大跨度結構在住宅樓中應用的合理性探討

【摘要】進入新世紀以來，隨著建筑施工技術的飛速發展，一種全新的建筑結構——大跨度結構開始出現，其帶來的視覺沖擊力和實用價值給人們留下了極其深刻的印象，其應用范圍也逐漸廣泛起來。近年來，住宅樓的建設中也開始應用大跨度結構。本文就大跨度結構在住宅樓中應用的合理性進行了探討，并對其應用中一些需要注意的問題作了簡要說明。

【關鍵詞】大跨度結構 住宅樓 應用 合理性

前言：

大跨度結構的施工設計起源于二十世紀三十年代，在我國最知名的的大跨度建筑莫過于北京奧林匹克體育館----也即著名的“鳥巢”了：其造型之美觀，結構之簡潔，施工之精良，一直備受世人的贊嘆。在這種建筑結構的施工技術逐漸走向成熟之后，一些民用住宅樓的建設也開始嘗試應用，以取得以往建筑結構所不能達到的效果。

1.大跨度結構的簡要介紹

所謂大跨度結構，是指橫向跨越60米以上空間的各類結構形式的建筑的總稱。在古羅馬時代就已有大跨度結構建筑的雛形。在進入新世紀以來，隨著新型高強度輕質量的建筑材料（如合金鋼、特種玻璃、特種合金等）和高分子合成材料的發展，極大地減輕大跨度結構自重的同時又顯著增強了其強度和韌性，其應用變得日益廣泛。目前為止，大跨度結構多用于民用建筑中的影劇院、體育館、展覽館、大會堂、航空港候機大廳及其他大型公共建筑以及工業建筑中的大跨度廠房、飛機裝配車間和大型倉庫等，其在應用中所帶來的實際價值也受到人們的交口稱贊。

大跨度結構的類型主要包括有折板結構、殼體結構、網架結構、懸索結構、充氣結構、篷帳張力結構，每種結構類型的技術特點均不相同，其使用范圍也有差異，如網架結構主要用于大型體育場和大型倉庫的建設，而懸索結構多用于跨河大橋等。總而言之，作為一種新型的建筑結構，大跨度結構極大地改變了現代建筑的風貌。

2.大跨度結構在住宅樓建造中的應用及其合理性分析

大跨度結構在住宅樓建設中的應用時間并不長，其施工工藝也并不十分成熟，因此其施工技術也是在摸索中逐漸發展。但其應用所帶來的效果也是足以令人矚目的。

2.1住宅樓應用大跨度結構帶來的實際效果和合理性探討

大跨度結構帶來的實際效果是十分明顯的，一般來說主要包括以下幾個方面：（1）美學效果（2）結構優化效果（3）加強了住宅樓的抗部分自然災害的能力等。下面對這些實際效果逐一作簡略的介紹，以便為其使用的合理性提供證據。

2.1.1大跨度結構帶來的美學效果

隨著人類對精神文化的需求不斷提高，人們的審美水平也“水漲船高”。尤其在住宅樓建造方面，其傳統的“火柴盒”式的結構也越來越不能滿足人們的審美要求。自大跨度結構問世以來，給人們帶來了前所未有的美感享受。因此，人們自然而然的會想到將大跨度結構引入住宅樓的建設中。實踐證明，在住宅樓建造中應用大跨度結構之后，極大地改變了其舊有風貌，為其增添了令人陶醉的現代化的神韻，很好地迎合了人們的審美觀。

2.1.2大跨度結構帶來住宅樓的結構革新

傳統的住宅樓的建造中普遍使用自重較大，強度較低，韌性較小的鋼筋混凝土結構，在獲得較大的建筑內部空間時就需要消耗大量混凝土建材，同時也極大地增加了結構重量；而且，這種繁雜的結構也會占用大量的體積，很大程度上壓縮了居住空間，惡化了居住條件。而在使用大跨度結構之后，在使用相對較輕的結構重量的同時，能夠獲得很大的內部體積，便于內部的施工，優化了居住條件，在很多情況下還有利于住宅樓內部的通風和采光。

