大跨建筑发展概述

武 涛

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

大跨建筑发展概述

武 涛

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

简单介绍了大跨度建筑的发展历史，着重对大跨钢结构的主要形式及优势进行了阐述，并对大跨木结构的发展趋势与限制因素作了分析，为大跨建筑的进一步发展奠定了基础。

大跨度，建筑，结构，发展

0 引言

我们将横向跨度大于60 m的各类空间结构统称为大跨度空间结构。近些年来随着经济水平的提高以及文化生活的发展，促使大量可同时容纳上万人的体育馆以及大型的影剧院拔地而起，其中比较典型的有鸟巢、国家大剧院。它们以其宽敞明亮的空间和独特的造型赢得人们赞扬的同时，也彰显出大跨度建筑的巨大进步。

1 大跨度建筑的发展历史

大跨度建筑的萌芽最早出现在古罗马建筑的拱顶中，古罗马帝国在全国各地修建的教堂、角斗场大多采用拱券结构，也正是凭借着其对拱券结构的深入认识，使得古罗马建筑内部空间宽敞雄伟、功能齐全。其中建于东罗马时期的圣索菲亚大教堂的拱顶跨度已达33 m，是当时大跨度建筑的典范。

近代大跨度建筑的发展在19世纪末取得了一定突破，主要成就体现在于1889年在巴黎世界博览会中修建的跨度115 m的机械馆。它深深受到工业革命的影响，采用当时最为先进的钢制三铰拱结构。20榀这种钢拱相连形成一个一览无余的内部空间，是继英国水晶宫之后又一令人咋舌的建筑。

进入20世纪以来，由于土木工程材料的不断丰富以及研究的不断深入，特别是在钢筋混凝土技术的研究方面，使结构的形式日新月异。例如，建于波兰的布雷斯劳百年大厅总覆盖面积超过5 000 m2，直径有65 m之长，使用钢筋混凝土肋穹顶结构。

到20世纪中叶，材料科学迅速发展，使得以合金钢为首的一批轻质高强材料开始进入土木工程领域，这些材料的产生与应用极大地减轻了结构自重，促进了大跨度建筑的进一步发展。例如，形如倒扣着的贝壳的巴黎国家工业与技术中心陈列大厅，占地面积90 000 m2，采用双层双曲薄壳结构，每个壳体都采用分段预制，之后再通过预应力钢筋混凝土将双曲薄壳连接，每边的跨度均达到了218 m。再如，为1964年东京奥运会而兴建的日本代代木国立综合体育馆，是一座典型的使用悬索结构实现大跨度的建筑，长边达到240 m，短边也有120 m，整座建筑20 000 m2的面积全部为悬索托起。

2 大跨建筑的结构体系

混凝土结构因其自身重力大、形式单一等缺点不宜用于大跨度建筑当中。常用于大跨度建筑中的结构包括钢结构、木结构和铝合金结构，其中以钢结构为主。本文以钢结构为主对大跨度建筑的结构形式进行介绍并简要介绍木结构大跨度建筑。

2.1 大跨钢结构

常见钢结构形式见表1。

表1 常见的钢结构形式表

平面杆系结构中的轻型门式刚架以其重量轻、施工速度快、安装方便等方面的优势得到了人们的一致认同，又因其高度的系统化与装配化被广泛应用于大型仓库、飞机库当中。例如，建于北京西郊机场的飞机库正是利用这种建筑结构来实现72 m的大跨度的。

空间杆系结构中的网壳结构以及张力结构中的膜结构都是空间结构中发展最快的两种结构形式。网壳结构因其兼具杆件结构和薄壳结构的主要优点，可以形成优美的建筑造型以及杆件单一，易于实现工厂化、预制化；便于快速安装等长处。不仅在国内具有广泛的市场，而且得到世界各国的普遍关注，是一种极具发展前景的结构形式。目前在我国已建成的网壳结构建筑多达80座，总建筑面积也已接近70 000 m2，每年用于网壳结构的钢材多达20万t，建造量已达800万m2。其中以修建于1989年的北京奥林匹克体育中心综合体育馆最具代表性，其采用双层圆柱面斜拉网壳，平面尺寸70 m×87 m，是当时国内网壳结构中跨度最大的。国外关于膜结构的发展起步较早，到19世纪70年代，膜结构已被广泛应用于体育场馆、展览中心等需要开阔空间的建筑中。相比而言，我国的膜结构起步较晚，但是发展迅速不容小觑。仅在2003年一年全国膜结构建筑就达到了18万t。2008年北京奥运会、2010年上海世博会和广州亚运会的举办，引发了我国膜结构发展的高潮。“鸟巢”和“水立方”均采用双层膜结构，充分利用、展现了膜结构的环保性、透光性等优点，给人以简洁、明快之感。

2.2 大跨木结构

木材用于大跨度建筑中具有很长的历史，我国古代建筑的主要原材料即为木材。但受到科技水平及文明程度的影响，建筑形式比较单一，建筑的跨度也受到很大的限制。

近代大跨木结构的发展可以追溯到工业革命时期。工业革命后，以钢筋、混凝土为代表的一批新兴建筑材料迅速占据了人们的视野，木材在建筑行业中的作用渐渐被人淡忘。但工业革命催生了木材的工业化进程，使木材的深加工技术日趋完善，出现了新型木材如胶合木、层压板等。它们与成材相比，强度提高，内应力减小，不易开裂与翘曲。这为木材在大跨度建筑中再次应用奠定了物质基础。工业革命后期，伴随着雾霾等环境污染问题的出现，人们的生活质量急剧下降。这引起了人们对环保、可持续发展等议题的重视。大跨木结构也顺势再次得到发展，促使了跨度162 m的世界第一座大型木结构穹顶——美国塔科马穹顶，于1983年落成。

3 结语

随着经济水平的上升以及物质生活的提高，无论是对于更大活动空间的要求还是对雄伟大气建筑物的神往，都促进了大跨度建筑的进一步发展。相信随着对建筑材料结构体系的进一步深入研究，大跨度建筑定会日益昌盛。

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[2] 何 晨.技术的复合——现代大跨木结构的探索[J].华中建筑，2011(10):63-66.

[3] 袁雪峰，李效梅，周俐俐.浅析大跨房屋钢结构建筑的结构体系[J].四川建筑科学研究，2007(31):40-42.

[4] 宋 林.浅析多层大跨超长混合建筑结构设计[J].安徽建筑，2014(4):68-69.

The overview of large span architecture development

Wu Tao

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

This paper introduced the development history of large span architecture, emphatically elaborated the major forms and advantages of large span steel structure, and analyzed the development trend and limiting factors of large span wood structure, laid foundation for the further development of large span architecture.

large span, architecture, structure, development

2015-01-05

武 涛(1994- )，男，在读本科生

1009-6825(2015)08-0060-02

TU393.3

A