大跨度空间结构工程案例样本
大跨度建筑案例分析
2013年12月2日，国家大剧院壳体钢结构安装完成
·网壳结构
网壳是一种与平板网架类似的空间 杆件结构，系以杆件为基础，按照一 定规律组成网格，按壳体结构布置的 空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。 其传力特点是通过壳内两个方向的拉 力，压力或剪力逐点传力。此结构是 一种有广阔发展空间的空间构件。
建筑师利用金属网的通透性，使简单厚 重的建筑结构在视觉上形成为多维空间，轻 盈简捷又不失空间的纵深感站在壳体的公共 空间内，人们可以看到弧形的金属网从高处 垂下，将歌剧院与壳体公共空间分隔开来隐 隐透出淡黄色人们可以透过金属网看到歌剧 院环廊内人们活动的场景，若隐若现，朦胧 而神秘，激发人们的好奇、想象和思索。建 筑师充分利用了金属网的特点来提升室内的 装饰效果。
大剧院建筑屋面呈半椭圆型,由钛金属板覆盖,前后两侧有 两个类 似三角形的渐开式玻璃幕墙切面,整个建筑漂浮于人造 水面之上。
国家大剧院壳体结构呈半椭球型。 由顶环梁，梁架，斜撑和环向连系 杆件组成。其中顶环梁呈椭圆形，长轴 长约60米，短轴长约38米，由环形钢架， 箱形梁，以及H型钢焊接而成。梁架呈 中心对称辐射状布置。 连杆沿水平环向布置，上下里外共 82道，并采用铸钢连接件或套筒连接件 连接。
·结语
国家大剧院是世界上最大的剧院拥有世界上最大的穹顶，是世界上最深的建筑，拥有亚洲最大的管 风琴。整体简洁而富有美感，但又不乏活力，仿佛里面有股生命力向外爆发。堪称建筑奇观，同时又彰 显出北京这个古老的城市的现代风貌与活力。城市建筑不再关乎审美或情感，而是对社会秩序的解释， 建筑也总是超越功能的，是建筑的形式给人们以经验，赋予城市以结构。
大跨度建筑分析
Analysis of Long Span Construction
大跨度框架梁高支模施工实例
大跨度框架梁高支模施工实例模板工程是建筑施工过程中较易出现安全事故的薄弱环节，当混凝土荷载较大，跨度大，支模高时，易发生支模变形和失稳倒塌事故，现以综合楼大跨度支模工程为例介绍其施工方法及技术措施。
1、工程概况：江门**移动通信综合楼高10层，框架结构，标高46.2M。
在8层和9层（层高5M）布置有会议室、活动室等，因此设有大跨度的横梁和纵梁，一般跨度14.4M，最大跨度22M，最大净跨21.4M，梁截面尺寸为300×1200。
另外在底层营业大厅门前设有大雨蓬，大梁标高7M（未回填前实际高度为8M），跨度13.8M，梁截面尺寸300×1200，板厚皆为120MM。
由于梁跨度大，配筋多且又属高支模，因此在施工中必须制订有针对性的施工技术方案落实执行，才能确保生产安全，工程质量可靠。
2、设计计算、验算为保证模板及其支架具有足够承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受新浇筑混凝土的自重和侧压力、以及在施工过程中产生的荷载，保证工程结构和构件各部分形体尺寸和相互位置的正确，作如下设计计算、验算。
（1）梁和板模板采用18MM厚建筑胶合板，60×80MM木枋。
梁底模沿梁纵向设置60×80MM木枋，横向间距为350MM，侧模板立档间矩350MM。
梁侧模再加Φ14对拉螺杆，高向间距400MM，长向间距500MM。
模板支撑系统采用MF1219标准门式架支设，在梁下间距0.75M ，板下间距0.9M 。
门式架顶端立杆加Φ35可调插芯上托，上托架60×80MM 松木枋大楞以支架小楞。
门式架间纵、横向水平拉结和斜撑用Φ48钢管，拉结钢管与门式架用连结扣件扣紧。
纵、横水平拉结的布置间距为距楼（地）面200MM 处设第一道（扫地杆），往上在每一榀门式架的横杆上加一道。
