探討大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)

董大軍

摘要：現(xiàn)階段，隨著科技水平不斷的完善，各類型的大跨度建筑的結(jié)構(gòu)也隨之出現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，逐漸構(gòu)成很多復(fù)雜的新空間，如體育館和會(huì)展中心、影劇院等，其具有較強(qiáng)的功能性，且空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。新時(shí)期的大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。所以，建筑也需要不斷加強(qiáng)對(duì)其的研究和完善工作。本文通過對(duì)大跨度建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行概述，并針對(duì)大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式及設(shè)計(jì)進(jìn)行探析，現(xiàn)進(jìn)行具體的闡述。

關(guān)鍵詞：大跨度；建筑結(jié)構(gòu)形式；設(shè)計(jì)

一、大跨度建筑結(jié)構(gòu)的基本概述

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)技術(shù)不斷的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的形式也在不斷的完善。為滿足社會(huì)的發(fā)展需求，各類型的建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行創(chuàng)新，而且結(jié)構(gòu)的種類也在不斷變化。

1、大跨度建筑的含義

大跨度建筑結(jié)構(gòu)為跨度高于28m建筑物，我國(guó)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工需應(yīng)遵循相關(guān)的規(guī)范，跨度控制在55m左右，建筑結(jié)構(gòu)這時(shí)可叫做大跨度建筑結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段，建筑工程進(jìn)行施工的過程，這方面的結(jié)構(gòu)體系適用于劇院、體育館和展覽廳等比較大型的公共的建筑。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，大空間的建筑結(jié)構(gòu)也在進(jìn)行演變，對(duì)于大空間的建筑結(jié)構(gòu)來講，是新的難題和挑戰(zhàn)。

2、大跨度建筑結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成

現(xiàn)代建筑工程進(jìn)行施工的過程，比較常見的為大跨度的建筑結(jié)構(gòu)，一般包括：網(wǎng)殼、網(wǎng)架、懸索、膜、膜殼等結(jié)構(gòu)。

二、大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式及設(shè)計(jì)探析

當(dāng)前，大跨度建筑結(jié)構(gòu)比較常見的結(jié)構(gòu)形式，包括：網(wǎng)殼、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索，以及膜結(jié)構(gòu)、膜殼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)針對(duì)這幾種建筑結(jié)構(gòu)的形式及設(shè)計(jì)部分進(jìn)行分析和總結(jié)。

1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分析

即為以多根桿件遵循網(wǎng)格的方式，通過節(jié)點(diǎn)連接的方式構(gòu)成全新的空間結(jié)構(gòu)，屬于一種具有空間受力性較好、重量很輕、剛度特別大、抗震性非常好的新型建筑結(jié)構(gòu)。這類型的建筑結(jié)構(gòu)適用于體育館、展覽廳和體育場(chǎng)等類似的大空間的建筑物。

①網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方式的研究

網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式包括：兩向網(wǎng)架、四角錐體、三角錐和六角椎體所構(gòu)成。兩向椎體構(gòu)成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；現(xiàn)階段，實(shí)際進(jìn)行施工的過程，比較常見網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)主要有兩向校正、斜向和三向放網(wǎng)架等幾種形式。四角錐體構(gòu)成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；包括正放、斜放、正放抽空四角錐網(wǎng)架，以及棋盤形的四角錐網(wǎng)架和星型的四角錐網(wǎng)架、單向折線型的網(wǎng)架等。三角錐構(gòu)成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；包括：三角、抽空、蜂窩形三角錐網(wǎng)架幾種類型，可分為Ⅰ型、Ⅱ型兩種。六角錐體構(gòu)成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；基本形式為正六角錐網(wǎng)架。

②網(wǎng)架結(jié)構(gòu)根本特征

現(xiàn)代建筑工程在實(shí)際進(jìn)行施工的過程，結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為空間方面的工作、傳力方面的途徑、穩(wěn)定系數(shù)及工程的質(zhì)量等。這方面的技術(shù)屬于現(xiàn)階段大型建筑中廣泛被應(yīng)用，然而其全部的特點(diǎn)并不能滿足工程施工方面的要求。其存在很多的不足，如節(jié)點(diǎn)方面的桿件的數(shù)量比較多，且操作比較復(fù)雜。這類型的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)為：生產(chǎn)效率非常高、平面的布置比較靈活、美觀性也較佳、可裝飾度較高等。

2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式和特征的分析

網(wǎng)殼屬于當(dāng)前工程施工建設(shè)，能夠和平板網(wǎng)架相關(guān)的空間桿系結(jié)構(gòu)機(jī)制，于工程施工的整體建設(shè)過程，可通過桿件當(dāng)成基本的承力的保障，遵循實(shí)際的要求進(jìn)行組合及分配，進(jìn)而構(gòu)成比較完善的結(jié)構(gòu)布置空間方面的構(gòu)架。這方面技術(shù)，具有桿系和殼體方面的性質(zhì)，同時(shí)其傳力性佳、壓力感非常強(qiáng)的工程方面的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段，工程在實(shí)際進(jìn)行建設(shè)的過程，能夠獲得更多的關(guān)注，具有良好的發(fā)展空間和前景。

①網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

包括球面、雙曲面、圓柱面和雙曲拋物面等網(wǎng)殼。

②網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本特征

客觀來講，輕質(zhì)度強(qiáng)的材料所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，如果通過強(qiáng)度方面進(jìn)行計(jì)算，其剖面的大小會(huì)出現(xiàn)一定的變化。然而，這方面的結(jié)構(gòu)于荷載作用下，很容易出現(xiàn)變形的問題，使其穩(wěn)定性無法保證，致使其結(jié)構(gòu)被破壞。

