大跨度建筑結構形式與設計要點分析

■謝 明 ■尋烏縣建筑設計室，江西 尋烏 342200

近年來我國的社會、經(jīng)濟水平在不斷的發(fā)展和提高，科技領域也得到了飛速的發(fā)展，為了不斷的滿足我國人民及社會的物質(zhì)需求，不斷涌現(xiàn)出多種多樣的建筑的結構和類型。就目前情況來看大跨度建筑建構已經(jīng)逐步發(fā)展成為我國建筑行業(yè)的主要方向，例如會展中心、體育場館、電影劇院等等功能、形態(tài)復雜的空間結構。在常見的大跨度建筑結構形式共有以下五種分別是網(wǎng)殼結構、網(wǎng)架結構、薄殼結構、懸索結構、膜結構。

1 大跨度建筑結構概述

1.1 大跨度建筑概念

我們常說的大跨度建筑結構一般是指建筑結構的跨度以30m 為界限，超過這一界限的變?yōu)榇罂缍冉ㄖY構。而我國目前執(zhí)行的鋼結構施工規(guī)范中規(guī)定，這一跨度界限為60m。在現(xiàn)階段的建筑工程中，大跨度建筑結構體系往往被應用于體育館、各類結構復雜的劇院、會展中心等等大型的形狀各異的建筑中。從發(fā)展的角度看，隨著科學技術的不斷發(fā)展和提高，大空間建筑結構發(fā)展也會朝著越來越復雜的方向前進，進而為今后大空間建筑結構的設計提出了更進一步的要求和挑戰(zhàn)。

1.2 大跨度建筑結構構成

在常見的大跨度建筑結構形式共有以下五種分別是網(wǎng)殼結構、網(wǎng)架結構、薄殼結構、懸索結構、膜結構。除此之外雖然還有一些結構形式，但是基本都是由上述五種基本結構形式相互組合演變發(fā)展而來，因此由于這些結構的多樣性才造就了如今多姿多彩的建筑空間新結構。

2 常見大跨度建筑結構的形式與設計分析

根據(jù)常見的大跨度建筑結構即網(wǎng)殼結構、網(wǎng)架結構、薄殼結構、懸索結構、膜結構。我們主要對這五種結構的形式和設計進行相關分析。

2.1 網(wǎng)殼結構的形式與特點

網(wǎng)殼結構在建筑工程施工建設中是一種與平板網(wǎng)架極為相似的空間桿系結構體系。網(wǎng)殼結構在建筑工程施工建設中承受力基礎是以桿件為主要利用對象，而后將桿件按照一定的規(guī)則相互組合和搭配，最終形成為一種具備著結構布置的空間構架。采用網(wǎng)殼技術會使得桿系同殼體形成渾然一體的狀態(tài)，具備極好的壓力感強、傳力性質(zhì)好的建筑工程結構。在實際的工程建設中，網(wǎng)殼結構受到了廣泛的關注，因此其發(fā)展的前景及市場空間潛力巨大。

(1)網(wǎng)殼結構的形式。網(wǎng)殼結構主要形式有雙曲面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼等等。

(2)網(wǎng)殼結構主要特點。就常規(guī)的情況來說，采用輕質(zhì)高強材料而做成的結構，從強度的方面出發(fā)計算，結構的剖面尺寸則可以極大的減小，然而網(wǎng)殼結構在荷載的作用之后，則較容易發(fā)生變形，從而破壞其穩(wěn)定性最終導致被破壞。

2.2 網(wǎng)架結構

網(wǎng)架結構就是通過多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式利用節(jié)點相互聯(lián)結而形成的一種新型的空間結構。網(wǎng)架結構具有很多的優(yōu)點例如重量輕、空間受力性好、抗震性能好、剛性強的一種新型的建筑結構。網(wǎng)架結構主要是被應用于體育場、會展中心、大劇院一類的大型建筑物當中。

