大跨度建筑结构形式与设计要点分析

■谢 明 ■寻乌县建筑设计室，江西 寻乌 342200

近年来我国的社会、经济水平在不断的发展和提高，科技领域也得到了飞速的发展，为了不断的满足我国人民及社会的物质需求，不断涌现出多种多样的建筑的结构和类型。就目前情况来看大跨度建筑建构已经逐步发展成为我国建筑行业的主要方向，例如会展中心、体育场馆、电影剧院等等功能、形态复杂的空间结构。在常见的大跨度建筑结构形式共有以下五种分别是网壳结构、网架结构、薄壳结构、悬索结构、膜结构。

1 大跨度建筑结构概述

1.1 大跨度建筑概念

我们常说的大跨度建筑结构一般是指建筑结构的跨度以30m 为界限，超过这一界限的变为大跨度建筑结构。而我国目前执行的钢结构施工规范中规定，这一跨度界限为60m。在现阶段的建筑工程中，大跨度建筑结构体系往往被应用于体育馆、各类结构复杂的剧院、会展中心等等大型的形状各异的建筑中。从发展的角度看，随着科学技术的不断发展和提高，大空间建筑结构发展也会朝着越来越复杂的方向前进，进而为今后大空间建筑结构的设计提出了更进一步的要求和挑战。

1.2 大跨度建筑结构构成

在常见的大跨度建筑结构形式共有以下五种分别是网壳结构、网架结构、薄壳结构、悬索结构、膜结构。除此之外虽然还有一些结构形式，但是基本都是由上述五种基本结构形式相互组合演变发展而来，因此由于这些结构的多样性才造就了如今多姿多彩的建筑空间新结构。

2 常见大跨度建筑结构的形式与设计分析

根据常见的大跨度建筑结构即网壳结构、网架结构、薄壳结构、悬索结构、膜结构。我们主要对这五种结构的形式和设计进行相关分析。

2.1 网壳结构的形式与特点

网壳结构在建筑工程施工建设中是一种与平板网架极为相似的空间杆系结构体系。网壳结构在建筑工程施工建设中承受力基础是以杆件为主要利用对象，而后将杆件按照一定的规则相互组合和搭配，最终形成为一种具备着结构布置的空间构架。采用网壳技术会使得杆系同壳体形成浑然一体的状态，具备极好的压力感强、传力性质好的建筑工程结构。在实际的工程建设中，网壳结构受到了广泛的关注，因此其发展的前景及市场空间潜力巨大。

(1)网壳结构的形式。网壳结构主要形式有双曲面网壳、双曲抛物面网壳、球面网壳、圆柱面网壳等等。

(2)网壳结构主要特点。就常规的情况来说，采用轻质高强材料而做成的结构，从强度的方面出发计算，结构的剖面尺寸则可以极大的减小，然而网壳结构在荷载的作用之后，则较容易发生变形，从而破坏其稳定性最终导致被破坏。

2.2 网架结构

网架结构就是通过多根杆件按照一定的网格形式利用节点相互联结而形成的一种新型的空间结构。网架结构具有很多的优点例如重量轻、空间受力性好、抗震性能好、刚性强的一种新型的建筑结构。网架结构主要是被应用于体育场、会展中心、大剧院一类的大型建筑物当中。

(1)网架结构形式分析。在网架结构形式分析中，主要可以从两向网架、三角锥、四角锥体组成以及六角椎体组成的网架结构，其具体内容如下:①两向网架结构。现阶段在施工中较为常见的是两向斜向放网架、两向校正放网架、以及三向网架等形式。②三角锥组成的网架结构。现阶段在施工中较为常见的是抽空三角锥网架(分Ⅰ型和Ⅱ型)、三角锥网架、蜂窝形三角锥网架等型式。③四角锥体组成的网架结构。现阶段在施工中较为常见的是斜放四角锥网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架、棋盘形四角锥网架等型式。④六角锥体组成的网架结构。现阶段在施工中较为常见的是正六角锥网架。

(2)网架结构的主要特点。网架结构主要特点包括传力途径方便、空间工作、工程质量较高、稳定系数好、平面布置灵活、生产效率高、可装饰程度高、美观性好等等。基于上述优点在现代化的建筑工程施工建设中应用非常广泛，虽然网架结构技术在很多的大型建筑工程项目中得到了很多的应用，但是任何一项技术都不可能满足所有工程的施工要求，因此该项技术本身也存在着一定的缺点，例如杆件制作纷繁复杂、杆件数量多等等。

2.3 薄壳结构的形式与特点

(1)薄壳结构的形式。薄壳结构按建造材料可分为钢薄壳、钢筋混凝土薄壳、复合材料薄壳、砖薄壳等。薄壳结构按曲面形成可分为移动壳与旋转壳。

(2)薄壳结构的特点。薄壳结构的特点有刚度大、强度高、省材料、性价比高等特点。

2.4 悬索结构

(1)悬索结构形式。悬索结构按索的布置方向和层数分为:双向单层悬索结构;辐射式单层悬索结构;单向单层悬索结构;辐射式预应力悬索结构;双向双层预应力悬索结构;单向双层预应力悬索结构;预应力索网结构等。

(2)悬索结构的特点。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。

2.5 膜结构的形式与特点

(1)膜结构按其支承方式可分为，骨架支撑膜结构、气承式、复合膜、悬挂膜结构。

(2)膜结构主要特点:自重轻、跨度大;建筑造型自由丰富。

3 大跨度建筑结构形式的设计要点

3.1 大跨度建筑结构桁架的设计

桁架是由杆件组成的一种网格式结构体系。杆件相互之间铰合在一起，当收到外力作用之时，单棍桁架的整体性较好，且上、下弦杆件之间焊接的接头少，因此不容易发生焊接变形。尤其是整榀桁架制作过程较快、几何偏差小，可以有效的降低二次倒运，既节省的时间成本又减少了制作成本。因此可以采用流水线的生产方式来提高钢结构桁架的制作效率及机械化程度。除此之外，为了尽可能的减少钢结构桁架的工作量，而且为了方便后期的运输，因此要尽可能的将桁架的数量减少。一榀桁架可以进行分时段进行焊接工作，且尽可能的避开节点。

3.2 大跨度建筑结构形式的选择

在进行结构形式的选择时我们主要从两个方面进行即刚、柔混合结构和刚性混合结构。其中刚柔混合体系包括混合吊挂、混合张拉、混合加劲以及半刚性悬挂四种类型。刚性混合结构常见的是拱梁结合、拱杆结合以及梁杆结合三种形式。

3.3 大跨度建筑结构的高度和宽度比控制

需要将大跨度建筑结构的高度宽度比控制在一个科学、合理的范围之内，当超过这一范围时就要进行相关研究，采取必要的措施。

4 结束语

大跨度建筑结构主要特点就是性价比高、承载力相对较大、适用范围广。但缺点是气施工的环节较多，对技术工艺要求也较高，整体性很强，特别是在大跨度弯顶和桥梁等设计之中。

［1］王超.浅析大跨度建筑结构形式与设计［J］.科技创业家，2013(12):39-39.

［2］刘永建.大跨度拱支结构力学性能与施工技术研究［D］.天津大学，2012.