3、膜結(jié)構(gòu)形式和特征的分析

①膜結(jié)構(gòu)的支承形式

其支撐的形式存在一定差異，有空氣膜、懸掛膜、骨架支撐膜和復(fù)合膜等結(jié)構(gòu)。

②膜結(jié)構(gòu)的基本特征

懸索結(jié)構(gòu)為受拉索當(dāng)成主要的承重方面的構(gòu)件，遵循具體的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布置，構(gòu)成結(jié)構(gòu)的機(jī)制。懸索屋蓋的結(jié)構(gòu)，一般會(huì)通過懸索的系統(tǒng)、屋面及支撐幾方面的系統(tǒng)所組成。懸索結(jié)構(gòu)鋼索一般以高強(qiáng)鋼絲所構(gòu)成平行的鋼絲束，以及鋼絞線、鋼纜繩等，同時(shí)可以圓鋼、型鋼和帶鋼、鋼板等方面的材料。

4、懸索結(jié)構(gòu)的分析

①懸索結(jié)構(gòu)的形式

懸索結(jié)構(gòu)通過索進(jìn)行布置，其方向及層數(shù)包括：?jiǎn)蜗?、輻射式、雙向等單層懸索的結(jié)構(gòu)，以及單向、雙向雙層、輻射式、預(yù)應(yīng)力等懸索結(jié)構(gòu)。

②懸索結(jié)構(gòu)基本特征

懸索結(jié)構(gòu)受力方面的特征主要為由索軸向拉伸進(jìn)行對(duì)外荷載作用的抵抗。同時(shí)，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生彎距、剪力方面的效應(yīng)，合理的應(yīng)用鋼材強(qiáng)度方，非常關(guān)鍵。懸索方面的結(jié)構(gòu)的有很多種，其布置有非常靈活，能夠適用于很多類型的建筑平面中。

5、薄殼結(jié)構(gòu)形式和特征的分析

①薄殼結(jié)構(gòu)基本形式

薄殼的結(jié)構(gòu)按照曲面的構(gòu)成，能夠劃分為：旋轉(zhuǎn)殼、移動(dòng)殼兩種。結(jié)合建造的材料進(jìn)行劃分，能夠分成：鋼筋混凝土薄殼和磚薄殼、鋼薄殼、復(fù)合材料方面的薄殼幾種。

②薄殼結(jié)構(gòu)特征

殼體的結(jié)構(gòu)，具備一定承載的性能，可以通過較小厚度來承受很大的荷載。殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度一般情況下會(huì)按照幾何狀合理性，通過相關(guān)材料對(duì)其進(jìn)行受壓工作，取代彎曲的內(nèi)力，進(jìn)而有效的發(fā)揮材料方面的作用。由此可見，殼體的結(jié)構(gòu)屬于具有較高強(qiáng)度和剛度，材料節(jié)約特征的結(jié)構(gòu)形式。

6、 桁架結(jié)構(gòu)形式和特征的分析

桁架的結(jié)構(gòu)主要通過桿件所構(gòu)成的建筑結(jié)構(gòu)，所以桁架結(jié)構(gòu)受力方面來看，是非常均勻的，能夠有效的借助材料方面的強(qiáng)度和梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。桁架的結(jié)構(gòu)，其軸向力為桿件的內(nèi)力。但是，梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力為彎矩，其受力不能夠確保合理的進(jìn)行分布。所以，桁架結(jié)構(gòu)根據(jù)有科學(xué)性。桁架的結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用到一些比較大型的商場(chǎng)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等。

7、拱形結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

拱形的結(jié)構(gòu)能夠有效的利用材料韌度及強(qiáng)度，借助外力的作用，最大限度把拱內(nèi)彎矩值保持在最低，其壓力方面的分布情況是比較均勻的，為一次性跨度非常大的空間結(jié)構(gòu)。然俄日，為確保拱形方面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，就應(yīng)該于拱形的建筑設(shè)置一些比較牢固的支座，抵消結(jié)構(gòu)的橫向推力。一般情況下，拱形的結(jié)構(gòu)其兩側(cè)，會(huì)構(gòu)建兩道左右的后墻對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。結(jié)合拱形結(jié)構(gòu)自身的特征，于設(shè)計(jì)的過程通過抗壓力較佳的材料加以施工。我國(guó)古代的建筑，一般多會(huì)通過磚石方面的材料進(jìn)行施工?，F(xiàn)代的建筑，一般中會(huì)通過混凝土、鋼材取代磚石，把拱形的結(jié)構(gòu)跨度提升至幾百米左右的長(zhǎng)度。拱形的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)矢高的狀況，對(duì)于建筑輪廓非常不利。而矢高非常小的拱形結(jié)構(gòu)，通常會(huì)呈現(xiàn)扁平狀，起伏的變化非常小，但其拱身軸力及水平的方向推力有季極其大。反之，矢高大的拱形結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)立體狀，其起伏的變化非常大，水平方向推力、軸力又很小，施工方面的消耗材料就會(huì)非常多，使得拱形的內(nèi)部空間非常大。因此，需要全面的考慮到建筑結(jié)構(gòu)具體的標(biāo)準(zhǔn)、耗材和防水結(jié)構(gòu)方面的要求等。設(shè)計(jì)以單高、多跨和單跨多種類型進(jìn)行建造。

總結(jié)：社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程，加強(qiáng)跨度及空間結(jié)構(gòu)為人們的需求，空間方面的結(jié)構(gòu)在發(fā)展中，在一定程度來講，為城市建筑建設(shè)發(fā)展情況的體現(xiàn)?？臻g方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需通過正確的理論及方法加以分析，并于空間結(jié)構(gòu)性能和外觀設(shè)計(jì)，給予建筑結(jié)構(gòu)的受力合理性及成本問題更多的關(guān)注。

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