2.1.3增強住宅樓的抗災能力

傳統的住宅樓在遭遇重大自然災害（如地震、臺風等）時，受限于自身結構強度不夠，表現出了較大的脆弱性，非常容易發生倒塌。而且，由于混凝土用量多且易碎裂，一旦遇到極端自然災害時，一旦坍塌，如雨點般的碎石砸向地面，會對來不及疏散的居民造成極其慘重的生命和財產損失。在使用大跨度結構之后（尤其是整體式鋼網結構，合成材料頂蓋結構，有機玻璃頂層結構），大大降低了住宅樓的結構重量，增強了結構強度和韌性，很大程度上提高了住宅樓的抗震抗沖擊等防災能力，而且垮塌后不易碎裂，不會擴大破壞范圍，將生命財產的損失降低到最小。

綜上所述，大跨度結構在住宅樓建設中的價值是極高的，在嘗試性應用之后所取得的效果達到甚至超出了預期目標，適應了現代社會的發展要求。隨著大跨度結構施工逐漸走向成熟，其使用的合理性也逐漸被社會各界所認可。

3.大跨度結構在住宅樓建筑設應用中需要注意的一些問題

大跨度建筑由于其結構的特殊性，很容易受到自然因素的影響，例如風、震動等，如若在設計和施工時考慮不周，就可能造成大跨度結構的損壞（尤其大跨度頂蓋），造成一定的經濟損失。因此，在住宅樓建造中大跨度建筑設計施工時，應特別注意其防風和抗震性能。

3.1強風對住宅樓中大跨度結構的影響和處理辦法

大跨度結構一般被建造在住宅樓的頂層，一般處于風力較強的空域，因此其防風性能就顯得格外重要，如果處置不當，就可能會遭遇到“掀頂之災”。例如，2010年12月10日的一陣強風，將北京首都機場T3航站樓樓等的大面積金屬板掀開，填充其內的部分保溫層被吹走，類似的情況還發生在北京郵電大學體育館、河南體育館、上海大劇院等，給大跨度結構建造時的防風性能敲響了警鐘。

根據相關研究。出現著這類問題的普遍原因是跨度屋面幾何外形突變而引起的流動分離。在設計和施工中對這個問題也有一套相應的解決辦法的。首先，要對大跨度結構的整體風載荷值以及敏感性強的局部結構諸如屋檐尖角、屋脊或鄰近處（這只是一般情況，具體敏感點的分布要根據屋面形狀及其局部結構形式來確定）的最大負壓系數。然后在對各處最大風載荷均做詳細測定下的情況下，在設計時選擇合適的大跨度結構的拱度，在風壓敏感部位給予特殊的加強加固；同時，還可以在屋脊、四周屋檐及拐角處容易出現負風壓峰區的平屋頂邊緣處，加一矮護墻，使拐角區域的旋渦抬離屋頂面，使其最大吸力下降到可承受范圍之內；或者安置突出物（如煙囪），擾動分離旋渦，也可達到減輕局部區域最大吸力的目的。

3.2震動（尤指地震）對住宅樓中大跨度結構的影響和處理辦法

對高層住宅樓使用的網殼屋蓋結構（對震動較敏感）來說，抗震性能十分重要。根據相關的分析，這類大跨度網殼五代結構具有自振頻率密集，且振動以水平振型為主的特點，在遭遇地震時（地震會產生兩種能量均極高的縱波和橫波）就極有可能引發共振，造成大跨度結構整體垮塌甚至碎裂。科學研究表明，當結構阻尼比的值增大時，其對地震的反應就會減小。因此，在加強大跨度結構的抗震性能時，應當考慮使用一些強度大，質量輕，伸縮性較強的材料。并且在設計時要注意防止設計出的大跨度結構的自振頻率與地震水平波（橫波）的振動頻率重合或接近，以免造成共振（具體設計時可以用計算機模擬的方法，即將設計出的結構圖導入相關的模擬軟件中，選取不同的地震波進行模擬震動，來確定大跨度結構的自振頻率）。

4.結語

大跨度結構具有很多的優良特性，其在住宅樓建設中的應用也是不可阻擋的潮流。但在具體應用時，必須完善相關的施工工藝，嚴格選取施工材料，并注意盡量減小自然因素的不良影響。

參考文獻

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