整个支撑系统按满堂脚手架搭设，门式架立杆下垫胶合板，梁底模按3‰起拱。
侧向稳定再加钢管剪刀撑。
搭设方案见图1、图2所示。
大跨空间结构
“大跨空间结构”工程应用实例1.膜结构由张拉结构发展起来，是能覆盖大跨度空间的结构体系。
索膜顶棚采用连续的张拉式索膜结构体系, 总长度约840m, 最大跨度约97m, 膜面总投影面积约61000m², 展开总面积约65000m², 单块膜最大展开面积约1800m², 膜面单元一般呈三角形。
膜材采用A级PTFE膜。
索膜结构边索单跨最大约80m, 脊索最大跨度约115m, 为大跨度柔性结构。
膜顶主要由承重作用的脊索、边索和稳定作用的张拉膜构成, 1根边索、2根脊索和膜形成了三角形为顶面的倒锥台状,膜面为双向曲面, 膜焊缝主要沿经向放射形布置。
整个膜顶支承于外桅杆、内桅杆及阳光谷钢结构上。
索膜结构模型世博轴剖面图索结构示意图顶棚平面图国家游泳中心又被称为“水立方”，位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。
工程占地62828m²，赛时建筑面积79532 m2，建筑物檐口高度31m，基底面积177m×177m，标准坐席17000个（其中临时坐席约13000个，永久坐席4000个）。
本工程主体结构设计使用年限100 年。
“水立方”的建筑外围护采用新型的环保节能ETFE（四氟乙烯）膜材料，由3000多个气枕组成，覆盖面积达到10万m2。
这些气枕大小不一，形状各异，最大一个约9 m²，最小一个不足1 m²。
墙面和屋顶都分为内外3层，9803个球型节点、20870根钢质杆件中，没有一个零件在空间定位上是完全平行的。
“水立方”最大的设计特色是建筑中气泡和自由结构的加入，使得形体上的极端简洁与表现上的极端丰富愈发相得益彰，体现出东方思想与现代的契合。
共由3000多个气枕组成，覆盖面积达到11万平方米的“水立方”膜结构，是世界上规模最大的膜结构工程，也是唯一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。
大跨度建筑案例分析
大跨度建筑案例分析大跨度建筑是指横跨较大距离的建筑结构，通常用于体育馆、会展中心、机场等大型场馆。
这类建筑在设计和施工过程中面临诸多挑战，但也展现了人类工程技术的辉煌成就。
本文将通过分析几个大跨度建筑的案例，探讨其设计特点、施工工艺和结构特色。
首先，我们来看看鸟巢——北京国家体育场。
作为2008年北京奥运会的主要场馆之一，鸟巢采用了钢结构和外部网架相结合的设计，实现了悬臂梁和双曲面网架的完美结合，形成了独特的外观。
其大跨度结构采用了大跨度钢梁和索网结构，通过精密计算和施工工艺，实现了整体结构的稳定和坚固。
鸟巢的设计不仅满足了大型体育赛事的需求，同时也成为了北京的标志性建筑，展现了中国工程技术的雄心和实力。
其次，我们来看看迪拜世界贸易中心。
这座高达828米的超高层建筑，拥有世界上最大的悬臂结构，其大跨度悬臂楼板采用了高强度混凝土和钢筋混凝土结构，通过精密设计和施工工艺，实现了超高层建筑的稳定和安全。
迪拜世界贸易中心的设计突破了传统高层建筑的限制，展现了人类工程技术的创新和突破，成为了迪拜的城市地标和世界建筑的奇迹。
最后，我们来看看上海中心大厦。
这座高度632米的摩天大楼，采用了超大跨度的钢结构框架和外挂式钢结构天桥，实现了大跨度建筑的稳定和安全。
上海中心大厦的设计和施工充分考虑了风荷载、地震作用等外部力学因素，通过先进的结构分析和仿真技术，实现了建筑结构的优化和精准控制。
其独特的外形和大跨度结构，成为了上海的城市名片和世界建筑的典范。
综上所述，大跨度建筑在设计和施工过程中需要充分考虑结构稳定性、外部力学因素和施工工艺等多方面因素，通过精密计算和先进技术，实现了大跨度建筑的稳定、安全和美观。
