衡量大跨度空间结构优劣的五个指标
简述大跨度空间结构的主要形式及特点
间 的结 构 体 系。
３ １膜 结 构 的 主 要 形 式 ．
产效率 ； 网架 的平面 布 置灵 活 ， 盖平 整 ， 利 于 吊 屋 有
顶 、 装 管道 和设 备 ； 安 网架 的 建 筑 造 型轻 巧 、 观 、 美 大方 ， 于建筑 处理 和装 饰 。 便
膜 结 构 主要 有 空 气 支 承 膜 结 构 ；张 拉 式 膜 结 构 ； 架 支承膜 结构 等形 式 。 骨
２ 四角锥 体组 成 的 网架结 构 。主要有 ： 放 四 ） 正
角 锥 网架 、 放 四角锥 网架 、 放抽 空 四角 锥 网架 、 斜 正 棋 盘 形 四角 锥 网 架 、 星型 四角 锥 网架 、 向折 线 型 单 网架等 型式 。 ３ 三 角锥 组成 的网架 结 构 。 主要 有 ： 角锥 网 ） 三 架 、 空 三 角锥 网 架 （ Ｉ型 和 Ⅱ型 ） 蜂 窝 形 三 角 抽 分 、 锥 网架 等型 式 。
见 图 １ 。
架结构 、 网壳 结 构 、 索 结 构 、 结 构 、 壳 结 构 等 悬 膜 薄
五 大空 间结 构及各 类 组合 空 间结构 。 态各 异 的空 形
间 结 构在 体 育 场 馆 、 展 中 心 、 剧 院 、 型商 场 、 会 影 大
工 厂车 间等建 筑 中得 到 了广泛 的应 用 。
六 角锥 网架 。
１２网 架 结 构 的 主 要 特 点 ．
面， 或利 用柔 性钢 索 或 刚性 支承 结 构使 膜 产生 一 定
的预 张力 ， 而形 成 具 有 一 定 刚 度 、 从 能够 覆 盖 大 空
空 间 工作 ， 力 途 径 简 捷 ； 传 重量 轻 、 度 大 、 刚 抗
震 性 能 好 ； 工 安装 简便 ； 施 网架 杆 件 和节 点 便 于定 型化 、 品化 、 在 工厂 中成 批 生 产 ， 利于 提 组 合 型 扭 网壳
简述大跨度空间结构的主要形式及特点
简述大跨度空间结构的主要形式及特点摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。
其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。
关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由多根杆件按照某种规律的儿何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。
它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。
1.1网架结构的形式(1)平而桁架系组成的网架结构。
主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
(2)四角锥体组成的网架结构。
主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
(3)三角锥组成的网架结构。
主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分1型和11型）、蜂窝形三角锥网架等型式。
(4)六角锥体组成的网架结构。
主要形式有：正六角锥网架。
1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工丨中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平而布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。
2网壳结构曲而形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。
网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
2.1网壳结构的形式主要有球而网壳、双曲而网壳、圆柱而网壳、双曲抛物而网壳等。
2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工）预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平而还是空间曲而外形，都可根据创作要求任意选取。
大跨空间结构答案
