大跨度空间结构(城规专业)

大跨度空间结构
空间结构与高耸结构
空间结构与平面结构
梁、拱等，所承受的
壳、网架等，荷载、
空间结构与航天结构
•太阳帆板可展结构
•雷达天线结构
生活中的空间结构
蜘蛛网强度相当
于钢材的50倍
直径几微米
1:120“形态学”（Morphology）起源于古希腊，Morphology一词由希腊语Morphe（形态）和Ology （科学）构成。

形态学最初是一门研究人体、动物、植物的形式和结构的科学。

结构形态学作为形态学的一个分支是一门从整体上研究建筑形状与结构受力之间关系的学科，目的在于寻求二者的协同统一。

“形”关注的是结构的外形，即结构的几何形状；“态”关注的是结构的受力，可以延伸为“力流”、连接方式或是一种变化。

蜂窝
Eden Project(British)
Polyhedron (Platonic and Archimedean)Frei Otto’s greenhouse
P. Drew, Frei Otto Form und Konstruktion, Verlag Gerd Hatje, Stuttgart, 1976The fly’s eye dome (Buckminster Fuller)
1895-1983
American archite
ct,systems
theorist, author,
designer, inventor,
and futurist
SPUNT’S MODULAR DOME
CSU at Northridge, CA, USA. Design by Leonard Spunt in the 1970’s.
Geodesic dome (Paris)
2002年美国盐湖城冬奥会颁奖广场舞台
Hoberman拱门
Basket with fabric
空间结构的主要形式
空间结构发展简史
皮革、木材智能结构
2008
鸟巢结构1856智能材料1986
索穹顶
膜结构1975
1970
网格结构
1957
混凝土薄壳
悬索结构
1953
A. D123拱壳
B.C3000
帐篷钢筋混凝土1864
B.C2000largest span masonry domes
St Peter’s Basilica in Rome (1588–93)
圣母百花大教堂Santa Maria del Fiore in Florence (1420–34)，approximately 42 m diameter
世界上跨度最大的薄壳（边长218m,矢高48m）
法国巴黎国家工业与技术中心陈列大厅（1959）深圳国际机场
广东省人民体育场Xian Gymnasium(1999)
96mX96m,4 supports
上海美罗城
D=48m
Coal storage(Beijing,2004, span:120m)
天津新体育馆（直径135m ）1994
首都机场T3航站楼
北京首都国际机场新航站楼T3A(180,000m2）
属铝板。

钢结构总用钢量为1860t。

印象海南岛剧场
•仿生结构：主体建筑的外型来源于海胆的外壳，突出体现了生态性、景观性和海洋文化特性。

•屋盖采用了弦支拱桁架与三次双曲抛物面网壳相结合的结构形式,用钢量510t。

广东佛山岭南明珠体育馆（2006）
•广东省第十二届运动会场馆，主体育馆直径
为128.4m，副馆的直径为78m
深圳湾体育中心
钢结构屋盖由单层网壳、双层网架及竖向支
撑系统构成。

单层网壳为复杂的空间曲面网
形截面构件直接“编织”而成。

•树形柱与网壳的相贯节点
48根阻尼器。

达116m。

桁架长度最大64.5m。

北京南站
亚洲最大的火车站，主站房建筑面积31万平方米，双曲穹顶，两侧雨篷为悬索形结构，整个钢结构总用钢量6.5万吨。

无站台柱雨棚面积达7.1万m2，最大跨度3.组合网架结构
由作为上弦构件的钢筋混凝土板与钢腹
杆及下弦杆构成的网架结构。

徐州夹河煤矿大食堂（蜂窝三角锥）
21m X 54m 1980
悬索结构
北京工人体育馆（1961）浙江人民体育馆
（1967）
吉林滑冰馆（1986）
•矩形平面：59×72m，预应力空间
双层索系，耗钢量35.5kg/m2
•被认为是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开创了现代建筑索结构的历史华盛顿杜勒斯机场候机楼（1962）
悬索屋顶：跨度45.6m，长度182.5m
美国建筑师：埃罗•沙里宁
慕尼黑奥林匹克体育中心（1972）主体育场由九个连续的
索网单元组成。

索网由
方形单元组成，单元节
点间距75米，桅杆直径
达3.5m。

通过力的平衡，
索网被施以必需的预应
年世博会汉诺威26号展厅
Herzog，他以关注技术，展厅长200m，宽116m，
布置成三跨。

整个建
筑外观是一种独具艺
术性的技术，是建筑
结构和对环境中可持
续发展的能量形式进
行优化开发的完美体
中国航海博物馆中央帆体结构
帆体为钢结构空
间桁架，双面外
包铝板。

中部形
成两片双曲面单
位于上海浦东临港新城
浙江黄龙体育中心
雅典奥林匹克综合体育场（2004）
后，有盖座位由35%增加至95%
7. 预应力结构
广东清远体育馆
D93 . 64m 六边形1995
Coal Storage(Henan Province,2005) Span:92m, Prestress system 索网架结构
深圳市市民中心博物馆玻璃采光顶30×54m
Snelson的双X模型
最早的张拉整体模型
张力海洋中的一座座孤岛”
自适应、自平衡。