这些案例不仅展现了人类工程技术的辉煌成就，同时也为未来大跨度建筑的设计和施工提供了宝贵的经验和借鉴。
相信在不久的将来，会有更多更壮丽的大跨度建筑出现在世界各地，为人类的城市和生活增添更多的美丽和活力。
大跨度建筑案例分析
同时施工过程中也存在一定的安全风险。
成本与预算控制
03
大跨度建筑的建造成本较高，需要进行精确的成本预算和控制，
以确保项目的经济效益。
大跨度建筑的社会与经济效益
促进城市发展
大跨度建筑往往成为城市的地标性建筑，能够提升城市的形象和知 名度，吸引游客和投资，促进城市经济发展。
提高土地利用率
大跨度建筑能够实现更大的空间利用，提高土地利用率，缓解城市 用地紧张的问题。
结构形式与技术创新
01
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04
结构形式
采用钢-混凝土混合结构，以 实现大跨度、大空间的场馆结
构。
大跨度索网结构
采用新型预应力索网结构，实 现大跨度无柱空间，满足赛事
和演出的需求。
高性能材料应用
采用高强度钢材和高性能混凝 土，提高结构承载力和耐久性
。
智能化施工监控
运用BIM技术和智能化施工监 控系统，确保施工质量和安全
建筑材料各异
大跨度建筑所使用的建筑 材料也各不相同，包括钢、 混凝土、木材、塑料等。
大跨度建筑的特点
空间需求大
大跨度建筑通常需要满足 较大的空间需求，如体育 场馆、会展中心、机场等 大型公共设施。
结构设计复杂
由于大跨度建筑的跨度较 大，其结构设计较为复杂， 需要考虑多种因素，如风 载、地震、雪载等。
设计理念
结合现代技术与传统文化，打造具有地域特色的 建筑。
造型特点
采用流线型设计，外观简洁大气，融入当地传统 建筑元素。
文化内涵
体现该地区的历史与文化，展示该地区的独特魅 力。
功能布局与空间利用
功能布局
会展中心主要包括展厅、会议室、商务中心、餐饮服务等区域。
大跨度空间结构工程实例分析-上海科技馆
人们对于椭球体空间结构设计，首先想到国内相当普及和成熟的大跨 度双层网架或双层网壳结构体系。但是，这种结构体系由于体积庞大， 自重大，防锈维护费用高，空透性差。经计算其空透率达不到40%，显 然不能满足科技城的高科技设计理念，也不能满足椭球体建筑的节能 技术要求。本工程采用高科技含量大的单层铝钛合金薄壳结构体系。
这种薄壳结构体系选用250mm至300mm高的6061-T6铝钛合金工字形梁， 节点形式为板式节点，板平面为圆盘形，用高强度不锈钢锁紧螺栓作固接， 形成一个个三角，拼成椭球体薄壳结构。设计软件对52种不利工况荷载作 用计算，离椭球体原点的最大绝对位移不超过75mm，相邻节点之间垂直 于球体表面最大的位移不超过25mm。与实际变形测量基本相符。按比例 测算，椭球体薄壳结构层比同体积的鸡蛋壳还要薄。使得结构轻巧，空透 性好，艺术观赏性强，具有显著的社会效益和经济效益。
竖向荷载作用下分析
因洞口对结构整体刚度有较大 削弱，选取大门框附近的区域 作为结构强度分析的研究对象 具有代表性，故选取右图示结 构平面图中部位A的部分构件 作为研究对象。
竖向荷载作用下分析
根据所选取的研究对象， 对其节点编号、杆件编号 如图所示。
竖向荷载作用下分析
在竖向荷载作用下，网壳结构的变 形图如右图所示，网壳的相应节点 位移如下表所示。 为研究结构的传力机制，利用有限 元软件进行了三种支承条件下的肋 向、环向杆件的应力分析，并统计 了最大拉(压)应力，这些杆件均在 门洞附近。 表 网壳节点z向位移(cm)
设计中的技术创新和成就 施工过程中采用的新技术
设计中的技术创新和成就有：