四、简答题（共20分,每小题5分）1.在进行网架节点设计时，有哪些基本要求？答：①牢固可靠，传力明确简捷；（1分）②构造简单，制作简单，安装方便；（1分）③用钢量省，造价低；（1分）④构造合理，使节点尤其是支座节点的受力状态符合设计计算假设。
（2分）2.确定网架结构的网格尺寸时，需要考虑哪些因素？答：1)与屋面材料有关。
钢筋混凝土板尺寸不宜过大，否则安装有困难，一般不宜超过3m；当采用有檩体系构造方案时，网架一般不超过6 m。
（3分）2)与网架高度有一定比例关系。
夹角过大、过小，节点构造会产生困难。
（2分）3. 当网架只承受恒载、活载、风载作用时，应考虑哪些荷载组合？答：①永久荷载+可变荷载（1分）②②永久荷载+半跨可变荷载（2分）③网架自重+半跨屋面板+施工荷载（2分）4．在螺栓球节点网架中杆件的计算长度L0等于杆件几何长度L，而在焊接球节点网架中杆件的计算长度L0小于杆件几何长度L，试说明理由。
答：在焊接球网架中，焊接球通过焊缝与杆件连接，由于焊接抗弯刚度大，工作性能接近于刚节点，故计算长度L0<L；（分）而在螺栓球网架中，螺栓球通过螺栓与杆件连接，由于螺栓的抗弯刚度很小，工作性能接近于铰节点。
（分）5.在进行网架杆件截面选择时，需遵从哪些原则？答：（1）每个网架结构所选截面规格不宜过大，以方便加工与安装，一般小跨度网架以三到五种为宜，大、中跨度网架也不宜超过10种规格。
（2）杆件宜选用壁厚较薄的截面，以使杆件在截面面积相同的条件下，能获得较大的回转半径；有利于压杆稳定。
（3）宜选用市场常供钢管。
（4）考虑到杆件材料负公差的影响，宜留有适当的余地。
6.用有限单元法对网架进行分析时，采用了哪些基本假设？答：①假定节点为铰节点，每个节点有三个自由度，忽略节点刚度的影响；②荷载作用在网架节点上，杆件只承受轴力；③材料在弹性阶段工作，符合胡克定律；④假定网架的变形很小，由此产生的影响予以忽略。
大跨度大空间建筑火灾特点及扑救对策
生产使用的原料和成品大多属可燃物，有的还属于易燃易爆品，甚至是有毒的化学物品， 如制衣厂的布匹、纺织厂的棉花、印刷厂的纸张电缆厂的橡胶、化工企业的爆炸性物质等。
随着社会经济迅猛发展，企业生产、仓储用房、大型批发市场、物流业、综合商场、体 育场馆、影剧院、展览馆等大空间建筑越来越多，这些建筑具有人员流动性大，储存可燃 物质多，内部通道错综复杂等特点，一旦发生火灾，极易造成国家财产的重大损失和群死 群伤恶性事故。近年来，我国各地相继发生大跨度、大空间火灾，给国家和企业造成了较 大的财产损失。下面就大跨度、大空间厂房的火灾特点和扑救对策谈一些粗浅的看法。
大跨度、大空间建筑是指单层面积大、跨度大、层间高，没有或缺少实体分隔所形成 的建筑。一般跨度在 60 米以上的建筑，主要采用钢为主要材料，其结构形式主要包括网 架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
（一）大跨度、大空间厂房的钢结构部分在高温下极易变形，导致建筑物局部倒塌。 火灾中，当温度升至 350 摄氏度、500 摄氏度、600 摄氏度时，钢结构的强度分别下降 1/3、1/2 、2/3 。在全负荷情况下，钢结构失稳的临界温度为 500 摄氏度。此外，钢构件极 易受高温作用后，钢结构冷热聚变，受热膨胀，遇冷水后会急剧收缩，而且火灾时，某一 部分变形受损会破坏整个构件的整体受力平衡，所以钢结构建筑，尤其是大跨度厂房发生 火灾时，钢构件极易受高温作用后较短时间内就会发生扭曲、变形，进而导致整个建筑的 倒塌，救援难度增大。
一旦发生火灾，火势蔓延快、燃烧猛烈、并产生大量烟雾，扑救难度大。
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准有以下几种：
1. 混凝土结构：跨度在30m以上的房屋。
2. 钢结构：跨度在60m以上或横向跨越60m的房屋。
3. 框架结构：跨度在18m以上的房屋。
大跨度房屋通常用于大型公共建筑和工业建筑，如民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑，以及工业建筑的飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房等。
请注意，对于具体的建筑项目，还需要考虑当地建筑规范和标准，以及建筑师和工程师的建议和要求，来确定大跨度房屋的界定标准。
大跨度房屋钢结构简介(1)
