建国以来大跨度建筑的空间结构发展

建国以来大跨度建筑的空间结构发展

空间大跨度结构是建筑工程发展的一个重要标志，我国自五十年代以来就开展了对薄壳结构、悬索结构的研究开发与应用，建成了一批有影响的代表性工程，并取得了一大批研究成果。八十年代由于计算机技术的发展，空间网格结构在理论研究、标准规范和工程实践等方面均取得了举世瞩目的成绩。随着国力的增强，新材料的不断出现，空间结构由单一结构形式发展为组合结构、混合结构等多种结构形式，应用范围也从公共建筑、体育建筑发展到工业建筑乃至建筑的各个领域。50年来，空间大跨度结构取得的辉煌成就使我们能充满信心地去营造21世纪更广阔的空间。

一、五十年空间大跨度结构的发展历程

建国50年来，空间大跨度结构经历了四个发展时期：第一时期为五十年代末至六十年代中期，第二时期为七十年代末至八十年代中，第三时期为八十年代末到九十年代初，第四个时期为九十年代。这四个发展时期都是依据当时的国力和建筑技术水平，反映出各自的结构特点与技术水平。

1、五十年代末至六十年代中期

五十年代末，随着建国十年来国力的复苏，国家已有能力关注大型体育馆与大跨度公共建设的需要。广大结构设计研究人员也以空前的热情投入于薄壳结构、悬索结构的理论研究。这些理论研究紧密结合工程需要，在当时产生了很好的效果。

在薄壳结构方面，我国技术人员对球壳、圆柱面柱、双曲扁壳、组合扭壳等作了系统的理论研究，发表了一大批高质量的论文。在理论研究的基础上，进行了大量的工程实践，其中代表性的工程如新疆某工厂的金工车间，采用跨度60m的椭园旋转壳体结构，目前该工程仍为国内最大跨度的薄壳结构。还建成了跨度42m双曲扁壳的北京网球馆。建成于1959年的北京火车站，其跨度为35m×35m，也采用双曲扁壳结构。薄壳结构取材容易、材料省、结构与建筑围护合二为一，造价低，除模板制作稍麻烦外，施工相对简便，计算分析可用连续化方法求解，这些都是符合当时的技术水平与施工条件的。配合大量的理论研究与工程实践，于1965年完成了国内第一本空间结构方面的规程《钢筋混凝土薄壳顶盖及楼盖设计计算规程》(BJG16－65)，这一规程对以后薄壳结构的设计与施工起到了积极的指导作用。

北京火车站

与薄壳结构相对应，开展悬索结构的研究与工程实践也是该时期的一个显著特点，当时对悬索结构的分析方法也是采用连续化分析方法，也曾对各种类型的索结构进行过系统研究。悬索结构方面有代表性的工程为：建成于1961年的北京工人体育馆，96m直径，采用车辐式双层悬索结构；建成于1967年的浙江人民体育馆，椭圆形平面，长轴80m，短轴60m，屋盖采用双曲抛物面预应力鞍形索网体系，该结构体系屋盖包括外环梁配筋，其耗钢量17.3kg／㎡。依据当时的国力，在确保安全的前提下节省用材，尤其是节约钢材，这也是当时追求技术水平的一个显著特点。

北京工人体育馆

网架结构，1964年在上海用角钢焊接成了一个当时并不为人们看好的网架，该项目是华东师院球类房，跨度为31.4m×40.5m，采用正方四角锥结构形式。它是中国空间结构历史上的第一个空间网架，当时任何人都不会想到，就由此引发了八十年代、九十年代中国空间网架结构的空前繁荣。该时期最有影响的，且目前仍为国内最大跨度的网架，是1967年建成的首都体育馆，跨度为99m×112m，该结构分析时是国内第一次采用电算，用差分法以手工方式填写总纲。1956年建成的天津体育馆屋盖平面尺寸为52×68m，采用带拉杆的联方型圆柱面网壳。建成于1967年的郑州体育馆，其直径64m，是我国早期的代表性网壳结构。

首都体育馆

整个五十年代末至六十年代中是中国空间结构一个较为辉煌的时期，虽然工程项目不多，但工程已包括薄壳、悬索、网架、网壳等多种结构形式，并且这些工程都具有跨度大的特点。如北京工人体育馆、浙江人民体育馆、北京首都体育馆等，在国际空间结构技术上都有一定的影响。这一时期的理论研究与工程实践为今后中国空间结构的发展，

奠定了坚实的基础。

2、七十年代末至八十年代初

在整个六十年代末至七十年代中的十年“文革”期间，中国空间结构的发展基本上处于停滞状态，完成的工程也只限于几座网架，如建成于1975年的上海体育馆，直径110m，平板型三向网架。在七十年代末“文化大革命”结束后，随着国民经济的恢复，空间结构工程界的一批有识之士，倾全力发展中国的空间结构。主要以中国建筑科学研究院牵头开发出螺栓球节点网架与有中国特色的焊空心球节点网架，并主编《网架结构设计与施工规定》(JGJ7－80)，这一规程是国际上最早的在网架结构设计与施工方面的技术规程，于1981年颁布试行。规程的颁布使设计、施工安装有章可循，是网架结构今后得以大发展的关键因素之一。在此期间国内已开发出以空间桁架位移法的电算程序，可以用于网架的内力分析与计算。同时八十年代初期已出现了4～5家网架结构专业化生产厂家。

至此网架结构作为一种成熟产品，形成了设计、制作、施工安装的一套完整体系。网架开始广泛用于大跨度体育建筑。当时建设的一些省会城市的体育馆，基本上都采用平板型网架结构，如上海游泳馆，不对称六边形平面，对角最大距离95m；1984年完工的河北省体育馆70.4m×83.2m；陕西省体育馆66m×90m；深圳市1985年落成的四柱支承的60m跨度，外围尺寸90m×90m的平板二向正交网架等等。在我国对外援建的体育馆多达8座，跨度一般为60m～80m，均采用平板网架。这一时期的一个显著特点，是大跨度体育馆中基本上采用平板型网架结构，而且大多只以建造省会及中等城市的体育馆。总体来说网架结构已大量应用，但相对而言其它结构型式发展与应用很少。

该时期的一个可喜迹象是网架在单层工业厂房的应用中作了初步尝试，如1981年完成的唐山机车车辆厂16000㎡单层厂房，采用网架结构，柱网尺寸为18m×18m。随后北京石化公司东风化工厂地毯装置主厂房，其柱网尺寸为18m×18m，总面积达4万平方米。通过这些工程，积累了大量宝贵经验，为今后网架在单层厂房的广泛应用打下了坚实的基础。

上海体育馆