空間網架結構概論

高潔

【摘 要】文主要介紹了空間結構的形式各個形式結構的特點，包括剛性結構體系、柔性結構體系、雜交結構體系、折疊結構、開合結構、玻璃結構。簡單分析了空間網架結構的優缺點。

【關鍵詞】鋼結構；空間網架結構

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-000104-01

一、鋼結構中空間網架結構的應用現狀

近年來，國內大型鋼結構工程建設項目越來越多，各種形式的空間結構已向超大跨度結構發展，其中空間網架結構應用的非常廣泛。例如天津體育中心，雙層球面網殼，焊接球節點；國家大劇院外部圍護結構為鋼結構網殼，深圳機場候機大廳，濟南長途汽車總站客運樓，天津自然博物館……一些已建或正在建的鋼結構工程，以其創新的理念、新穎的造型和獨特的結構形式成為了標志性建筑。

二、空間網架結構的結構形式

（一）剛性結構體系

1.網架

網架結構是目前空間結構中發展最快，應用最為廣泛的結構形式，按其結構組成劃分為交叉桁架系、四角錐體系和三角錐體系三大類。特點是空間剛度大，整體性好，有良好的抗震性能，而且構造簡單、施工方便，桿件規格統一（上、下弦桿等長，腹桿等長）。

2.網殼

網殼結構的應用比較廣泛，曲面形狀多樣，有柱面網殼、球面網殼以及其他各類復雜曲面及其組合。網殼結構是主要優點是它的靈活性能夠適應建筑設計的創造性，但由于網殼結構主要承受的是壓力，那么它就存在穩定問題。當跨度超過一定值后，材料的強度不能充分利用，不經濟。

（二）柔性結構體系

1.懸索結構

懸索結構是由高強拉索組成的張力結構，國內較早建成的是天津大學體育館。按其組成方法和受力特點可分為單層懸索結構，雙層懸索結構和索網結構。討論懸索結構關鍵問題是結構在風與地震作用下的動力反應。

2.膜結構

膜結構可分為充氣式膜結構和張力式膜結構兩種。膜結構具有自重輕、造型美觀、富有時代氣息、能源消耗少、施工速度快、經濟效益明顯、使用安全可靠、以及使用范圍廣等優點，主要應用于大型體育設施，娛樂中心，超級商場等。但是，我國目前膜結構還沒有廣泛使用，主要原因是：國產膜材性能差，進口膜材價格高；膜結構的計算機輔助設計系統的開發滯后；缺乏相應的設計施工規程。

3.張拉整體結構

張拉結構是由一組不連續的受壓構件與一套連續的受拉單元組成的自支承、自平衡的空間網格結構。這種結構體系的剛度由受拉索和受壓單元之間的平衡預應力提供，在施加預應力之前，結構幾乎沒有剛度，并且初預應力的值對結構的外形和結構剛度的大小起著決定性作用。

（三）雜交結構體系

雜交結構既可以是剛性結構體系間的組合，也可以是柔性結構體系與剛性結構體系的組合。如斜拉網架，懸掛網架，拱支網架，弦支結構等。雜交結構可以發揮不同類型結構的優點，如：由于拱的作用，整體網殼被劃分成若干小的區段，使得網殼的整體穩定性轉化為局部區段的穩定性問題，部分桿件或區段的局部失穩不會波及整個結構。所以，雜交結構可以更經濟，更合理地跨越大空間。

（四）折疊結構

折疊結構是一種用時展開，不用時收起的結構，類似于雨傘、遮陽傘。可分為附加支撐折疊結構和自穩定折疊結構。這種結構在各個領域都有應用，如：生活中中施工棚、集市大棚、臨時住宅等；軍事上的戰地指揮、戰地救護等；航空上：太陽帆、可展式天線等。它的主要特點是造型新穎、質量輕、攜帶方便、便于保管和運輸且可重復使用，在各個領域有廣泛的應用前景。

（五）開合結構

在很短時間內移動開合部分或全部屋蓋，是的建筑物在屋頂開啟和關閉的兩種狀態下都可以使用。開合時間大概是20~25min，開合方式有水平移動、水平旋轉、空間移動及其組合。開合結構與體育事業的發展密切相關：在比較惡劣的環境條件下保護觀眾和運動員，實現了能在預定時間內進行預定比賽的目的，例如為2008年北京奧運會興建的國家體育場“鳥巢”， 平面形式為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間有一個146m×76m的開口，這部分將設計成開合屋蓋。結構形式為空間剛架繞著內環旋轉而成。

（六）玻璃結構

玻璃結構的材料：浮法玻璃、鋼化玻璃及淬火玻璃。點式玻璃幕墻是一種新型的玻璃結構，省去了支撐框架，代以拉索、桁架及鋼爪，玻璃的通透性大大增強，結構的抗風和抗震性能也好于普通的玻璃幕墻。

三、空間網架結構的優缺點

空間網架結構在體育建筑，機場建筑，車站建筑，賓館、會堂及展覽館，工業廠房及小品建筑上都有廣泛的應用。各類結構形式有其各自的優缺點，它們共同的主要優點是受力合理，可以跨越較大的跨度，結構組成靈活，有規律，計算機輔助設計比較成熟，加工制作機械化程度高。缺點是節點用鋼量較大，加工費較高，單層網殼屬缺陷敏感性結構，計算分析較為復雜。

四、總結

空間網架結構以其明顯的優勢，在我國各個領域快速發展起來。這就要求我們要熟練掌握這些結構的設計與應用。在結構設計當中，結構選型是概念設計當中至關重要的一步，選擇正確的結構形式可以有效地降低建筑的造價、提升結構的可靠性，改善建筑的使用體驗。文中所提到的基本包含目前鋼結構中一般空間網架結構的結構形式，對于較為復雜的大跨度建筑以及地質條件極端惡劣的施工地區，還需單獨針對現實情況進行討論，選擇非常規的結構形式來滿足建筑的功能需求和安全性要求。

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