网架和网壳结构(10)
a)正放四角锥柱面网壳 d)三角锥柱面网壳
b)正放抽空四角锥柱面网壳 c)斜置正放四角锥柱面网壳
e)抽空三角锥柱面网壳
双层柱面网壳的网格形式 1.交叉桁架体系(略) 2.四角锥体系
a)：刚度大，杆件少，最常用 b)：适用于小跨度，轻屋面 c)：系将a)斜置 3.三角锥体系 常用d) ， e) 两种
特点
拱式屋盖受力合理 比梁式和框架式屋盖结构经济指标好(跨度超过80m时尤为显著)
结构布置
跨度为4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条
拱式结构(2)
跨度达100m左右时，宜采用相距36m的拱对，拱对间距为915m
拱式结构(3)
侧窗难以开启，且宜积灰；檩条下移，构成横向天窗
工程实例
美国瑞雷（Raleigh）竞技馆（大剧院） 1952年建于美国北卡罗里那州，平面
91.5m×91.5近似圆形，两个砼斜放抛物线拱，鞍 形正交预应力索网，世界上第一个现代悬索屋盖 。
美国华盛顿杜勒斯机场 1962沙里宁设计，两排 巨型钢筋混凝土斜柱支撑，一高一低，其间悬挂 40余米长的钢索，上铺屋面板，在重力的作用下， 钢丝自然下垂，形成充满张力感的屋顶曲线。
折板结构 筒壳结构 圆顶壳结构
双曲扁壳结构
折板结构
折板结构
巴黎联合国 教科文组织 总部会议大 厅
球壳
罗马万神殿 约公元120～124年建于
意大利 ，直径43.3m，用天 然火山灰，变壳厚，顶厚 1.2m。
球壳
圣索菲亚大教堂 公元532～537年建于土耳其伊斯担布尔，直
径33m，原为拜占庭帝国东正教的宫庭教堂。
两向正交斜放，棋盘形四角锥 斜放四角锥，星形四角锥
大跨度空间结构的主要形式及特点
膜结构的主要形式
膜结构形式上主要有气 压式膜结构、气承式膜 结构、混合式膜结构和 悬挂薄膜结构。
膜结构主要特点
膜结构主要有自重轻、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，透光性和自结性好， 耐久性较差等特点。
团结 信赖 创造 挑战
4、悬索结构
悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件并将索 按照一定规律布置所构成的一类结构体系。悬索屋 盖结构通常由悬索系统、屋面系统和支撑系统三部 分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝 组成的平行钢丝束、钢绞线或钢缆绳等，也可采用 圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。
团结 信赖 创造 挑战
国家大剧院
团结 信赖 创造 挑战
悉尼歌剧院
团结 信赖 创造 挑战
本次结构分析总结
相对而言，网架结构和网壳结构在施工、结构
上比较简单，方便，稳定。但在造型上相对单
一，变化不大。而膜结构，悬索结构在造型上
较多变，灵活，适合多种形式，但对于结构受
力等要求更高。
在本次设计上，我们认为这几种结构对于我们
团结 信赖 创造 挑战
2、网壳结构
曲面形网格结构称为网壳结构。有单层网 壳和双层网壳之分，网壳的用材主要有钢网 壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
团结 信赖 创造 挑战
球面网壳
双曲面网壳
圆柱面网壳
双曲抛物面鞍型网壳
单块扭网壳ຫໍສະໝຸດ 四块组合型扭网壳团结 信赖 创造 挑战
网壳结构主要特点
大跨度房屋钢结构设计与分析
大跨度房屋钢结构设计与分析摘要：当今社会经济飞速发展,人民生活水平日益提高,世界各国纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物。
来满足人们对生活空间的追求。
大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。
本文介绍了大跨度钢结构设计的现状和大跨度房屋主要的钢结构划分，分析了大跨度房屋钢结构的设计要点。
关键词：大跨度，房屋，钢结构，设计要点引言与其他材料的结构相比,钢结构具有材料强度高、结构重量轻;结构的塑性韧性较好;钢结构的制造简单施工周期短等优点。
