浅析大跨度建筑结构形式与设计

浅析大跨度建筑结构形式与设计

姚可忆

姚可忆(身份证：230125198204045721哈尔滨市建筑设计院)

摘要：在建筑工程的施工和建设中，大跨度建筑体系是一个非常常见的施工体系，其最为重要的技术就是空间结构技术，这一技术的发展水平基本上也就代表了一个国家建筑体系的发展水平，大跨度结构所呈现的形式是多种多样的，所以其在设计和建设的过程中也需要充分的考虑到各个因素对其产生的影响。本文主要分析了大跨度建筑结构形式与设计，以供参考和借鉴。

关键词：大跨度建筑；形式；设计在我国科技高度发展的情况下，建筑自身在形式上和结构上也出现了很大的转变，这对各种不同类型的工程来说有着十分重要的意义，在建筑工程的设计和施工中，大空间结构体系已经成为人们关注的一个焦点内容，同时它也对工程的建设起到了至关重要的作用，在设计的过程中，其还是需要考虑到诸多因素对其所产生的不良影响，因此这一结构形式的设计也具有非常强的复杂性，大跨度结构之间的各种形式是可以相互演变并转化的，这也是这种结构形式丰富多样的一个最为主要的原因，因此在设计的过程中也要对这种技术进行严格的分析和探究，只有这样才能更好的保证结构自身的质量。

1、网架结构的形式与设计特点使用不同形式的杆件根据相关的规律和几何图形等手段，同时还要；利用节点连接的形式使得空间结构可以在一定的程度上变成一种重要的网格结构，这其中，使用的多层平板网络和双层平板网络等就被人们叫做网架，在这一方面通常就是使用高强度的钢材或者是钢管将其制成相应的形式。

1.1网架结构的形式

1.1.1平面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。

1.1.2四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。

1.2网架结构的设计特点空间工作，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、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，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、网壳结构的形式与设计特点2.1网壳结构的形式主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2.2网壳结构主要设计特点一般情况下。如果一个结构的建设中使用的都是强度较高，且自重较轻的材料，就需要通过不同的方式对其进行计算，如果按照强度进行计算，在计算的过程中就可能会出现剖面尺寸大大下降的情况，但是这种结构如果受到了负荷的影响就很有可能出现严重的变形或者是其他方面的质量隐患。这样会给整个结构的稳定性造成十分不利的影响，但是如果采用壳体的结构就可以很好的保证外形的合理性，同时还可以在这一过程中很好的将内部的应力进行传递和分配，同时还可以有效的提高建筑结构自身的稳定性和强度，所以即使出现了壳体的强度并不是很高的情况，其也可以对空间进行大面积的应用。

壳体的刚度最主要的影响因素就是形状，它在设计的过程中不需要像其他的结构形式一样，需要非常大的结构断面，因此在建设的过程中也不需要消耗很多的原材料，其静载的变化趋势也并不像其他的形式那样难以控制，因此材料的厚度要比其他结构更薄，该结构的承重和屋盖是相互融合的，所以能够体现出更好的经济性，同时在空间利用方面也更加的充分。

3、膜结构的形式与设计特点薄膜结构实际上也具有非常强的材料性质，通常人们也将其叫做织物结构，这种材料是在上个世纪中期才出现的一种结构形式，它采用的材料是质地较软的针织物材料，同时其还具备很好的刚度和张力，因此也大面积的使用在了建筑结构的施工中。

3.1膜结构3.1.1膜结构按其支承方式的不同，一般包括：在跨度相对比较大的情况下，在施工的过程中可以采用气承式结构，也就是说应该充分的将建筑物的内部空间注入一定数量的空气，通常情况下，其所处展现出来的拱度都无法很好的达到相应的水平，这也是能够使得空气压强进一步减小的一种重要的方式，而在跨度相对比较大的情况下就可以很好的将其放在建筑的对角线位置当中，这样就可以起到良好的加进效果，但是如果是气胀式的空间结构就应该直接使用密封的圆形双层结构，在对其进行充气之后就可以使其形成一个飞碟状的状态，之二杨就可以将各个单元按照相关的原则和规定组合成各种形式的屋盖，但是需要注意的是这种结构主要是应用在跨度水平相对比较小点的临时建筑当中。

3.1.2悬挂膜结构.一般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来，然后利用钢索向膜面施加张力将其绷紧，这样就形成了具有一定刚度的屋盖。

3.1.3骨架支撑膜结构。这是以钢骨架代替了空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。

3.2膜结构主要设计特点自重轻、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；透光性和自结性好；耐久性较差。

4、悬索结构的形式与设计特点4.1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。

4.2悬索结构的设计特点悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。

5、薄壳结构的形式与设计特点建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳）。

5.1薄壳结构的形式薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。

5.2薄壳结构的设计特点壳体结构在应用的过程中可以体现出非常好的承载性。虽然它的结构相对较小，但是它可以承受非常大的荷载，同时其强度和刚度上主要是受结构几何形状的影响，所以能够充分的体现出材料方面的特性，所以这种结构在强度方面会非常的高，同时材料的使用量也不是很大，在保证了施工质量的同时也保证了施工的经济性，因此这种结构也在很多建筑的施工中都占据着非常重要的位置。

除了以上几种空间结构以外，还有很多其他形式的结构，这些结构在实际应用的过程中都可以体现出非常好的性能，但是它们在特点上存在着较大的差异，所以在应用中也有着不同的范围，因此在结构设计的过程中要正确的选型，同时还要用合理的方式进行设计，只有这样才能正好的保证设计的质量。

6、结语在现代社会飞速发展的过程中，建筑行业已经能够为人们提供更加理想的空间结构以及大跨度结构形式，空间结构的发展，实际上从某种角度反映出了人类建筑历史的变化。在针对空间结构进行设计的过程中，应当要采取科学合理的方式、计算理论、程序措施等来执行精确地分析，并且在空间结构形体的设计工作中，也不能够单单对对于美观方面加以重视，还应当要确保结构本身所表现出的合理性、工程成本等。

参考文献[1]蓝天.空间钢结构的应用与发展[J].建筑结构学报.2012（04）[2]沈世钊.大跨空间结构的发展——回顾与展望[J].土木工程学报.2013（03）[3]王玲，罗浩东.简述大跨度空间结构的主要形式及特点[J].河南建材.2010（03）