淺析大跨度建筑結構形式與設計

摘要：大跨度建筑結構形式是建筑工程領域經常選擇的一種形式，因為這種建筑結構形式張力比較強，因此安全性能比較高。雖然大跨度建筑結構形式種類比較多，但是有些形式種類只能用在跨度相對比較小的建筑結構中，比如膜結構中的空氣膜結構，因為空氣等條件的限制，只能用在跨度比較小的臨時性建筑物中。本文主要介紹了三種大跨度結構形式，僅此提供借鑒。

關鍵詞：大跨度建筑結構;形式;設計

一、引言

大跨度建筑結構在設計時，主要是注重安全性的設計，因為這種類型的建筑物，對安全性要求比較高，因此要選擇適宜的大跨度建筑結構形式，設計人員首先要掌握建筑結構要求，其次要了解各個大跨度形式的優勢與劣勢，最后，在考慮建筑物的外部環境，這樣才能保證設計合理，大跨度結構安全可靠。

二、大跨度建筑結構形式與設計

建筑結構多樣，大跨度結構就是其中之一，實際上大跨度結構形式比較多，其應用范圍也比較廣，比較常見的有三種，第一種是網架結構;第二種是網殼結構;第三種是膜結構，這三種大跨度建筑結構形式以及特點都不相同，其制作工藝與設計方法也有比較大的差別，因此在具體選擇時，需要全面考慮，根據建筑工程特點及其周圍的環境來選擇合理的結構。

1、網架結構形式與設計

大跨度建筑結構有很多形式，但是無論哪一種形式都要滿足大跨度的要求，網架結構作為其中的結構形式，其設計要點有很多，優勢也比較明顯，首先我們來了解一下網架結構的形式。如果按形狀來劃分，網架結構可以分為四種，第一種是平面桁架系網架，第二種是四角椎體形式的網架;第三種是三角錐形式網架;第四種是六角椎體網架。這幾種網架也有不同的形式，根據設計要求來選擇即可，從整體上講，網架主要有以下幾點優勢：

首先，網架結構在設計時，注重的是空間設計原則，這種設計方式傳力非常簡便，這對大跨度建筑結構形式來說意義重大，因為如果建筑結構屬于大跨度形式，對傳力的要求非常高，而網架結構的方式正好能夠滿足其要求;其次，網架結構重量比較輕，而且剛度非常大，具有非常好的抗震性能，不必因為是網架而影響其抗震效果;再次，便于施工，因為網架結構主要的施工步驟就是安裝，只要在設計時注重要點，安裝很少出現差錯;第四，網架生產成本比較低，而且原材易得，因此可以進行大批量的生產，商品化的程度比較高;第五，后期裝飾比較方便，因為網架形式的建筑結構，外表美觀大方，利用建筑裝飾方法的選擇，其整體效果比較好。

2、網殼結構的形式與設計

網殼結構形式多樣，我們也可以將其稱作是曲面形網格結構，一般情況下有單層與雙層之分，該結構所使用的重要的材料有三種，一是鋼材;二是木材;三是鋼筋混凝土。如果按形狀來劃分其形式可以分為以下幾種：首先是球面網殼，也是形狀類似于或者是接近于球面的網殼形式;其次是雙曲面網殼，這種網殼是雙層網殼的一種;再次是圓柱面網殼，形狀是圓柱體的網殼;最后是雙曲拋物面形式的網殼，這種形式的網殼也是比較常用的網殼形式。網殼結構設計注意要點如下：

首先，在設計時，可以根據強度來對其進行計算，盡管網殼通常都是由輕質高強材料制作而成，一般情況下，這種材料制作而成的建筑結構都不能使用強度計算的方法，因為其劣勢比較明顯，就是剖面尺寸與原來相比會減少的程度比較明顯，剖面尺寸越小，承載力就會出現問題，這樣造成的最嚴重的后果就是建筑會失去穩定性，進而發生事故。但是網殼結構卻不必擔心這個問題，因為網殼結構擁有不同的外形，而每種外形都能夠將建筑結構內部產生的應力非常均勻的分配，這樣建筑結構就能夠一直保持在穩定安全的狀態中，因此盡管網殼結構一般情況下，厚度都是非常小的，但是因為其空間承載力卻非常大。

