大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)述各種大跨度結(jié)構(gòu)類型

1、大跨度建筑構(gòu)造體系簡(jiǎn)述-各種大跨度構(gòu)造類型論文關(guān)鍵詞：大跨度空間構(gòu)造拱券構(gòu)造及穹隆構(gòu)造椼架構(gòu)造與網(wǎng)架構(gòu)造殼體構(gòu)造懸索構(gòu)造膜構(gòu)造論文摘要：大跨度空間構(gòu)造是目前開展最快的構(gòu)造類型。大跨度建筑及作為其核心的空間構(gòu)造技術(shù)的開展戰(zhàn)況是代表一個(gè)國(guó)家建筑科技程度的重要標(biāo)志之一。而大跨度構(gòu)造的表現(xiàn)形式是多種多樣的，詳細(xì)如下文所示：一、拱券構(gòu)造及穹隆構(gòu)造從迄今還保存著的古希臘宏大的露天劇場(chǎng)遺跡來(lái)看，人類大約在兩千多年前，就有擴(kuò)大室內(nèi)空間的要求。古代建筑室內(nèi)空間的擴(kuò)大是和拱構(gòu)造的演變開展嚴(yán)密聯(lián)絡(luò)著的，從建筑歷史開展的觀點(diǎn)來(lái)看，一切拱構(gòu)造-包括各種形式的券、筒形拱、穿插拱、穹隆-的變化和開展，都可以說(shuō)是人類為了謀求

2、更大室內(nèi)空間的產(chǎn)物。券拱技術(shù)是羅馬建筑最大的特色及成就，它對(duì)歐洲建筑做出了宏大的奉獻(xiàn)，影響之大無(wú)與倫比。羅馬建筑典型的布局方法、空間組合、藝術(shù)形式和風(fēng)格以及某些建筑的功能和規(guī)模等等都是同券拱構(gòu)造有親密聯(lián)絡(luò)。拱形構(gòu)造在承受荷重后除產(chǎn)生重力外還要產(chǎn)生橫向的推力，為保持穩(wěn)定，這種構(gòu)造必需要有堅(jiān)實(shí)、寬厚的支座。例如以筒形拱來(lái)形成空間，反映在平面上必須有兩條互相平行的厚實(shí)的側(cè)墻，拱的跨度越大，支承它的墻那么越厚。很明顯，這必然會(huì)影響空間組合的靈敏性。為了抑制這種局限，在長(zhǎng)期的理論中人們又在單向筒形拱的根底上，創(chuàng)造出一種雙向穿插的筒形拱。而之后為了建筑的開展熱門又創(chuàng)造出了穹隆構(gòu)造穹隆構(gòu)造也是一種古老的大跨

3、度構(gòu)造形式，早在公元前14世紀(jì)建造的阿托雷斯寶庫(kù)所運(yùn)用的就是一個(gè)直徑為14.5米的疊澀穹攏到了羅馬時(shí)代，半球形的穹隆構(gòu)造已被廣泛地運(yùn)用于各種類型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神廟。神殿的直徑為43.3米，其上部覆蓋的是一個(gè)由混凝土做成的穹隆構(gòu)造。在大跨度構(gòu)造中，構(gòu)造的支點(diǎn)越分散，對(duì)于平面布局和空間組合的約束性就越強(qiáng)；反之，構(gòu)造的支承點(diǎn)越集中，其靈敏性就越大。從羅馬時(shí)代的筒形拱衍變成高直式的尖拱拱肋構(gòu)造；從半球形的穹隆構(gòu)造開展成帶有帆拱的穹隆構(gòu)造，都說(shuō)明由于支承點(diǎn)的相對(duì)集中而給空間組合帶來(lái)極大的靈敏性。二、椼架構(gòu)造與網(wǎng)架構(gòu)造椼架也是一種大跨度構(gòu)造。在古代，雖然也有用木材做成各種形式的構(gòu)架作為屋頂

4、構(gòu)造的，但是符合力學(xué)原理的新型椼架的出現(xiàn)卻是現(xiàn)代的事。椼架構(gòu)造雖然可以跨越較大的空間，但是由于它自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈兩坡后曲線的形式，所以只適宜擔(dān)當(dāng)作屋頂構(gòu)造。網(wǎng)架構(gòu)造也是一種新型大跨度空間構(gòu)造。它具有剛度大、變形孝應(yīng)力分布均勻、能大幅度地減輕構(gòu)造自重和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)架構(gòu)造可以用木材、鋼筋混凝土或鋼材來(lái)做，并且具有多種多樣的形式，使用靈敏方便，可適應(yīng)于多種形式的建筑平面的要求。近來(lái)國(guó)內(nèi)外許多大跨度公共建筑或工業(yè)建筑均普遍地采用這種新型的大跨度空間構(gòu)造來(lái)覆蓋宏大的空間。網(wǎng)架構(gòu)造可分為單層平面網(wǎng)架、單層曲面網(wǎng)架、單層平板網(wǎng)架和雙層穹隆網(wǎng)架等多種形式。但層平面網(wǎng)架多由兩組互相正交