我们在进行钢结构设计时,应当从工程实际出发,合理选用钢材,选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上,应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中,应选用构造简单、传力直接的节点形式,并应满足构造要求;另外,在钢结构设计中,还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求,并应针对钢结构的实际,满足防火、防腐的要求。
宜优先选用通用的和标准化的结构和构件,减少制作、安装工作量。
一、大跨度钢结构设计的现状与设计其他形式的钢结构一样，大跨度钢结构设计主要解决结构体系设计、构件设计及连接节点设计等方面的内容。
与其他形式钢结构不一样的是，大跨度钢结构体系几何与材料非线性影响突出，延性性能成为其体系、构件、节点的安全控制因素。
在工程实践中，设计技术人员迫切需要设计规范提供明确的大跨度钢结构计算分析理论与设计方法、与现代计算技术相应的工程实用计算软件以及明确的结构承载力与变形能力安全控制指标。
我国现行钢结构及相关设计规范( 程) 对体系、构件及连接节点等三个层次设计的现状可简单总结如下:1、在计算理论与设计方法方面，现行钢结构及相关设计规范( 程) 对计算理论与方法的规定，相当程度是基于手算或平面简化计算技术，对于空间受力的大跨度钢结构体系缺乏适应性。
此外现行钢结构及相关设计规范( 程) 对连接设计有计算公式，对节点设计缺乏明确的计算理论和方法。
大跨度空间结构建筑构造概述
筑
材
当 代
料
建
筑 设
与
计 语
构
汇 解 析
造
1
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
六.折板结构及其建筑造型
折板是以一定倾斜度整体连接的一种 薄板体系，一般采用钢筋混凝土或钢 丝网水泥建造。 （一）受力特点、优缺点和适用范围 1. 受力特点
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
八.悬索结构及其建筑造型 （二）悬索结构的形式
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第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
八.悬索结构及其建筑造型 （二）悬索结构的形式
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第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
九 .张拉膜结构及其建筑造型 张拉膜结构是利用骨架、索网将各种
现代薄膜材料绷紧形成建筑空间的一种结 构。
作为新的建筑形式于本世纪五十年代 在国际上开始出现，至今已有四十多年的 历史，特别是到了七十年代以后，膜结构 的应用得到了迅速发展。膜结构重量只是 传统建筑的三十分之一,造型自由轻巧、 制作简易、安装快捷，阳光的照射下，由 膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无 强反差的着光面与阴影的区分，室内的空 间视觉环境开阔和谐 。因而使它在世界 各地受到广泛应用。
4. 双曲抛物面壳 双曲抛物面壳是马鞍形薄壳
结构，由壳面和边缘构件组成。 从双曲抛物面壳上取一部分进 行组合，则可以形成各种形式 的扭壳结构。
11
衡量大跨度空间结构优劣的五个指标
衡量大跨度空间结构优劣的五个指标一、概述所谓空间结构（Spatial structures），其形体呈空间状，并同时具有三维受力特性。
优秀的空间结构具有荷载传递路线最短，受力均匀等特点；而平面楼盖结构，由于构件分为板、次梁和主梁等"级别"，荷载传递路线长，浪费材料。
自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构，如蛋壳、海螺等是薄壳结构；蜂窝是空间网格结构；肥皂泡是充气膜结构；蜘蛛网是索网结构；棕榈树叶是折板结构等等。
因此，从某种意义上来说，空间结构是一种仿生结构，它们比平面结构更美观、经济和高效。
如何衡量一个大跨度空间结构（l≥60m）的优劣，本人曾提出四个指标[1]：1、材料强度充分发挥？2、基础推（拉）力H合理处理？快把结构工程师站点加入收藏夹吧！3、施工安装费小？4、跨度大？对大跨度结构来说，材料用量多，不仅是一个浪费，对结构的抗震，特别是竖向抗震极为不利。
