浅论大跨度结构在建筑工程中的应用李雪

浅论大跨度结构在建筑工程中的应用李雪

李雪

黑龙江宝宇房地产开发有限责任公司黑龙江哈尔滨150000

摘要：近年来，我国的建筑水平得到了空前的发展，空间结构理论分析也不断在进步，大跨度结构在建筑工程中的应用体现了我国建筑行业的发展水平和科技水平，大跨度结构具有增强建筑美观性和设计形式多样性的作用，是建筑结构中重要的发展趋势。北京的鸟巢、水立方等大型体育馆的建设都与大跨度结构有关，我国一些建筑的水平在全世界范围内都是遥遥领先的。大跨度结构逐渐的顺应社会各界对建筑物的要求，在建筑工程中大跨度结构的不同表现形式有着不同的应用。下文简述了大跨度结构的应用领域与发展历史以及主要应用方式。

关键词：大跨度结构；应用；建筑工程

随着我国国际地位的逐渐提高，我国越来越注重市容市貌的建设，为了彰显我国国家的形象，一些美观的建筑物逐渐出现在我们的生活中，大跨度结构的应用越来越广泛。大跨度结构常见于大型企业建筑、桥梁工程，它不仅能提供十分优秀的承载力，同时自重轻，能够节约大量的建筑材料，为建筑工程节约成本，而且大跨度结构的可控性很强，让设计师有很大的发挥余地，可以说，有大跨度结构的地方就有优秀的建筑。

1.简述建筑设计中的大跨度结构

大跨度结构中包括在古罗马时期就开始使用的拱券结构，既灵活又美观；通常在工用和民用建筑上可见的桁架结构和网架结构；厚度薄且空间大的壳体结构；新型的膜结构等。而在建筑工程中应用最广的就是大跨度钢结构了。

1.1大跨度结构的含义及主要应用领域

大跨度结构是相对于普通结构而言的，大跨度结构是指跨度大于或等于60米的屋盖结构，可采用巧架、钢架或拱等平面结构及网架、网壳、悬索结构和索膜结构等空间结构。主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房，大跨度建筑结构包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等基本空间结构及各类组合空间结构。

1.2大跨度结构的发展史

其实大跨度很早就出现在我们生活中了，由于大跨度属于建筑行业的范畴，离人们平时的生活比较远，所以不被大家了解。迄今为止，发现最早的大跨度建筑是古罗马时期的建筑。在我国，大跨度结构的发展史主要有以下几个阶段。开创时期，这一时期为20世纪50年代末-60年代中期。50年代末，随着建国10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。成长发展期，20世纪60年代中～70年代中的10年“文革”期间，中国建筑科学研究院经历了机构下放与恢复重建过程，空间结构领域的研究与发展处于停滞状态，国内建成的大跨度空间结构项目也极少。在70年代未“文化大革命”结束后，随着国民经济的恢复与各类体育场馆建设的迫切需要，空间结构工程界的一批有识之士，倾全力发展我国的空间结构。80年代初，我国开始改革开放，建筑师已不再简单满足于普通的平板网架结构，开始追求新型的建筑造型，要求结构工程师以新的结构形式来代替平板网架，悬索结构再次得到重视，其优美的曲线造型乐于被建筑师们采用。快速发展期，90年代初，网架结构计算分析方面取得了重大突破，国内的几家研究单位、高校与设计单位都先后开发出实用化的网架结构CAD程序。全面提高期，2000年开始，我国增加了对大跨度领域的研发投入，开展的项目主要包括大跨度空间结构防灾减灾与预应力索结构的设计与建造技术等。

2常见大跨度结构

大跨度结构是使用各种低重量、高强度的建材以高承载力的模型而构成。由于大跨度结构所拥有的一些优良的特性，使得大跨度结构在建筑工程中得到了广泛的应用，其中网架式结构、悬锁式结构、壳体式结构以及膜结构等结构的应用最为广泛。

2.1网架结构与网壳结构。

网架结构式的大跨度结构的形态，很显然，顾名思义，网架式结构就是利用零散的钢筋或者承载力较强且不易变形的建筑器材，通过相互交叉，组合成网状的一种建筑结构，对其的应用最为明显的一个建筑就是鸟巢，而且通过网架式结构的建筑空间体系是一种对建筑空间应用的创新，同样也使得此建筑具有一定的美观性以及更好的功能性。网架结构一般由钢管和钢板构成，有时还以混凝土框架和钢筋结合而成。网架结构由不同种的若干杆件的链接形成，因为网架结构由多个结构层构成，故也称为多层结构。介绍完网状结构，下面介绍一个名字与网状结构相似的结构。名字叫做：网壳结构。所谓的网壳结构主要是有圆面、曲面等平滑的曲面组成的一种结构，网壳结构一般相对来说面积较小，然而却容易因为受力不均而导致变形，因此网壳结构在大跨度结构中应用的比较少，在这里也就不做过多的介绍。

2.2膜结构简介

网架式结构塑造建筑的整体形态，壳体式结构塑造了建筑的外在绝大多数的形貌，而膜结构的作用就是使建筑的部分功效能够得到实现，膜结构一般分为空气膜结构、悬挂膜结构以及骨架支撑结构，而膜结构也是大跨度结构在抗震上的体现，这是由于膜结构的空气膜结构在地震发生时可以起到缓冲的功效。另一方面，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。

2.3悬索结构

悬索结构是利用大尺寸钢索来牵引建筑，来提高建筑稳定性的一种结构，常见于大型桥梁，悬索结构自重大、施工难度大、成本高，但是它负荷能力强、结构极其稳定、可增加建筑的美观度。悬索结构使用的灵活性大，它具有跨度大、自重轻、用料省等优点外，还能够覆盖多种形状，使建筑具有多样性。

3.现阶段大跨度构的应用

近几十年来，在我国上海，北京，广州，深圳等地，许多高楼拔地而起，还有很多超高层建筑，一些建筑物采用了大跨度钢结构或钢结构框架与混凝土筒体相结合的混合结构体系，有足够的刚度和稳定性。现阶段，各类大跨度结构在世界范围内的应用极为广泛。各种类型的大跨空间钢结构在美、日、欧等发达国家发展较快。建筑物的跨度和规模越来越大，跨度超过150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1961年美国建成的匹兹堡会堂，是第一座开合结构，直径达127m。1983年建成的加拿大卡可里加体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。美国亚特兰大为1996年奥运会修建的佐治亚穹顶（1992年建成）采用新颖的整体张拉式索膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192×241m。1993年日本建成直径达222m的福冈体育馆，它的屋盖由三块可旋转的扇形网架组成，扇形沿圆周导轨移动，可实现全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。英国伦敦于1999年建成的千喜穹顶，跨度达300m。这些宏伟而富有特色的大跨度空间钢结构已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

4.讨论

大跨度结构具有低自重、高负载、美观度好、自洁性好等优点，是一种非常优秀的建筑结构。通过对大跨度结构在建筑工程应用中的具体形式和出现的问题的研究中，不难看出，大跨度结构作为一种新型的实用性结构已经遍布在人们生活中的许多角落里，各式各样风格建筑既经济又耐用，还符合大众的审美观念，将逐步占领建筑市场。现阶段，大跨度结构无疑是目前社会所青睐的建筑空间体系，因此必须加深研究，使得其发挥应用的作用。

参考文献：

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