(1)科技馆智能化系统(BAS、CAS、OAS等)设臵齐全，设备选型 先进实用。使得科技馆称得上真正名副其实的科技建筑； (2)单层网壳椭圆球体,球体空间巨大，球体结构杆件为铝型材， 设计对网壳进行强度、稳定、抗震等方面的科研分析，在取得成果 的同时用于设计，效果显著； (3)设计和施工采用预应力技术，在混凝土构件中预先建立一定 值的压应力，以抵抗裂缝过多出现和开展，达到大跨度，薄楼板， 高强度，满足了展馆的使用要求； (4)虹吸排水系统，为保证屋面雨水排水系统安全、可靠，同时 不影响建筑的整体造型和美观，设计选用了虹吸排水系统，不但可 迅速排除屋面雨水，而且解决了雨水管与建筑装修的矛盾，节省了 上百根重力流排水管； (5) 空调冰蓄冷技术。
大跨度建筑构造案例
1
2
受力特点：有多根杆以一定规律通过节点组成的结 构 优点：整体性强、利于抗震、节省材料、结构高度 小有效利用空间、便于生产、形式多样 缺点：支座条件复杂 使用范围：大跨度公共建筑屋顶
悬索结构
1日本代代木体育馆 2慕尼黑奥林匹克体育馆
1
2
受力特点：索网只承受轴向拉力，无弯矩无剪力 优点：节省材料，减轻自重、建筑造型丰富、跨越 巨大空间不需中间支点、施工快捷 缺点：强风吸引下易丧失稳定性而破坏 适用范围：覆盖体育馆、大会堂、展览馆等建筑屋 顶
天文馆展览馆体育馆会堂等大型折板结构1巴黎联合国教科文组织大厦总部会议厅悬挑结构1无锡市体育场受力特点
大跨度建筑构造案例
张帅 201031209031 建筑1006
拱结构
1伦敦水晶宫1851——1936 2东京tama大学图书馆
1
2
受力特点：内力变轴向压力，应力分布均匀 优点：跨越较大空间 缺点：会产生横向推力，建筑平面空间组合受约束 适用：商场、展览馆、体育馆、散装货仓等 形式：三铰拱、两铰拱、无铰拱
桁架结构
1南京国际展览中心 2新加坡国际会展中心
1
2
受力特点：杆件之间的结合假定为铰结，外力作用 下，杆件内力是轴向力，分布均匀 优点：材料强度充分利用，减少材料耗量和结构自 重 缺点：刚度差 适用范围：体育馆。影剧院。展览馆、食堂、菜场、 商场等
网架结构
1上海体育馆 2佛山岭南明珠体育馆
薄壳结构
1星海音乐厅 2金贝儿美术馆
1
2
受力特点：承受曲面轴向力，弯矩扭矩很小
优点：刚度强度好，自重轻，省材料，跨度大，外 形多样
缺点：形体复杂，费工费时费模板，结构计算复杂， 不宜承受集中荷载
网壳结构案例简单分析
网壳结构案例简单分析网壳结构是一种由连续曲面构成的结构形式，具有稳定性好、强度高、质量轻等优点，广泛应用于建筑、桥梁、体育场馆等工程领域。
下面以建筑领域的网壳结构案例为例进行简单分析。
案例一：深圳大运中心体育馆深圳大运中心体育馆是一座综合性体育馆，采用大跨度、大空间的网壳结构设计。
该体育馆的外形呈现出流线型的造型，整个建筑结构由一个由流线型钢结构和玻璃幕墙组成的半流线型壳体组成。
该体育馆采用了双壳结构设计，内外两层网壳之间通过钢柱连接，形成了稳定的整体结构。
内层网壳主要承担荷载，外层则起到防水、保温和装饰等作用。
该体育馆的网壳结构设计突破了传统结构的限制，实现了大跨度、大空间的结构需求。
网壳结构的采用使得整个建筑结构极为轻盈，给人以开放、流畅的感觉。
同时，网壳结构的外观造型独特，成为该体育馆的标志性建筑，增加了城市的地标性与艺术性。
案例二：中国花卉博览会花卉大厅中国花卉博览会花卉大厅是一座专门展示各种花卉的建筑，采用了网壳结构设计。
该建筑呈现出一个半球形的外形，内部采用由钢桁架支撑的网壳结构。
网壳结构的内侧覆盖着透明的玻璃幕墙，使得室内充满了自然光线，为花卉的生长提供了良好的环境。
网壳结构的外侧则由彩虹色的层叠板构成，形成了美观的外观。
该花卉大厅的网壳结构设计实现了自由曲面的建筑形式，使得内部空间显得开放、明亮。
网壳结构的采用使得整个建筑更加美观、轻盈。
室内外环境的统一，使得花卉展示更加生动。
