄偉大氣建筑物的神往，都促進了大跨度建筑的進一步發(fā)展。相信隨著對建筑材料結構體系的進一步深入研究，大跨度建筑定會日益昌盛。

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The overview of large span architecture development

Wu Tao

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

This paper introduced the development history of large span architecture, emphatically elaborated the major forms and advantages of large span steel structure, and analyzed the development trend and limiting factors of large span wood structure, laid foundation for the further development of large span architecture.

large span, architecture, structure, development

2015-01-05

武 濤(1994- )，男，在讀本科生

1009-6825(2015)08-0060-02

TU393.3

A