大跨度空间结构工程案例

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。大跨度空间结构不仅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。所以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，不仅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。通过适当配置拉索，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”结构体系将改善原结构的受力状态，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，通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，通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

1.3 工程最终完成图

1. 4该大跨度空间结构的形成及特点

由点支撑装置和支撑结构构成玻璃幕墙的结构为点连接玻璃幕墙支承结构。点式玻璃幕墙的玻璃是用不锈钢件穿过玻璃上预钻的孔固定的。

该建筑具有很多优点。（1）通透性好：玻璃面板仅通过几个点连接到支撑结构上，几乎无遮挡，透过玻璃视线达到最佳，视野达到最大，将玻璃的透明性应用到极限。（2)灵活性好：在金属紧固件和金属连接件的设计中，为减少、消除玻璃板孔边的应力集中，使玻璃板与连接件处于铰接状态，使得玻璃板上的每个连接点都可自由地转动，并且还允许有少许的平动，用于弥补安装施工中的误差。采用点支式玻璃幕墙技术可以最大限度地满足建筑造型的需求。(3)安全性好：由于点支式玻璃幕墙所用玻璃全都是钢化玻璃的，属安全玻璃，并且点连接玻璃幕墙。使用金属紧固件和金属连接件与支撑结构相连接，耐候密封胶只起密封作用，不承受荷载，即使玻璃意外破坏，钢化玻璃破裂成碎片，形成所谓的“玻璃雨”，不会出现整块玻璃坠落的严重伤人事故。(4)工艺感好：点支式玻璃幕墙的支撑结构有多种形式，支撑构件加工精细、表面光滑，具有良好的工艺感和艺术感。(5)环保节能性好：点支式玻璃幕墙的特点之一是通透性好，因此在玻璃的使用上多选择无光污染的白玻、超白玻等，尤其是中空玻璃的使用，节能效果更加明显。

大跨度空间结构具有摄人心魄的力量，它带有崇高感的审美价值。虽然结构体系和结构构件的设计都是建立在严格的受力计算基础之上的，但是这并不意味着造型也要严格复杂而拘谨，美观的大跨度空间内与外，充分体现了结构形态的理性美的简洁大方。

二、分析(结果)

现代由于钢结构的飞速发展，绿色、环保、节能的特点，钢结构的应用越来越广泛。尤其大跨度结构更有其他结构无可比拟的优势。本工程设置中庭，有效的解决了室内采光的问题。但采用折叠钢屋架这种结构形式，却有待商榷。不足之处为，折叠钢屋架最大的问题，就是杆件截面大，屋架截面较高，最高处达5米，略显笨重，施工较为麻烦，不能工厂组装成整体，增加施工难度和不易实现设计意图。

本工程还可以用以下两种结构形式来实现，管桁架结构和网架结构。管桁架结构：优点：1、可以在工厂制作成整体，施工方便。2、相对于折叠钢屋架，杆件截面和构件截面都较小。则能更好的施工和实现设计意图。如图示：

网架结构：空间网格结构的外形可以为平板状，也可以呈曲面状。优点：用钢量小，较易实现各种造型。缺点：承载力稍弱，屋面采光材料，要使用轻型材料。如图示：

另外如外观造型改为半球形，结构采用箱式钢梁为承载力。建筑效果有可能会更好。