淺析大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)

摘要：大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式是建筑工程領(lǐng)域經(jīng)常選擇的一種形式，因?yàn)檫@種建筑結(jié)構(gòu)形式張力比較強(qiáng)，因此安全性能比較高。雖然大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式種類比較多，但是有些形式種類只能用在跨度相對(duì)比較小的建筑結(jié)構(gòu)中，比如膜結(jié)構(gòu)中的空氣膜結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭諝獾葪l件的限制，只能用在跨度比較小的臨時(shí)性建筑物中。本文主要介紹了三種大跨度結(jié)構(gòu)形式，僅此提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大跨度建筑結(jié)構(gòu);形式;設(shè)計(jì)

一、引言

大跨度建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，主要是注重安全性的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@種類型的建筑物，對(duì)安全性要求比較高，因此要選擇適宜的大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)人員首先要掌握建筑結(jié)構(gòu)要求，其次要了解各個(gè)大跨度形式的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，最后，在考慮建筑物的外部環(huán)境，這樣才能保證設(shè)計(jì)合理，大跨度結(jié)構(gòu)安全可靠。

二、大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)多樣，大跨度結(jié)構(gòu)就是其中之一，實(shí)際上大跨度結(jié)構(gòu)形式比較多，其應(yīng)用范圍也比較廣，比較常見的有三種，第一種是網(wǎng)架結(jié)構(gòu);第二種是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);第三種是膜結(jié)構(gòu)，這三種大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式以及特點(diǎn)都不相同，其制作工藝與設(shè)計(jì)方法也有比較大的差別，因此在具體選擇時(shí)，需要全面考慮，根據(jù)建筑工程特點(diǎn)及其周圍的環(huán)境來選擇合理的結(jié)構(gòu)。

1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)

大跨度建筑結(jié)構(gòu)有很多形式，但是無論哪一種形式都要滿足大跨度的要求，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為其中的結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)有很多，優(yōu)勢(shì)也比較明顯，首先我們來了解一下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式。如果按形狀來劃分，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以分為四種，第一種是平面桁架系網(wǎng)架，第二種是四角椎體形式的網(wǎng)架;第三種是三角錐形式網(wǎng)架;第四種是六角椎體網(wǎng)架。這幾種網(wǎng)架也有不同的形式，根據(jù)設(shè)計(jì)要求來選擇即可，從整體上講，網(wǎng)架主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

首先，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，注重的是空間設(shè)計(jì)原則，這種設(shè)計(jì)方式傳力非常簡(jiǎn)便，這對(duì)大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式來說意義重大，因?yàn)槿绻ㄖY(jié)構(gòu)屬于大跨度形式，對(duì)傳力的要求非常高，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的方式正好能夠滿足其要求;其次，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)重量比較輕，而且剛度非常大，具有非常好的抗震性能，不必因?yàn)槭蔷W(wǎng)架而影響其抗震效果;再次，便于施工，因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要的施工步驟就是安裝，只要在設(shè)計(jì)時(shí)注重要點(diǎn)，安裝很少出現(xiàn)差錯(cuò);第四，網(wǎng)架生產(chǎn)成本比較低，而且原材易得，因此可以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，商品化的程度比較高;第五，后期裝飾比較方便，因?yàn)榫W(wǎng)架形式的建筑結(jié)構(gòu)，外表美觀大方，利用建筑裝飾方法的選擇，其整體效果比較好。

2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式與設(shè)計(jì)

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式多樣，我們也可以將其稱作是曲面形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，一般情況下有單層與雙層之分，該結(jié)構(gòu)所使用的重要的材料有三種，一是鋼材;二是木材;三是鋼筋混凝土。如果按形狀來劃分其形式可以分為以下幾種：首先是球面網(wǎng)殼，也是形狀類似于或者是接近于球面的網(wǎng)殼形式;其次是雙曲面網(wǎng)殼，這種網(wǎng)殼是雙層網(wǎng)殼的一種;再次是圓柱面網(wǎng)殼，形狀是圓柱體的網(wǎng)殼;最后是雙曲拋物面形式的網(wǎng)殼，這種形式的網(wǎng)殼也是比較常用的網(wǎng)殼形式。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)如下：

首先，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)強(qiáng)度來對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，盡管網(wǎng)殼通常都是由輕質(zhì)高強(qiáng)材料制作而成，一般情況下，這種材料制作而成的建筑結(jié)構(gòu)都不能使用強(qiáng)度計(jì)算的方法，因?yàn)槠淞觿?shì)比較明顯，就是剖面尺寸與原來相比會(huì)減少的程度比較明顯，剖面尺寸越小，承載力就會(huì)出現(xiàn)問題，這樣造成的最嚴(yán)重的后果就是建筑會(huì)失去穩(wěn)定性，進(jìn)而發(fā)生事故。但是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)卻不必?fù)?dān)心這個(gè)問題，因?yàn)榫W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)擁有不同的外形，而每種外形都能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力非常均勻的分配，這樣建筑結(jié)構(gòu)就能夠一直保持在穩(wěn)定安全的狀態(tài)中，因此盡管網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般情況下，厚度都是非常小的，但是因?yàn)槠淇臻g承載力卻非常大。