广东省注册中心在2000年举办的《国家一级注册建筑师讲座》上，我再增加了一个指标：5、结构的艺术作用这一指标，把结构的型式与建筑的空间艺术形象融合起来，即结构本身富有美学表现力。
建筑师必须注意发挥这种表现力和利用这种装饰效果，自然地显示结构。
所谓自然的显示结构，不是说结构就是美，而是要袒露具有美学价值的部分，通过建筑师的艺术加工，达到表现建筑美的目的，而不是简单地表现结构本身。
这样，就可以使建筑最终达到实用、经济和美观的目的。
美国雷里（Rauleigh）竞技馆的受力特点是：受力明确，形成自平衡体系，索、拱的材料强度充分发挥，基础很小。
几乎符合上述五个衡量指标。
斜拱的周边以间距2.4m的钢柱支承，立柱兼作门窗的竖框，形成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型。
被认为是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开创了现代索结构的历史。
二、梁的演变与空间结构的分类从梁的弯矩图和应力图可见，梁沿跨度和截面上的受力都很不均匀，材料强度不能得到充分的发挥。
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SP AT I A L S T RU CT U RES
V ol. 9 No . 1 Ma r. 2003
衡量大跨度空间结构优劣的五个指标
王仕统
(华南理工大学 ,广州 510640)
摘 要: 对大跨度结构 (l> 60m)来说 ,材料用量多 ,不仅是一种浪费 ,对结构的竖向抗震 也极为不利 .优秀的大跨度 结构必须采用空间结构 .梁式结构体系 (桁架是 格构式梁 )不宜在大跨度结构 中采用 .根 据我国的技术经济政 策 ,即 技术先进、安全适用、经济合理、确保质量 ,本文提 出衡量大跨度空间 结构优劣的五个指 标 ,可供建筑 和结构设计人 员参考 . 关键词: 大跨度结构 ;空间结构 ;评价指标 中图分类号: T U 393. 3 文献标识码: A 文章编号: 1006-6578( 2003) 01-0060-05
精心设计 ,如采取八面坡水 ,腹杆棋盘式布置等手段 来强化空间传力 ,用钢量仅 70. 3kg / m2 (巴基斯坦体 育馆 l = 62. 4m , h= 5m ,铝 皮轻 屋面 , 用钢 61kg / m2; 深圳体育馆 l = 63m , h= 4-6m, 四面坡水 , 镀锌 板轻屋面 ,用钢 57. 33kg /m2 ) .值得指出的是 ,由于 采用了暗柱帽 ,网架的施工散装平台由 5m 减低至 1m 左右 ,大大节省了施工费用 呈空间状 ,并同时具有三 维受力特性 . 优秀的空间结构具有荷载传递路线最 短 ,受力均匀等特点 ; 而平面楼盖结构 ,由于构件分 为板、次梁和主梁等“级别” ,荷载传递路线长 ,浪费 材料 .自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构 ,如 蛋壳、海螺等是薄壳结构 ; 蜂窝是空间网格结构 ; 肥 皂泡是充气膜结构 ; 蜘蛛网是索网结构 ;棕榈树叶是 折板结构等等 . 因此 ,从某种意义上来说 ,空间结构 是一种仿生结构 ,它们比平面结构更美观、经济和高 效.
空间结构的分类见表 1. 更详细的分类 ,请参考 文献 [ 2 ].
表 1 空间结构的分类
刚性结构 ( Stiff space str uc tur e)
薄壳结构 网格结构 (平板网架和网 壳 ) 折板结构
柔性结构
索结构 ,膜结构
( Flex ible space str uct ur e)
杂交结构 ( Hy brid space str uctur e)
索膜结构 索梁结构 索桁架结构 索 -桁架结构 (我国开发 [3] )
图 2 梁的演变
62
空 间 结 构 第 1期
3 工程评价
( 1)美国亚特兰大百年奥运会乔治亚穹顶 ( Georgia Dome, 图 3) . 椭 圆 形 平 面 240. 790m× 192. 020m ,它是目前世界上最大的双曲抛物型准张 拉 整体 体 系 ( T enseg ri t y Sy st em ) . 该体 系 由美 国 Lev y 开发的一种稳定性好的三角形划分网格穹顶 , 受力特点是“连续拉、间断压” ,材料强度得到了最充 分的发挥 (指标 1和 2) . 屋盖用钢量仅 30kg /m2.
