浅析大跨度建筑结构形式与设计

张春富宋佳

1.哈尔滨工业大学建筑设计研究院 2.黑龙江省建工集团有限责任公司

浅析大跨度建筑结构形式与设计

张春富1宋佳2

1.哈尔滨工业大学建筑设计研究院 2.黑龙江省建工集团有限责任公司

在现代化社会发展过程中，大跨度建筑是空间结构技术的未来发展趋势，是评价一个国家建筑科技水平的重要标准之一。但是在实际工作中，大跨度结构形式多种多样，总体来说有网架结构、网壳结构、膜结构、悬索结构、薄壳结构及各种结构组合的空间结构。在当前建筑行业当中得到了广泛的应用。本文就大跨度建筑结构的形式及设计要点进行分析，以供参考。

大跨度建筑；结构形式；设计要点

随着社会的发展以及技术水平的不断提高，建筑结构形式也在不断发展与更新，为了满足社会及人们的需求，各种各样的建筑结构类型不断发展。现阶段，大跨度空间结构已成为建筑行业发展的重点。日常生活中最常见的几种大跨度建筑结构形式有五种，即网架结构、网壳结构、膜结构、悬索结构、薄壳结构，另外还有一些结构形式是在上述五种结构的基础上组合并演变的新结构形式，也正是因为这些结构形式，使当前的大跨度建筑成为城市发展中一道靓丽的风景。

一、网架结构的形式及特点

网架结构是技术人员根据某种规律将若干根杆件连接起来，从而形成一种网格结构，其中技术人员将这些网格结构组合起来形成多层结构，也就被我们称之为网架结构。其施工材料一般是由钢管或者钢材制作而成的。

1、网架结构的形式

网架结构的形式可分为以下四种：1）平面桁架结构，其中主要包括双向正交正放网架结构、双向斜交斜放网架、双向正交斜放网架结构以及三向网架结构等。2）四角锥体网架结构，其主要包括正放四角锥体网架结构、斜放四角锥体网架结构、星型四角锥体网架结构等。3）三角锥体网架结构，其主要包括抽空三角锥体网架结构、蜂窝型三角锥体网架结构等。4）正六角锥体网架结构。

2、网架结构的特点

在大跨度建筑结构中，网架结构是最常见的一种结构形式，它具有自重轻、抗震性能好、传力途径简捷等优点。在其施工过程中，网架结构施工极其简便，极容易将结构定性，可以有效的提高其工作效率，达到美观的要求。另外，这一结构在施工中还能够为后期设备的安装作铺垫，提高了其施工质量，节约了施工成本。

二、网壳结构的形式及特点

在大跨度建筑结构中，施工人员一般会采用钢筋混凝土、木材、钢材等材料进行网壳结构的施工。

1、网壳结构的形式

在实际工作中，网壳结构可以分为球面网壳结构、双曲面网壳结构、圆柱面网壳结构等多种结构形式。

2、网壳结构的特点

在对网壳结构进行设计的过程中，其组成材料自重都相对较轻。相对于其他结构形式，在保证强度的基础上，网壳结构的截面尺寸会明显的降低，由于壳体结构的外形具有合理性，因此它不仅能够合理分配内部结构的应力，还能够有效的保证其稳定性，在实际工程中，该结构虽然厚度小，但其覆盖的空间却非常大。

由于壳体结构的外形具有合理性特点，因此其刚度也非常大，该结构在实际工作中能够节约大量的施工材料，并且在整个工程中，因其厚度较小，承载力大，因此更加具有经济性的特点，提供更多的建筑空间。

三、膜结构的形式与特点

膜结构是上个世纪中期发展起来的一种新型空间结构，该结构的制作采用的是柔软的施工材料，在建筑结构设计与施工过程中，该结构是一种刚度大、覆盖面积大的结构体系。

1、膜结构的形式

根据膜结构支承方式，我们可以将其分为以下几种结构形式：1）充气膜结构。这一结构也就是在建筑工程的内部灌注一定的空气，由于屋面起拱的弯度相对较小，跨度大时，技术人员可以在建筑物四角的对角线设置相应的钢索，施加一定的应力。这一种结构形式在临时性建筑工程中比较适用。2）悬挂膜结构。在对建筑结构进行设计的过程中，设计者一般会采用桅杆将钢索以及膜材料悬挂起来，通过钢索将其绷紧与固定，从而提高屋盖的刚度。3）骨架支撑膜结构。这是以钢骨架代替了充气膜结构中的空气作为膜的支撑结构，骨架可按建筑要求选用拱、网壳之类的结构，然后在骨架上敷设膜材并绷紧，适用于平面为方形、圆形或矩形的建筑物。4）复合膜结构。这是膜结构中新的结构体系，由钢索、膜材及少量受压的杆件组成，由于主要用于圆形平面，称“索穹顶”。

2、膜结构主要特点

自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自洁性好；耐久性较差。

四、悬索结构的形式与特点

悬索结构主要由能够受拉的索构成，技术人员需要根据相关规定要求将所按照规律进行布置，从而使其形成一个结构体系。悬索屋盖结构结构的组成主要有悬索系统、屋面系统以及支撑系统三个部分构成。其中悬索系统中的悬索结构的材料一般采用的是高强钢丝，将其绑扎成一个钢丝束，这样可以有效的提高其强度与稳定性，技术人员也可以采用圆钢等材料进行绑扎与施工。

1、悬索结构形式

悬索结构按索的布置方向和层数分为：单向单层悬索结构；辐射式单层悬索结构；双向单层悬索结构；单向双层预应力悬索结构；辐射式预应力悬索结构；双向双层预应力悬索结构；预应力索网结构等。

2、悬索结构的特点

在悬索结构中，能够受拉的索通过轴向拉伸可以有效的抵抗外作用力的影响。这就可以避免悬索结构出现较大的弯矩力以及剪力效应，此时我们就可以将钢材充分利用在其中，以提高整个结构的强度。建筑结构中，悬索结构的形式具有多样化的特点，并且布置灵活性大，适用于多种建筑结构当中，另外，由于钢索具有自重轻的特点，在建筑工程安装过程中可以不利用大型起重设备，但是我们需要清楚的知道，这种结构的设计理论要比普通结构的设计理论要复杂得多，这就在一定程度影响到其应用范围。

五、薄壳结构的特点

薄壳结构在实际应用中表现出很多特点，值得我们推广应用。首先就是薄壳结构可以凭借小厚度来承担相对较大的荷载，在这方面表现出很好的强度以及刚度特点，只要能够在工程中合理利用这个特点可以为工程的安全性和稳定性以及经济性都带来很好的改善。这个特点主要来自于薄壳结构通过几何结构来增强材料的抗压性，是现代环保建筑不可多得的结构形式。

六、结束语

随着社会的发展以及人们生活水平的提高，大跨度建筑物越来越受到人们的重视，空间结构的发展必然会促进建筑行业的进一步发展。在空间结构设计的过程中，设计者首先需要根据不同的计算方法与理论将其结构进行准确的计算，在设计过程中不仅需要重视结构的外观造型，还需要重视结构受力的合理性以及工程造价等，在只有这样才能够达到现代化建设建设的要求。

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