5、的正方形網(wǎng)格組成，可以正方，也可以斜放。這種網(wǎng)架比較適宜于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。假設(shè)把單層平面網(wǎng)架改變?yōu)榍?拱或穹隆網(wǎng)架，或可以進(jìn)一步進(jìn)步構(gòu)造的剛度并減小構(gòu)件所承受的彎曲力。從而增大構(gòu)造的跨度。網(wǎng)架構(gòu)造象框架構(gòu)造一樣，承重系統(tǒng)與非承重系統(tǒng)有明確的分工，即支承建筑空間的骨架是承重系統(tǒng)，而分割室內(nèi)外空間的圍護(hù)構(gòu)造和輕質(zhì)隔斷，是不承受荷載的。在網(wǎng)架構(gòu)造體系下，室內(nèi)空間常按照功能要求進(jìn)展分隔，可以使封閉的，也可以是半封閉或開敞的。當(dāng)今，空間平板網(wǎng)架構(gòu)造在我國(guó)已有較大開展，而由于網(wǎng)架構(gòu)造多采用金屬管材制造，能承受較大的縱向彎曲力，與一般鋼構(gòu)造相比，可節(jié)約大量鋼材和降低施工費(fèi)用根據(jù)有關(guān)資料

6、統(tǒng)計(jì)，節(jié)約鋼材約35%，降低施工費(fèi)用約25%，甚至在某些情況下，耗鋼量接近于普通鋼筋混凝土梁中的鋼筋數(shù)量。因此，空間網(wǎng)架的構(gòu)造形式，用于大跨度建筑具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。另外，由于空間平板網(wǎng)架具有很大的剛度，所以構(gòu)造高度不大，這對(duì)于大跨度空間造型的創(chuàng)作，具有無(wú)比的優(yōu)越性。三、殼體構(gòu)造一般而言，用輕質(zhì)高強(qiáng)材料做成的構(gòu)造，假設(shè)按強(qiáng)度計(jì)算，其剖面尺寸可以大大地減小，但是這種構(gòu)造在荷載的作用下，卻容易因變形而失去穩(wěn)定并最后導(dǎo)致破壞。而殼體構(gòu)造正是由于合理的外形，不僅內(nèi)部應(yīng)力分配既合理又均勻，同時(shí)又可以保持極好的穩(wěn)定性，所以殼體構(gòu)造盡管厚度極小卻可以覆蓋很大的空間。殼體構(gòu)造的剛度，取決于它的合理形狀，而不像

7、其他構(gòu)造形式需要加大構(gòu)造斷面，所以材料消耗量低；其靜載也不像其他構(gòu)造形式那樣隨跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很??；該構(gòu)造的承重和無(wú)蓋合而為一，使其更加經(jīng)濟(jì)有效，且在建筑空間利用上越加充分。殼體構(gòu)造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，殼體構(gòu)造的形式更是豐富多彩的。例如悉尼歌劇院，其外觀為三組宏大的殼片，屹立在一南北長(zhǎng)186米、東西最寬處為97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造的基座上。而殼體構(gòu)造既可以單獨(dú)使用又可以組合起來(lái)使用；既可以用來(lái)覆蓋大面積空間，又可以用來(lái)覆蓋中等面積的空間；既適宜方形、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

8、。因?yàn)闅んw構(gòu)造屬于高效能空間薄壁構(gòu)造范疇，可以適應(yīng)于力學(xué)要求的各種曲線形狀，所以其承受彎曲及改變的才能遠(yuǎn)比平面構(gòu)造系統(tǒng)大。另外，因構(gòu)造受力均勻，因此可充分發(fā)揮材料的材耗，所以殼體構(gòu)造體系非常適用于大跨度的各類建筑。四、懸索構(gòu)造由于鋼的強(qiáng)度很高，很小的截面就可以承受很大的拉力，因此在本世紀(jì)初就開始用鋼索來(lái)懸吊屋頂構(gòu)造。懸索在均勻荷載作用下必然下垂而呈懸鏈曲線的形式，索的兩端不僅會(huì)產(chǎn)生垂直向下的壓力，而且還會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)的程度拉力。單向懸索構(gòu)造為了支承懸索并保持平衡，必須在索的兩端設(shè)置立柱和斜向拉索，以分別承受懸索所給予的垂直壓力和程度拉力。單向懸索的穩(wěn)定性很差，特別是在風(fēng)力的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和失