如何衡量一个大跨度空间结构 (跨度 l> 60m ) 的优劣 ,本人曾提出四个指标 [1 ]:
( 1)材料强度充分发挥 ; ( 2)基础推 (拉 )力 H 合理处理 ; ( 3)施工安装费少 ; ( 4)跨度大 ; 对大跨度结构来说 ,材料用量多 ,不仅是一个浪 费 ,而且对结构的抗震 ,特别是竖向抗震极为不利 . 我国每一本结构设计规范总则第 1条都要求设计人 员做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量 ,对 优秀的大跨度空间结构来说 ,在安全的前提下 ,技术 先进和经济合理更应该特别强调 .
第 1期
王仕统: 衡量大跨度空间结构优劣的五个指标
63
图 6 罗马小体育馆
图 8 广州新体育馆 ( 2002年 )
图 7 意大利佛罗伦萨运动场大看台
塑性对挑梁的外轮廊进行了艺术处理 ,在挑梁的支 座附近挖了一个三角形孔 ,既减小了结构自重 ,也获 得了很好的艺术效果 .
这个建筑 ,直接显示了结构的自然形体 ,进行了 恰如其分的艺术加工 ,而又不做任何多余的装饰 ,使 结构的形式与建筑空间艺术形象高度融合起来 ,受 力合理 ,形象优美 ,轻巧自然 ,给人以建筑美的享受 .
图 5 湛江电厂干煤棚 ( 1995年 )
( 4)罗马小 体育馆 (图 6) . 采用外 露的叉形 斜 柱 ,有力地把巨大的装配整体式钢筋砼网肋型扁圆 球壳 ( D= 59. 13m )托起 ,结构清晰、欢快 ,极富结构 力度 (指标 5) .
( 5)意大利佛罗伦萨运动场大看台 (图 7) . 建筑 师把雨蓬的挑梁外形与其弯矩图 (二次抛物线 )统一 起来 ,但又不是简单的统一 .建筑师利用混凝土的可
收稿日期: 2002-10-16. 基金项目: 广东省科委高科技攻关项目 . 作者简介: 王仕统 ( 1937- ) ,男 ,四川开江人 ,教授 ,主要研究方向: 钢结构、大跨度空间结构和高层 R C结构 .
第 1期
王仕统: 衡量大跨度空间结构优劣的五个指标
61
在广东省注册中心 2000年举办的《国家一级注 册建筑师继续教育班》上 ,我再增加了一个指标 ,即
图 1 美 国 Raleigh竞技馆 ( 1953年 )
成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型 . 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 .
2 梁的演变与空间结构的分类
从梁的弯矩图 (图 2a )可见 ,梁沿跨度和截面的 受力都很不均匀 ,材料强度不能得到充分的发挥 . 对 于通常跨度的楼盖梁来说 ,可将矩形截面变为工字 型截面 ,进而采用格构式梁 (桁架 ) ,以提高梁的承载 力和刚度 (图 2b的通道① ) .为了实现结构的更大跨 越 ,则必须按图 2b的通道②和③ ,把梁演变成拱和 索 ,它们的横向扩展就变成了空间结构 ,如图 2c 所 示 . 因 此 , 空 间 结 构 又 叫 形 效 结 构 ( Fo rmativ e St ruct ures) .
图 9 广东奥运匹克体育场 ( 2001年 )
的大型建筑设计很多由国外中标 ,难道我国建筑师 没有创造力? 结构师没有结构体系创新动力 [6 ]?
