試分析大跨度建筑結構形式與建筑造型

劉晨

摘要：無論是傳統(tǒng)中式建筑還是西方古典建筑，建筑的演變都離不開結構技術和美學。本文主要以拱結構以及建筑造型作為出發(fā)點，并探討了剛架結構以及建筑造型。

關鍵詞：大跨度建筑；結構造型；建筑造型

引言

建筑與美學息息相關。建筑造型更是美學功能與作用的體現(xiàn)。隨著社會經(jīng)濟的進步和建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。結構和建筑美學對于建筑行業(yè)的快速發(fā)展都起到了積極的作用。因此建筑設計師們紛紛開始將結構技術和建筑美學引進建筑形態(tài)設計過程中。打造全新建筑結構形式。

1.拱結構以及建筑造型

1.1拱結構概述

作為古代建筑結構的外在表現(xiàn)形式，拱具有以下特點：

第一，就受力特點而言。拱的形狀呈曲面結構式。一旦受到外壓力的作用可以使拱內彎矩值降到最小。究其原因是拱內力在外力作用下變?yōu)檩S壓力。且應力分布均勻。拱將應力和材料強度進行有機結合。可以減小結構構件截面高度。增大結構跨度。

第二。就拱結構穩(wěn)定性而言。拱結構在外力和內力雙重作用下會將結構內部荷載力逐漸向橫向演變。從而影響結構的穩(wěn)定性。基于上述情況。需要根據(jù)拱結構實際情況設置拱腳支座抵抗橫推力。最為常見的方式是在拱的兩側作兩道后墻支撐拱。墻厚隨拱跨增大而加厚。如果墻體變厚。就會大大縮小建筑結構整體空間面積。

第三。就拱材料而言。拱結構材料質量的好壞是影響拱抗震性能和抗壓性能高低的關鍵因素。因此在選購拱結構材料時。應該選擇抗壓性能和抗震性能較好的拱材料。古代建筑的拱主要采用磚石材料。但是這種材料的拱抗壓性能不高。會影響建筑工程整體質量。近代隨著社會的進步和建筑工程業(yè)的快速發(fā)展。現(xiàn)代建筑工程拱結構材料一般是選用鋼筋混凝土。有的采用鋼桁架拱。這種鋼桁架拱的跨度可達百米以上。拱結構與拱結構之間形成的組合空間。不僅可以用來修建建筑大型商場。還可以建造體育館和展覽館等。

1.2拱結構建筑造型分析

就拱結構建筑造型而言。其影響因素主要包含矢高大小和平橫拱推力的方式。其中，拱的矢高不僅會影響建筑輪廓大小，還可以影響建筑外形美觀。一般情況下。矢高大小與拱結構外形大小成正比。矢高小的拱結構外形變化小。外形小的建筑主要呈扁平狀。占用建筑結構組合空間面積較小。但是矢高小的拱無論是水平力還是軸力都偏大。矢高大的拱結構外形變化大。外形大的拱結構坡度很陡。拱結構之間的空間比例較大。當采用油氈屋面時。空間比例較大的拱結構會容易出現(xiàn)瀝青流淌和油氈滑移現(xiàn)象。因此在實際工作過程中。建筑設計師應該綜合建筑工程各個因素，綜合考慮建筑外觀造型、結構受力、防水構造情況等。并根據(jù)建筑實際情況選擇抗壓性能較好的拱結構材料。國家對相關建筑房屋拱頂結構跨高標準中。拱屋頂?shù)氖父邽楣翱绲?/7-1/5。最小不小于1/10。采用油氈屋面時，矢高不應大于1/8，混凝土自防水屋面的矢高一般取1/6。由此可見。拱是一種有水平推力的結構。設計師應該綜合工程實際情況。選擇合適的水平推力方式。一般情況下，常見水平推力方式主要有以下幾種：

第一。拉桿拱推力建筑造型。在拱腳支座架安置拉桿可以分擔拱推力的負荷力。也是設計師運用最廣的一種方式。這種方式不僅可以抵消拱推力和拱壓力。還可以減少拱身的截面面積。根據(jù)結構受力和建筑功能。可以將拉桿支架處理成單跨、高低跨等多種形式的平面布局。形式具有多樣化特點。

第二。框架拱推力建筑造型。在拱的兩側設置框架來抵消水平推力不僅可以避免拱腳發(fā)生位移或者傾斜等現(xiàn)象。還可以保證建筑框架結構的剛度。拱框架建筑造型根據(jù)建筑功能和作用。可以布置成單跨或者多跨框架結構。

2.剛架結構和建筑造型

2.1受力特點以及優(yōu)缺點等分析

剛架是一種門形結構。用來連接橫梁和柱體。梁和柱作為一種具有剛性的結點。對建筑拱結構具有約束作用。可以減少建筑拱結構水平推力的影響。相較于排架結構而言，剛架結構具有成本低、結構輕巧等優(yōu)勢。目前。大多數(shù)建筑房屋結構的剛架設置是橫梁向上傾斜。這樣不但可以增大建筑凈高。還會有利于結構穩(wěn)定性和安全性。由于剛架結構在水平荷載作用下，其受力較為均勻，輕巧美觀。能夠跨越空間面積較大的建筑。并且這種剛架結構制作程序較為簡單。因此在建筑工程領域運用較為廣泛。但是剛架結構的剛度相對較差。不能承受超過100kN的重量。

2.2桁架結構及其建筑造型

桁架是一種格構式結構體系，是由不同桿件組成。桿件與桿件之間的結合假定為鉸結。在外力作用下會使內力轉變?yōu)榉植季鶆虻妮S向力。因此桁架結構無論是在受力合理方面還是在結構穩(wěn)定性方面。都比梁結構要強得多。桁架桿件與桿件之間的內力是軸向力。梁結構中的桿件內力是分布不均勻的彎矩。因此在實踐過程中。梁結構斷面大小是以斷面尺寸大小作為依據(jù)。而梁材料強度相較于桁架結構而言。并沒有得到充分有效利用。如果材料強度沒有得到充分利用就會增加建筑房屋結構跨度。比如大型建筑物體育館或者商場等建筑主要是采用受力均勻的桁架結構。不僅能夠保證建筑工程的穩(wěn)定性。還可以大大提升施工效率。提高建筑工程整體質量。

3.結束語

建筑造型和建筑結構的設計工作和拱材料選擇是否得當是影響大跨度建筑結構整體質量的重要因素。由于建筑結構和材料更新速度的加快。設計師們需要深入研究建筑造型和建筑結構的多樣性。設計出具有創(chuàng)新化和獨特化的建筑物。