淺析大跨度建筑結構形式與設計

張春富宋佳

1.哈爾濱工業大學建筑設計研究院 2.黑龍江省建工集團有限責任公司

淺析大跨度建筑結構形式與設計

張春富1宋佳2

1.哈爾濱工業大學建筑設計研究院 2.黑龍江省建工集團有限責任公司

在現代化社會發展過程中，大跨度建筑是空間結構技術的未來發展趨勢，是評價一個國家建筑科技水平的重要標準之一。但是在實際工作中，大跨度結構形式多種多樣，總體來說有網架結構、網殼結構、膜結構、懸索結構、薄殼結構及各種結構組合的空間結構。在當前建筑行業當中得到了廣泛的應用。本文就大跨度建筑結構的形式及設計要點進行分析，以供參考。

大跨度建筑；結構形式；設計要點

隨著社會的發展以及技術水平的不斷提高，建筑結構形式也在不斷發展與更新，為了滿足社會及人們的需求，各種各樣的建筑結構類型不斷發展。現階段，大跨度空間結構已成為建筑行業發展的重點。日常生活中最常見的幾種大跨度建筑結構形式有五種，即網架結構、網殼結構、膜結構、懸索結構、薄殼結構，另外還有一些結構形式是在上述五種結構的基礎上組合并演變的新結構形式，也正是因為這些結構形式，使當前的大跨度建筑成為城市發展中一道靚麗的風景。

一、網架結構的形式及特點

網架結構是技術人員根據某種規律將若干根桿件連接起來，從而形成一種網格結構，其中技術人員將這些網格結構組合起來形成多層結構，也就被我們稱之為網架結構。其施工材料一般是由鋼管或者鋼材制作而成的。

1、網架結構的形式

網架結構的形式可分為以下四種：1）平面桁架結構，其中主要包括雙向正交正放網架結構、雙向斜交斜放網架、雙向正交斜放網架結構以及三向網架結構等。2）四角錐體網架結構，其主要包括正放四角錐體網架結構、斜放四角錐體網架結構、星型四角錐體網架結構等。3）三角錐體網架結構，其主要包括抽空三角錐體網架結構、蜂窩型三角錐體網架結構等。4）正六角錐體網架結構。

2、網架結構的特點

在大跨度建筑結構中，網架結構是最常見的一種結構形式，它具有自重輕、抗震性能好、傳力途徑簡捷等優點。在其施工過程中，網架結構施工極其簡便，極容易將結構定性，可以有效的提高其工作效率，達到美觀的要求。另外，這一結構在施工中還能夠為后期設備的安裝作鋪墊，提高了其施工質量，節約了施工成本。

二、網殼結構的形式及特點

在大跨度建筑結構中，施工人員一般會采用鋼筋混凝土、木材、鋼材等材料進行網殼結構的施工。

1、網殼結構的形式

在實際工作中，網殼結構可以分為球面網殼結構、雙曲面網殼結構、圓柱面網殼結構等多種結構形式。

2、網殼結構的特點

在對網殼結構進行設計的過程中，其組成材料自重都相對較輕。相對于其他結構形式，在保證強度的基礎上，網殼結構的截面尺寸會明顯的降低，由于殼體結構的外形具有合理性，因此它不僅能夠合理分配內部結構的應力，還能夠有效的保證其穩定性，在實際工程中，該結構雖然厚度小，但其覆蓋的空間卻非常大。

由于殼體結構的外形具有合理性特點，因此其剛度也非常大，該結構在實際工作中能夠節約大量的施工材料，并且在整個工程中，因其厚度較小，承載力大，因此更加具有經濟性的特點，提供更多的建筑空間。

三、膜結構的形式與特點

膜結構是上個世紀中期發展起來的一種新型空間結構，該結構的制作采用的是柔軟的施工材料，在建筑結構設計與施工過程中，該結構是一種剛度大、覆蓋面積大的結構體系。

1、膜結構的形式

根據膜結構支承方式，我們可以將其分為以下幾種結構形式：1）充氣膜結構。這一結構也就是在建筑工程的內部灌注一定的空氣，由于屋面起拱的彎度相對較小，跨度大時，技術人員可以在建筑物四角的對角線設置相應的鋼索，施加一定的應力。這一種結構形式在臨時性建筑工程中比較適用。2）懸掛膜結構。在對建筑結構進行設計的過程中，設計者一般會采用桅桿將鋼索以及膜材料懸掛起來，通過鋼索將其繃緊與固定，從而提高屋蓋的剛度。3）骨架支撐膜結構。這是以鋼骨架代替了充氣膜結構中的空氣作為膜的支撐結構，骨架可按建筑要求選用拱、網殼之類的結構，然后在骨架上敷設膜材并繃緊，適用于平面為方形、圓形或矩形的建筑物。4）復合膜結構。這是膜結構中新的結構體系，由鋼索、膜材及少量受壓的桿件組成，由于主要用于圓形平面，稱“索穹頂”。

2、膜結構主要特點

自重輕、跨度大；建筑造型自由豐富；施工方便；具有良好的經濟性和較高的安全性；透光性和自潔性好；耐久性較差。

四、懸索結構的形式與特點

懸索結構主要由能夠受拉的索構成，技術人員需要根據相關規定要求將所按照規律進行布置，從而使其形成一個結構體系。懸索屋蓋結構結構的組成主要有懸索系統、屋面系統以及支撐系統三個部分構成。其中懸索系統中的懸索結構的材料一般采用的是高強鋼絲，將其綁扎成一個鋼絲束，這樣可以有效的提高其強度與穩定性，技術人員也可以采用圓鋼等材料進行綁扎與施工。

1、懸索結構形式

懸索結構按索的布置方向和層數分為：單向單層懸索結構；輻射式單層懸索結構；雙向單層懸索結構；單向雙層預應力懸索結構；輻射式預應力懸索結構；雙向雙層預應力懸索結構；預應力索網結構等。

2、懸索結構的特點

在懸索結構中，能夠受拉的索通過軸向拉伸可以有效的抵抗外作用力的影響。這就可以避免懸索結構出現較大的彎矩力以及剪力效應，此時我們就可以將鋼材充分利用在其中，以提高整個結構的強度。建筑結構中，懸索結構的形式具有多樣化的特點，并且布置靈活性大，適用于多種建筑結構當中，另外，由于鋼索具有自重輕的特點，在建筑工程安裝過程中可以不利用大型起重設備，但是我們需要清楚的知道，這種結構的設計理論要比普通結構的設計理論要復雜得多，這就在一定程度影響到其應用范圍。

五、薄殼結構的特點

薄殼結構在實際應用中表現出很多特點，值得我們推廣應用。首先就是薄殼結構可以憑借小厚度來承擔相對較大的荷載，在這方面表現出很好的強度以及剛度特點，只要能夠在工程中合理利用這個特點可以為工程的安全性和穩定性以及經濟性都帶來很好的改善。這個特點主要來自于薄殼結構通過幾何結構來增強材料的抗壓性，是現代環保建筑不可多得的結構形式。

六、結束語

隨著社會的發展以及人們生活水平的提高，大跨度建筑物越來越受到人們的重視，空間結構的發展必然會促進建筑行業的進一步發展。在空間結構設計的過程中，設計者首先需要根據不同的計算方法與理論將其結構進行準確的計算，在設計過程中不僅需要重視結構的外觀造型，還需要重視結構受力的合理性以及工程造價等，在只有這樣才能夠達到現代化建設建設的要求。

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