其次，注重外形的設計，因為網殼結構最重要的功能都在外形上，因此要注重對外形的設計，外形設計的越合理，其功能發揮的越大，而且注重外形設計，就不需要加大斷面，這樣就不需要使用過多的材料就能夠取得很好的效果，進而節省了設計成本。

最后，殼體結構按其受力情況不同可以分為折板、單曲面殼和雙曲面殼等多種類型。在實際應用中，殼體結構的形式更是豐富多彩的。例如悉尼歌劇院，其外觀為三組巨大的殼片，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。而殼體結構既可以單獨使用又可以組合起來使用;既可以用來覆蓋大面積空間，又可以用來覆蓋中等面積的空間;既適合方形、矩形平面要求，又可以適應圓形平面、三角形平面，及至其他特殊形狀平面的要求。因為殼體結構屬于高效能空間薄壁結構范疇，可以適應于力學要求的各種曲線形狀，所以其承受彎曲及扭轉的能力遠比平面結構系統大。另外，因結構受力均勻，因而可充分發揮材料的材耗，所以殼體結構體系非常適用于大跨度的各類建筑。

3、膜結構的形式與設計

3.1膜結構特點

膜結構性能優勢比較明顯，首先，質量比較輕，而跨度與前兩種相比更大，因此適合于大跨度建筑結構;其次，膜結構建筑造型并沒有嚴格的限制，設計人員可以自由發揮，不受約束，因此使用膜結構形式也能夠為建筑增添情趣性，使其更富有張力;再次，施工比較方便簡單，其施工工藝比較簡單，沒有復雜的工藝，這在無形中就增加了施工的安全性，施工人員經過培訓都能夠掌握施工要點;第四，造價比較低，因為膜結構制作材料易得，成本比較低，所以降低了膜結構整體的成本造價，一般情況下，膜結構主要是由柔軟織物構成，這種材料性能優良，安全敘述也比較高，再加之，利用鋼索作為支承結構，其預張力非常大，進而使得膜結構無論是剛度，還是空間都滿足建筑工程要求;第五，上述四點主要闡釋了其優勢，但是膜結構有一個非常嚴重的劣勢，即耐久性能不強，這是大多數設計人員沒有選擇此種大跨度建筑結構的主要原因。

3.2形式與設計

膜結構形式多樣，每種形式設計要點都有所不同，其主要可以分為以下幾種：

3.2.1空氣膜結構

這種膜結構形式，主要是利用空氣將建筑物內部空間充滿，但是這種形式對屋面拱度有一定要求，一般都要求屋面拱度不宜過高，避免氣壓過大，影響其使用性能，如果建筑工程要求的跨度非常大，也可以選擇氣承式。為了滿足跨度要求，通常都會在建筑物對角位置安裝鋼索，其鋼索成交叉形式，進而提高膜面加勁能力。如果選擇的是氣脹式空氣膜結構，則需要雙層膜材料，最終形狀有些類似于飛碟?？諝饽そY構因為一定條件的限制，所以只能應用在臨時性建筑中，這主要是因為這類建筑跨度相對來說比較小。

3.2.2懸掛模結構

這種結構通常是利用桅桿或者其他能夠起到支承作用的結構，將鋼索以及膜材以懸掛的模式進行設計，因為鋼索有一定的張力，而將這種張力施加到膜面中，這樣就能夠有效的提高膜面的繃緊度，進而提高屋蓋的剛度，以便延長期使用時間。

4、結語

綜上所述，可知對大跨度建筑結構形式與設計進行淺析非常有必要，因為隨著大跨度建筑結構形式越來越多，其形式的選擇也越來越多樣，對其形式進行淺析，能夠保證設計人員做出做好的選擇，而對設計進行選擇，能夠幫助設計人員了解注意事項，這對提高大跨度設計質量有著非常重要的作用。這種建筑結構形式，雖然對各方面要求都比較嚴格，但是因其優勢，其推廣價值非常高。

參考文獻：

[1]潘海軍，吳遠翔."大跨度建筑結構形態的審美表現[J].低溫建筑技術.2009（10）

[2]胡世德."北京大跨度建筑的發展與展望[J].建筑技術.2000（10）

[3]代富紅，杜佳."大跨度建筑方案創作中的結構表現手法研究[J].山西建筑.2011（24）