同时，该建筑的网壳结构还具有良好的承载能力，可以抵御自然灾害。
网壳结构能够通过合理的网格分布来均匀承受荷载，增强结构的稳定性和抗震性能。
此外，网壳结构还具有易于施工、周期短、成本低等优点。
因此，在很多需要大跨度、大空间的建筑领域，网壳结构都得到了广泛应用。
总的来说，网壳结构的优点包括稳定性好、强度高、质量轻、施工周期短等。
通过以上两个案例的分析可以看出，网壳结构在建筑领域中具有很高的适用性，并且能够创造出独特的建筑形式和美观的外观。
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大跨度空间结构案例及分析
1、大跨度空间结构选型的概念
跨度超过30米的空间结构就是大跨度空间结构。
大跨度空间结构使建筑实现较大的跨度, 满足建筑大空间的使用要求, 而且结构轻巧, 造型优美, 受力合理, 实用耐久, 用钢量低。
大跨度空间结构不但使空间的水平分隔的灵活性增大, 而且也增大了垂直方向的自由调整的可能性。
大跨度空间结构的选型即大跨度空间结构体系方案的优化选择, 实际上就是对适合建筑设计的多种结构体系方案进行分析、比较、判断、假设、择优的过程。
2、大跨度空间结构选型的原则
大跨度建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能愈来愈复杂; 另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现, 促进了大跨度建筑的进步。
因此大跨度空间结构的发展是在结构受力合理, 造型美观等诸多因素的限制下发展起来的。
各种结构不同的优势与劣势, 只有将它们合理的运用起来, 才能达到技术与艺术都最合适的结构选择, 甚至创造出完美的建筑。
在大跨度空间结构中引入现代预应力技术, 不但使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。
经过适当配置拉索, 或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载。
前者即为斜拉结构体系, 后者则为预应力结构体系。
这一类”杂交”结构体系将改进原结构的受力状态, 降低内力峰值, 增强结构刚度、经济效果明显提高。
一、案例
南京医科大学新建新基础医学教学与科研楼/教研服务中心工程,
位于南京市江宁大学城,分教学楼和教研服务中心两部分。
其建筑群皆为四周办公楼中间设中庭的结构形式,中庭跨度约55米,屋面采用折叠钢屋架结构,钢屋架上铺设玻璃采光天窗,有效的解决了楼内的采光问题,外观造型线条优美,气势磅礴,在满足使用功能的同时,又给人以美的享受。
1.1 工程概况
中庭钢结构屋面, 结构形式为一倾斜的折叠钢屋架。
位于一区、二区、三区、四区之间, 高端支撑于一区和四区的屋面钢结构上, 经过固定支座与一区和四区的屋面钢结构相连; 低端支撑于二区和三区的屋面钢结构上, 经过滑动支座与一区和四区的屋面钢结构相连, 边榀下设箱型柱支撑。
中庭折叠钢屋架由5榀正三角形管桁架组成, 两边悬挑。
低端钢桁架下弦标高从15.831米至17.271米, 上弦标高从17.940米至19.080米, 高约2米, 宽23.477米; 高端下弦标高20.490米至22.274米, 上弦标高从24.752米至26.524米, 高约4米; 跨度: 第一榀40.306米, 第二榀48.133米, 第三榀56.825米, 第四榀58.673米, 第五榀53.862米, 钢折梁屋面部
分重约190吨。
抗风柱为600*400*20的箱型柱, 最高20米, 共12根, 每根重约6吨, 重约70吨。
1.2 工程概况图例
( 1) 中庭折叠屋架立体图
( 2) 中庭折叠屋架平面图
中庭折叠屋架杆件投影平面图。