(1)網(wǎng)架結構形式分析。在網(wǎng)架結構形式分析中，主要可以從兩向網(wǎng)架、三角錐、四角錐體組成以及六角椎體組成的網(wǎng)架結構，其具體內(nèi)容如下:①兩向網(wǎng)架結構?，F(xiàn)階段在施工中較為常見的是兩向斜向放網(wǎng)架、兩向校正放網(wǎng)架、以及三向網(wǎng)架等形式。②三角錐組成的網(wǎng)架結構?，F(xiàn)階段在施工中較為常見的是抽空三角錐網(wǎng)架(分Ⅰ型和Ⅱ型)、三角錐網(wǎng)架、蜂窩形三角錐網(wǎng)架等型式。③四角錐體組成的網(wǎng)架結構。現(xiàn)階段在施工中較為常見的是斜放四角錐網(wǎng)架、正放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、星型四角錐網(wǎng)架、單向折線型網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架等型式。④六角錐體組成的網(wǎng)架結構。現(xiàn)階段在施工中較為常見的是正六角錐網(wǎng)架。

(2)網(wǎng)架結構的主要特點。網(wǎng)架結構主要特點包括傳力途徑方便、空間工作、工程質(zhì)量較高、穩(wěn)定系數(shù)好、平面布置靈活、生產(chǎn)效率高、可裝飾程度高、美觀性好等等。基于上述優(yōu)點在現(xiàn)代化的建筑工程施工建設中應用非常廣泛，雖然網(wǎng)架結構技術在很多的大型建筑工程項目中得到了很多的應用，但是任何一項技術都不可能滿足所有工程的施工要求，因此該項技術本身也存在著一定的缺點，例如桿件制作紛繁復雜、桿件數(shù)量多等等。

2.3 薄殼結構的形式與特點

(1)薄殼結構的形式。薄殼結構按建造材料可分為鋼薄殼、鋼筋混凝土薄殼、復合材料薄殼、磚薄殼等。薄殼結構按曲面形成可分為移動殼與旋轉(zhuǎn)殼。

(2)薄殼結構的特點。薄殼結構的特點有剛度大、強度高、省材料、性價比高等特點。

2.4 懸索結構

(1)懸索結構形式。懸索結構按索的布置方向和層數(shù)分為:雙向單層懸索結構;輻射式單層懸索結構;單向單層懸索結構;輻射式預應力懸索結構;雙向雙層預應力懸索結構;單向雙層預應力懸索結構;預應力索網(wǎng)結構等。

(2)懸索結構的特點。僅通過索的軸向拉伸來抵抗外荷載的作用，結構中不出現(xiàn)彎距和剪力效應。

2.5 膜結構的形式與特點

(1)膜結構按其支承方式可分為，骨架支撐膜結構、氣承式、復合膜、懸掛膜結構。

(2)膜結構主要特點:自重輕、跨度大;建筑造型自由豐富。

3 大跨度建筑結構形式的設計要點

3.1 大跨度建筑結構桁架的設計

桁架是由桿件組成的一種網(wǎng)格式結構體系。桿件相互之間鉸合在一起，當收到外力作用之時，單棍桁架的整體性較好，且上、下弦桿件之間焊接的接頭少，因此不容易發(fā)生焊接變形。尤其是整榀桁架制作過程較快、幾何偏差小，可以有效的降低二次倒運，既節(jié)省的時間成本又減少了制作成本。因此可以采用流水線的生產(chǎn)方式來提高鋼結構桁架的制作效率及機械化程度。除此之外，為了盡可能的減少鋼結構桁架的工作量，而且為了方便后期的運輸，因此要盡可能的將桁架的數(shù)量減少。一榀桁架可以進行分時段進行焊接工作，且盡可能的避開節(jié)點。

3.2 大跨度建筑結構形式的選擇

在進行結構形式的選擇時我們主要從兩個方面進行即剛、柔混合結構和剛性混合結構。其中剛?cè)峄旌象w系包括混合吊掛、混合張拉、混合加勁以及半剛性懸掛四種類型。剛性混合結構常見的是拱梁結合、拱桿結合以及梁桿結合三種形式。

3.3 大跨度建筑結構的高度和寬度比控制

需要將大跨度建筑結構的高度寬度比控制在一個科學、合理的范圍之內(nèi)，當超過這一范圍時就要進行相關研究，采取必要的措施。

4 結束語

大跨度建筑結構主要特點就是性價比高、承載力相對較大、適用范圍廣。但缺點是氣施工的環(huán)節(jié)較多，對技術工藝要求也較高，整體性很強，特別是在大跨度彎頂和橋梁等設計之中。

［1］王超.淺析大跨度建筑結構形式與設計［J］.科技創(chuàng)業(yè)家，2013(12):39-39.

［2］劉永建.大跨度拱支結構力學性能與施工技術研究［D］.天津大學，2012.