[大跨度建筑结构体系综述] 大跨度结构体系有哪些

时间：2019-04-05 03:13:33　来源：雅意学习网本文已影响人

　　【摘要】随着当前社会发展的过程中，建筑结构体系不断的发生变化，大跨度钢结构形式成为当前发展最快的结构体系之一。其在空间结构施工的过程中能够良好的保持建筑结构的稳定性，是当前建筑结构体系发展的重要领域，更是当前预应力和自身承受力增加和提高的关键技术措施。本文就当前大跨度建筑结构体系的应用进行分析与探讨。
　　【关键字】大跨度空间结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构
　　大跨度空间钢结构是当前社会发展过程中，人们为了提高空间利用率，在增加施工效率和减低施工成本控制的前提关键，采用先进的技术手段预应力进行改善和完善的过程。随着当前预应力结构技术不断的引入大跨度结构体系中，使得传统建筑结构逐步的发生改变，其张拉结构逐步的成为当前建筑施工的主要结构方式和结果措施。大跨度建筑结构体系的应用能够有效的提高建筑物的稳定性和抗震性能。
　　一、拱券结构及穹隆结构
　　拱卷结构是当前建筑发展中最为常见的结构形式，其被广泛的应用在西方建筑结构当中，在古希腊最为常见，其建筑结构设计和发展的前提基础，更是当前建筑发展中的主要施工措施和施工完善体系。人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。在古代建筑施工的过程中，由于建筑技术手段和施工工艺的欠缺，使得在建筑施工的过程中对空间利用不够完善。古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，是通过拱门形式进行结构结构的连接和变化。人类为了谋求更大室内空间在建筑施工的过程中采用各种技术分析手段和控制措施对建筑结构进行严格的设计和管理。券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
　　拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世
　　二、椼架结构与网架结构
　　桁架结构是一种刚性大跨度结构，是在古代就存在的一种结构形式，在古代建筑施工的过程中主要是通过木材做成各种形式的桁架和屋顶结构。但是符合力学原理的新型椼架的出现却是现代的事。椼架结构虽然可以跨越较大的空间，但是由于它自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式，所以只适合担当作屋顶结构。
　　网架结构也是一种新型大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做，并且具有多种多样的形式，使用灵活方便，可适应于多种形式的建筑平面的要求。近来国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大的空间。
　　当今，空间平板网架结构在我国已有较大发展，而由于网架结构多采用金属管材制造，能承受较大的纵向弯曲力，与一般钢结构相比，可节约大量钢材和降低施工费用（根据有关资料统计，节约钢材约35%，降低施工费用约25%。因此，空间网架的结构形式，用于大跨度建筑具有很大的经济意义。另外，由于空间平板网架具有很大的刚度，所以结构高度不大，这对于大跨度空间造型的创作，具有无比的优越性。
　　三、壳体结构
　　一般而言，用轻质高强材料做成的结构，若按强度计算，其剖面尺寸可以大大地减小，但是这种结构在荷载的作用下，却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正是由于合理的外形，不仅内部应力分配既合理又均匀，同时又可以保持极好的稳定性，所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。
　　壳体结构的刚度，取决于它的合理形状，而不像其他结构形式需要加大结构断面，所以材料消耗量低；其静载也不像其他结构形式那样随跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很薄；该结构的承重和无盖合而为一，使其更加经济有效，且在建筑空间利用上越加充分。
　　壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中，壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院，其外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用；既可以用来覆盖大面积空间，又可以用来覆盖中等面积的空间；既适合方形、矩形平面要求，又可以适应圆形平面、三角形平面，及至其他特殊形状平面的要求。
　　因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴，可以适应于力学要求的各种曲线形状，所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外，因结构受力均匀，因而可充分发挥材料的材耗，所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。
　　四、悬索结构
　　由于钢的强度很高，很小的截面就能够承受很大的拉力，因而在本世纪初就开始用钢索来悬吊屋顶结构。悬索在均匀荷载作用下必然下垂而呈悬链曲线的形式，索的两端不仅会产生垂直向下的压力，而且还会产生向内的水平拉力。单向悬索结构为了支承悬索并保持平衡，必须在索的两端设置立柱和斜向拉索，以分别承受悬索所给予的垂直压力和水平拉力。单向悬索的稳定性很差，特别是在风力的作用下，容易产生振动和失稳。
　　五、膜结构
　　膜结构是空间结构中最新发展起来的一种类型，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性骨架将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度结构体系。
　　膜结构按其支承方式的不同，一般包括 (1) 空气膜结构----跨度大时可用气承式，就是在建筑物内部空间注以空气，屋面的拱度一般都较低，以减小欺压，大跨度时往往在建筑物的对角线方向布置交叉的钢索，对膜面起加劲作用。而气胀式空气膜结构则是将膜材做成周围密封的圆形双层，充气后形成飞碟状；或将膜材作成半圆形圆筒，充气后如同半个轮胎，以此为单元组合成各种屋盖。
　　六、结束语
　　随着当前社会技术的不断发展，在建筑施工的过程中各种结构形式不断的变化，大跨度建筑结构体系逐步成为当前建筑施工中的主要应用形式。在建筑施工中，无论是从建筑历史抑或是从今后发展来看，在建筑设计中其结构设计拥有者举足轻重的低位，是古往今来的主要结构设计和追求的方式，更是实现结构形式与当前人文环境协调统一发展的关键。因此在建筑施工中其建筑结构是当前施工和设计的重点，是每个建筑者必须掌握的。

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