( 2)大跨度空间结构几乎都是钢结构 ,科技含量
64
空 间 结 构 第 1期
较高 ,本文提出的五个衡量指标是最基本的 .要设计 好一个大跨度空间结构建筑 ,建筑师和结构工程师 的合作应当达到配合默契的程度 . 严格贯彻执行国 家的技术经济政策 ,即技术先进、安全适用、经济合 理、确保质量 . 我们希望认真执行这四个原则 ,政府 部门和工程技术人员都不能停留在口头上 .
( 5)结构的艺术作用 . 这一指标 ,把结构的型式与建筑的空间艺术形 象融合起来 ,即结构本身富有美学表现力 . 建筑师必 须注意发挥这种表现力和利用这种装饰效果 ,自然 地显示结构 . 所谓自然的显示结构 ,不是说结构就是 美 ,而是要袒露具有美学价值的部分 ,通过建筑师的 艺术加工 ,达到表现建筑美的目的 ,而不是简单地表 现结构本身 . 这样 ,就可以使建筑最终达到实用、经 济和美观的目的 . 美国 Ralei gh竞技馆 (图 1)结构受力明确 ,形成 自平衡体系 ,索、拱的材料强度充分发挥 ,基础很小 , 施工方便 ,几乎符合上述五个衡量指标 .斜拱的周边 以间距 2. 4m 的钢柱支承 ,立柱兼作门窗的竖框 ,形
这个例子说明 ,建筑物的重力感、力的传递与其 支承的关系 ,也就是结构的作用 ,同样也是建筑艺术 表现力的重要源泉 .
4 小 结
( 1)对大跨度结构体系来说 ,梁式结构体系是受 力最差的体系 ,张拉整体体系—— “连续拉、间断压” 和索 -膜体系是目前最先进、最经济的体系 .
法国著名建筑师保罗· 安德鲁中标设计的广州 新体育馆 ,由主场馆、训 练馆和大众活动中心组成 (图 8) , 用 钢 量 达 160kg /m2; 美 国 Nix on Ellerbe Becket ( N EB)公司中标设计的广东奥林匹克体育馆 场 (图 9) ,用钢量更高达 200kg /m2 ( H型钢弦杆 ,最 大厚度 125m m) .它们也许是杰出的 ,但仍属于梁式 结构体系 ,耗费如此多的用钢量也就不奇怪了 . 国内
( 3)广东省湛江电厂干煤棚 [4 ] . 平面尺寸: 113. 4m× 113. 4m, 柱距 l = 79. 8m, 网架高度 h = 4-6m (图 5) ,它是目前我国跨度最大的四柱支承平板网
架屋盖 .考虑到煤棚位于湛江 顺岛上 ,是台风多发 区 ,网架上铺置钢筋陶粒砼三角形带肋预制板 (直角 边 4. 2m,板的重力密度 γ= 14. 5kN /m3 ) .虽然平板 网架是科技含量较低的空间结构体系 ,但仍可通过
( 2)法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅 (图 4) . 它是钢筋砼装配整体式薄壳结构 ,壳体跨度 l 与 壳的折算厚度 t 之比: l /t= 206m /0. 18m= 1144,而 鸡蛋壳仅: 40mm /0. 4mm= 100倍 ,说明人类的巨大 智慧 (指标 1和 2) .
图 4 法国巴黎国家工业技术展览中心大厅
1996年 9月 ,湛江地区先后遭受了两次 40多 年未遇的强台风袭击 ,市内风速达 57m /s( 12级台 风为 33m /s) ,强风持续时间 1小时以上 ,大量的建 筑物受到严重破坏 ,但位于台风登陆口的湛江电厂 干煤棚却完好无损 ,其陶粒砼屋面也未遭到任何破 坏 [5] .
图 3 美国乔治亚穹顶 ( 1996年 )
Five indexes for the evaluation of long-span spatial structures
W AN G Shi-to ng
( South China University of Technology , Guangzhou 510640,China)