(a)(b)
(c)(d)
6杆回路型6杆钻石型6杆Z字型
12杆回路型12杆钻石型12杆Z字型
30杆回路型30杆钻石型30杆Z字型
亚特兰大佐治亚穹顶外景（1996）
•弦支穹顶
11. 张弦结构上海浦东机场航站楼
•82.6m
A
A
国家体育馆
•座位1.5万。

双向张弦桁架。

•双向张弦空间桁架结构
•114m×144.5m
奥运会羽毛球馆（弦支穹顶）
济南奥体中心体育馆
•弦支穹顶结构。

直径122m，矢高12.2m
常州市奥林匹克中心
•体育馆：椭球形弦支穹顶，80米×120米
大型环状空间索桁结构体系
——韩国釜山体育场
•深圳大梅沙海滨广场
美国丹佛国际机场侯机大楼（1993）
67mx305m 佛山世纪莲体育中心（2006）
•佛山世纪莲体育中心
德国慕尼黑安联球场(2005)
•258 m x 227 m x 50 m
•建筑面积5万m2，长267m,宽207m，高40m，座位46000。

结构采用管桁结构、网格结构和薄膜结构相结合。

日本出云穹顶（Izumo Sports Dome，1992）（支承骨架：木骨架；D=143m）香港大球场（Hong Kong Stadium，1994）（支承骨架：落地钢拱+立体桁架
上海八运会体育场（1997）
秦皇岛市奥林匹克体育中心（2004）
•北京奥运会足球分赛场体育场
•屋盖椭圆形：长轴246m，短轴230m,4.8万㎡。

整
个膜屋盖由24榀基本张拉单元组成，钢桁架最大
深圳欢乐谷
Frankfurt露天体育馆
2006年世界杯球赛体育场，可拉伸膜结构英国伦敦千年穹顶D = 320m，1999
由13根大桅杆、数十根缆索和
巨大幕布巧妙组成。

6个巨型
“阳光谷”，最大直径97m，
设计：德国SBA公司
14.充气膜结构东京巨蛋
外高0.3%。

可透5％日光。

美国密歇根州庞蒂亚克穹顶（1975）
15. 可展结构
Expandable icosahedron16. 开启结构
加拿大多伦多天空穹顶(1989)
日本福冈体育馆Hukuoka Dome
•可容纳36,253人
•直径212 公尺、总重量有1.2万吨，由三根
大梁柱支撑
•开启或关闭20分钟
D=135m/75×50m
万吨，巨拱的跨度为315m。

德国杜塞尔多夫LTU竞技场（2004•座位65000
•欧洲最现代的
体育会展中心
得克萨斯州阿灵顿Dallas Cowboys Stadium
•规模：10万人，是最大的橄榄
球场地。

•6万m2、世界上最长可伸缩单
跨覆盖顶，打开12分钟
D=200m/12900m2
釜山体育场
日本大分体育场
时间为7分30秒
地面垂线夹角6.1°。

Ring-type Linkage Mechanism
The concept for retractable roof
17. 管桁架结构济南奥林匹克体育场(第11届全运会)
济南奥林匹克体育场
•南北长约360m，东西宽约310m ,折板型悬挑
空间桁架结构体系，每片罩棚由64榀径向主
桁架和9榀环向次桁架组成。

杭州东站
•杭州东站施工现场
18. 多面体刚架结构
建筑面积79532m2，建筑高度31m，长和宽均为
3065个气枕.
19. “鸟巢”结构
20. 树状结构
深圳文化中心
大连水晶球
space grid structure developed by Alexander Graham Bell
年MERO体系(第一个可广泛使用的商品
•美国密歇根台奔市福特圆顶建筑Octet穹顶网壳（R B Fuller，1953）•加拿大蒙特利尔世博会美国馆
直径76m（R B Fuller，1967）
1967年加
拿大蒙特
利尔世博
会金字塔
1970年日本大阪世博会喜庆广场
（291.6m*108m)
图2.1.1网格结构－网架与网壳
a.网架
b.单层网壳
c.双层网壳
网架结构形式
图2.1.3平面桁架系组成的网架
a两向正交正放网架b两向正交斜放网架
c两向斜交斜放网架d三向网架e网片
2.第二类是由四角锥体组成的网架结构
图2.1.4四角锥体组成的网架
a正放四角锥网架b正放抽空四角锥网架c斜放四角锥网架
d棋盘型四角锥网架e星形四角锥网架f单向折线形网架
g四角锥体h星形单元体
）单折线形网架
3.第三类是由三角锥体组成的网架结构
（11）三角锥网架
图2.1.5三角锥体组成的网架
a三角锥网架b抽空三角锥网架I型
c抽空三角锥网架Ⅱ型d蜂窝形三角锥网架
e三角锥体
图2.1.6六角锥体组成的网架
a六角锥网架b六角锥体（1）（2）（3）。