大跨度建筑的空间形态与结构技术研究

大跨度建筑的空间形态与结构技术研究
摘要:本文主要分析了空间结构发展的原因以及发展状况，其次分别从大跨度建筑空间结构的分类进行详细具体的阐述，与大家共同探讨。

关键词:大跨度建筑；空间形态；空间结构；技术研究
【正文】：当今社会正处于不断高速的发展阶段，人们的生活水平也随之不断的得以全面提高，社会的建筑行业的建筑物逐渐呈现出了出现了大型复杂的特点，利用大跨度的结构形式来解决那些大面积覆盖的问题，现在已经成为了建筑行业发展的趋势以及主要的发展方向。

一、空间结构发展的原因以及发展状况
空间结构的发展具体原因，笔者结合自身工作经验分析认为主要有以下三点：①人们生活水平不断提高,文化、体育、工业生产等事业不断进步,增强了对空间结构,尤其是大跨度高性能空间结构的需求；②轻质高强材料的发展、进步,适应了大跨空间结构发展的需求；③结构计算理论的日益完善,以及计算机技术的飞速发展,使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能。

这些正是空间结构能够扩大应用范围,得以蓬勃发展的主要因素。

空间结构是将材料科学、结构力学分析方法与理论、高水平的安装技术融于一体的综合性高技术学科。

大跨度空间结构的发展与它的结构形式及各种新型建材的发展是密不可分的。

它可以全面地反映一个国家的综合经济实力，一些发达国家如美国、日本、西欧等各国在大跨度空间结构方面的发展较早,速度较快,其跨度大,结构形式丰富,包括有张拉整体结构、膜结构、网壳结构、悬索结构、折叠结构、开合结构等及各种结构的杂交形式。

中国在大跨度空间结构方面的研究有近40年的历史,特别是近十年来发展较快,从网架、网壳到悬索结构,膜结构都有相当数量的工程应用,建成了一大批体育场馆;建成了多座大跨度机库如首都机场机库，其中以网架结构发展迅猛,应用极广现网架年覆盖面积将近200万m2,达到了世界第一。

二、大跨度建筑空间结构的分类
笔者总结分析认为大跨度建筑空间结构主要可以分为以下几点：①薄壳结构。

以薄壳所构成的结构体系，材料大都采用钢筋和混凝土，按曲面生成的形式分为圆顶薄壳以及双曲扁壳和双曲抛物面壳等；②空间网格结构。

主要由曲面型网壳跟平板型网架等结构通过杆件进行节点汇交所组成的结构形式；③张力结构。

主要是由索穹顶、膜结构、悬索结构通过膜、索张拉所组成的结构体系；④杂交结构。

主要是由悬索、网壳、网架与拱杂交，网壳、网架与斜拉索杂交等通过作为受力主体的斜拉索和拱而形成的多种结构类型杂交组合的结构形式。

上文所讲的几种结构形式，现代建筑对于薄壳结构的使用较少的，因为其整体的施工过成功非常的复杂繁琐。

然而其他三种结构形式最为普遍成为我国建筑
的主要发展方向。

下文笔者将对其进行具体分析。

三、大跨度建筑空间结构的应用现状
（一）空间网格结构
上世纪八十年代初期，我国根据平板网架出台了《网架结构设计与施工规定》，规定网架分析程序，从而促使空间网络结构在大型建筑中的应用。

当然，这也是因为网架结构具有一定的优点，其结构平面布置非常灵活，设计起来比较简单，同时对下部结构无其他专门的要求，安装加工业相当的简捷，屋面的铺装极其方便。

同时，在网架结构的基础上，受力更为合理、造型更为优美的网壳结构也实现了快速的发展。

网壳结构根据其曲面情况可分为扭壳面、双曲抛物面、圆柱面、球面等多种形式。

（二）张力结构
张力结构主要包括张拉整体结构、膜结构、悬索结构。

所拥有的优点为：结构自重轻、材料高强、通过受拉系统进行传力。

双曲抛物面正交索网结构在当时可谓是世界较为先进的，但是到了八十年代，这些悬索结构大多处于停顿状态，一直到九十年代中期，才重新被采用和重视，因为那时开发出了几何非线性分析程序等技术，可以解决工程实际上的计算要求。

最受人们喜欢的是张拉结构还属膜结构。

（三）杂交结构
杂交结构是大跨度建筑空间结构发展最有前途的一种形式，它是由两个或者两个以上的空间结构形式通过最优的组合方式混合杂交而成。

一般情况下，杂交结构的主体结构大多为悬索、斜拉索、拱等以轴力为主的结构体系，因为其主体结构要跨越建筑中的大跨度，而其辅助结构主要是依附主体结构并支撑主体结构而设置的，其辅助结构一般为网壳、网架等平面桁架和空间网格结构，也可以采用膜结构和悬索结构。

杂交结构中，主要是主体结构感染力强、气势浩大。

（四）大跨度建筑的空间形态与结构技术的未来发展
大跨度建筑空间结构技术的发展无穷无尽，从古代到现在，各式先进的、实用的空间结构形式相继而出，在我国建筑业中得到了广泛应用。

而在未来，各种大型建筑将向更大跨度、更优美的造型、更先进的结构体系发展，这已是必然。

各种大型的体育中心馆、会展中心、候机楼等建筑将会以全新的技术和最优美的形态出现。

其中，网络空间结构的发展中，其网架结构将成为主流，可以确定的是，未来的网格空间结构将实现最大跨度150m乃至更大。

而网架将仍然以其造价低廉、施工安装快捷、平面布置灵活等优点广泛应用于中小城市大柱网单层工业厂房。

同时，张拉结构在未来的发展将仍然是最热门的方向。

张拉整体结构、张拉膜结
构结构性能好、轻巧、美观，其将广泛应用于大中城市的体育场馆、会展中心。

杂交结构将成为未来发展的最佳应用方式，也是未来发展最具创新意义的结构形式。

今后，各种形式的斜拉索与拱永远是杂交结构的主题。

【总结】：总而言之，每种结构形式都具有一定的技术含量，在建筑实践当中的运用也具有一定的优点。

大跨度建筑在未来的发展趋势以及应用结构形式都倾向于杂交结构形式，因为此结构形式将各种结构形式的优点有效的整合在一起，在未来建筑造型中就更加的体现出优美感，并且在造价方面也是更加的经济，杂交结构形式将会成为一种更方便的结构。

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