9、穩(wěn)。為了進(jìn)步構(gòu)造的穩(wěn)定性和抗風(fēng)才能，還可以采用雙層懸索或雙向懸索。雙層懸索構(gòu)造平面呈圓形，索分上下兩層，下層索承受屋頂全部荷載，為承重索；上層索起穩(wěn)定作用，為穩(wěn)定索，上下兩層索均張拉于內(nèi)外兩個(gè)圓環(huán)上而形成整體。這種形式的懸索構(gòu)造承重索與穩(wěn)定索具有相反的彎曲方向，這兩種索交織成索網(wǎng)，經(jīng)過(guò)預(yù)張拉后形成整體，具有良好的穩(wěn)定性和抗風(fēng)才能。懸索構(gòu)造除跨度大、自重輕、用料省外還具有平面形式多樣除可覆蓋一般矩形平面外還可以覆蓋圓形、橢圓、正方形、菱形乃至其他不規(guī)那么平面的空間，使用的靈敏性大、范圍廣；由多變的曲面所形成的內(nèi)部空間既寬大宏偉又富有運(yùn)動(dòng)感；主剖面呈下凹的曲面形式，曲率平緩，如處理得當(dāng)既能順應(yīng)功能

10、要求又可以大大節(jié)省空間和空調(diào)費(fèi)用；形式變化多樣，可以為建筑形體和立面處理提供新的可能性。在大跨度構(gòu)造建筑選型時(shí)，懸索構(gòu)造由于沒(méi)有繁瑣支撐體系的屋蓋構(gòu)造選型，所以該種構(gòu)造是較為理想的形式。在荷載作用下，懸索構(gòu)造體系能承受宏大的拉力，因此要求設(shè)置能承受較大壓力的構(gòu)件與之相平衡。五、膜構(gòu)造膜構(gòu)造是空間構(gòu)造中最新開展起來(lái)的一種類型，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性骨架將膜面繃緊，從而形成具有一定剛度并能覆蓋大跨度構(gòu)造體系。膜構(gòu)造既能承重又能起圍護(hù)作用，與傳統(tǒng)構(gòu)造相比，其重量卻大大減輕，僅為一般屋蓋重量的1/10-1/30。膜構(gòu)造按其支承方式的不同，一

11、般包括(1)空氣膜構(gòu)造-跨度大時(shí)可用氣承式，就是在建筑物內(nèi)部空間注以空氣，屋面的拱度一般都較低，以減小欺壓，大跨度時(shí)往往在建筑物的對(duì)角線方向布置穿插的鋼索，對(duì)膜面起加勁作用。而氣脹式空氣膜構(gòu)造那么是將膜材做成周圍密封的圓形雙層，充氣后形成飛碟狀；或?qū)⒛げ淖鞒砂雸A形圓筒，充氣后如同半個(gè)輪胎，以此為單元組合成各種屋蓋。該膜構(gòu)造主要用在跨度較小的臨時(shí)性建筑上。(2)懸掛膜構(gòu)造-一般采用獨(dú)立的桅桿或拱作為支承構(gòu)造將鋼索與膜材懸掛起來(lái)，然后利用鋼索向膜面施加張力將其繃緊，這樣就形成了具有一定剛度的屋蓋。3骨架支撐膜構(gòu)造-這是以鋼骨架代替了空氣膜構(gòu)造中的空氣作為膜的支撐構(gòu)造，骨架可按建筑要求選用拱、網(wǎng)殼之類的構(gòu)造，然后在骨架上敷設(shè)膜材并繃緊，適用于平面為方形、圓形或矩形的建筑物。4復(fù)合膜構(gòu)造-這是膜構(gòu)造中新的構(gòu)造體系，由鋼索、膜材及少量受壓的桿件組成，由于主要用于圓形平面，稱“索穹頂。這個(gè)體系包括連續(xù)的拉索和單獨(dú)的壓桿，在荷載作用下，力從中心受拉環(huán)或椼架通過(guò)放射狀的徑向脊索、谷索、環(huán)向拉索、斜拉索傳向周圍的受壓環(huán)梁。扇形的膜面從中心環(huán)向外環(huán)方向展開。通過(guò)對(duì)鋼索施加拉力而繃緊，固定在壓桿與接合處的節(jié)點(diǎn)上。該構(gòu)造適用于大跨度的圓形或橢圓形建筑。以上是現(xiàn)代大跨度建筑的常用構(gòu)造形式，概括地說(shuō)，無(wú)論是從建筑歷史抑或是從今后開展來(lái)看，在建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)