其次，注重外形的設(shè)計(jì)，因?yàn)榫W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最重要的功能都在外形上，因此要注重對(duì)外形的設(shè)計(jì)，外形設(shè)計(jì)的越合理，其功能發(fā)揮的越大，而且注重外形設(shè)計(jì)，就不需要加大斷面，這樣就不需要使用過多的材料就能夠取得很好的效果，進(jìn)而節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。

最后，殼體結(jié)構(gòu)按其受力情況不同可以分為折板、單曲面殼和雙曲面殼等多種類型。在實(shí)際應(yīng)用中，殼體結(jié)構(gòu)的形式更是豐富多彩的。例如悉尼歌劇院，其外觀為三組巨大的殼片，聳立在一南北長(zhǎng)186米、東西最寬處為"97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基座上。而殼體結(jié)構(gòu)既可以單獨(dú)使用又可以組合起來使用;既可以用來覆蓋大面積空間，又可以用來覆蓋中等面積的空間;既適合方形、矩形平面要求，又可以適應(yīng)圓形平面、三角形平面，及至其他特殊形狀平面的要求。因?yàn)闅んw結(jié)構(gòu)屬于高效能空間薄壁結(jié)構(gòu)范疇，可以適應(yīng)于力學(xué)要求的各種曲線形狀，所以其承受彎曲及扭轉(zhuǎn)的能力遠(yuǎn)比平面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大。另外，因結(jié)構(gòu)受力均勻，因而可充分發(fā)揮材料的材耗，所以殼體結(jié)構(gòu)體系非常適用于大跨度的各類建筑。

3、膜結(jié)構(gòu)的形式與設(shè)計(jì)

3.1膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

膜結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢(shì)比較明顯，首先，質(zhì)量比較輕，而跨度與前兩種相比更大，因此適合于大跨度建筑結(jié)構(gòu);其次，膜結(jié)構(gòu)建筑造型并沒有嚴(yán)格的限制，設(shè)計(jì)人員可以自由發(fā)揮，不受約束，因此使用膜結(jié)構(gòu)形式也能夠?yàn)榻ㄖ鎏砬槿ば裕蛊涓挥袕埩?再次，施工比較方便簡(jiǎn)單，其施工工藝比較簡(jiǎn)單，沒有復(fù)雜的工藝，這在無形中就增加了施工的安全性，施工人員經(jīng)過培訓(xùn)都能夠掌握施工要點(diǎn);第四，造價(jià)比較低，因?yàn)槟そY(jié)構(gòu)制作材料易得，成本比較低，所以降低了膜結(jié)構(gòu)整體的成本造價(jià)，一般情況下，膜結(jié)構(gòu)主要是由柔軟織物構(gòu)成，這種材料性能優(yōu)良，安全敘述也比較高，再加之，利用鋼索作為支承結(jié)構(gòu)，其預(yù)張力非常大，進(jìn)而使得膜結(jié)構(gòu)無論是剛度，還是空間都滿足建筑工程要求;第五，上述四點(diǎn)主要闡釋了其優(yōu)勢(shì)，但是膜結(jié)構(gòu)有一個(gè)非常嚴(yán)重的劣勢(shì)，即耐久性能不強(qiáng)，這是大多數(shù)設(shè)計(jì)人員沒有選擇此種大跨度建筑結(jié)構(gòu)的主要原因。

3.2形式與設(shè)計(jì)

膜結(jié)構(gòu)形式多樣，每種形式設(shè)計(jì)要點(diǎn)都有所不同，其主要可以分為以下幾種：

3.2.1空氣膜結(jié)構(gòu)

這種膜結(jié)構(gòu)形式，主要是利用空氣將建筑物內(nèi)部空間充滿，但是這種形式對(duì)屋面拱度有一定要求，一般都要求屋面拱度不宜過高，避免氣壓過大，影響其使用性能，如果建筑工程要求的跨度非常大，也可以選擇氣承式。為了滿足跨度要求，通常都會(huì)在建筑物對(duì)角位置安裝鋼索，其鋼索成交叉形式，進(jìn)而提高膜面加勁能力。如果選擇的是氣脹式空氣膜結(jié)構(gòu)，則需要雙層膜材料，最終形狀有些類似于飛碟。空氣膜結(jié)構(gòu)因?yàn)橐欢l件的限制，所以只能應(yīng)用在臨時(shí)性建筑中，這主要是因?yàn)檫@類建筑跨度相對(duì)來說比較小。

3.2.2懸掛模結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)通常是利用桅桿或者其他能夠起到支承作用的結(jié)構(gòu)，將鋼索以及膜材以懸掛的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)殇撍饔幸欢ǖ膹埩?，而將這種張力施加到膜面中，這樣就能夠有效的提高膜面的繃緊度，進(jìn)而提高屋蓋的剛度，以便延長(zhǎng)期使用時(shí)間。

4、結(jié)語

綜上所述，可知對(duì)大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)進(jìn)行淺析非常有必要，因?yàn)殡S著大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，其形式的選擇也越來越多樣，對(duì)其形式進(jìn)行淺析，能夠保證設(shè)計(jì)人員做出做好的選擇，而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，能夠幫助設(shè)計(jì)人員了解注意事項(xiàng)，這對(duì)提高大跨度設(shè)計(jì)質(zhì)量有著非常重要的作用。這種建筑結(jié)構(gòu)形式，雖然對(duì)各方面要求都比較嚴(yán)格，但是因其優(yōu)勢(shì)，其推廣價(jià)值非常高。

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