探讨大跨度建筑结构形式与设计

董大军

摘要：现阶段，随着科技水平不断的完善，各类型的大跨度建筑的结构也随之出现，建筑结构形式越来越多，逐渐构成很多复杂的新空间，如体育馆和会展中心、影剧院等，其具有较强的功能性，且空间结构比较复杂。新时期的大跨度建筑结构的形式和设计至关重要。所以，建筑也需要不断加强对其的研究和完善工作。本文通过对大跨度建筑结构进行概述，并针对大跨度建筑结构的形式及设计进行探析，现进行具体的阐述。

关键词：大跨度；建筑结构形式；设计

一、大跨度建筑结构的基本概述

随着我国社会经济和生产技术不断的发展，建筑结构的形式也在不断的完善。为满足社会的发展需求，各类型的建筑结构在进行创新，而且结构的种类也在不断变化。

1、大跨度建筑的含义

大跨度建筑结构为跨度高于28m建筑物，我国当前钢结构进行施工需应遵循相关的规范，跨度控制在55m左右，建筑结构这时可叫做大跨度建筑结构。现阶段，建筑工程进行施工的过程，这方面的结构体系适用于剧院、体育馆和展览厅等比较大型的公共的建筑。随着科学技术不断的发展，大空间的建筑结构也在进行演变，对于大空间的建筑结构来讲，是新的难题和挑战。

2、大跨度建筑结构的主要构成

现代建筑工程进行施工的过程，比较常见的为大跨度的建筑结构，一般包括：网壳、网架、悬索、膜、膜壳等结构。

二、大跨度建筑结构的形式及设计探析

当前，大跨度建筑结构比较常见的结构形式，包括：网壳、网架结构、悬索，以及膜结构、膜壳结构，现针对这几种建筑结构的形式及设计部分进行分析和总结。

1、网架结构的分析

即为以多根杆件遵循网格的方式，通过节点连接的方式构成全新的空间结构，属于一种具有空间受力性較好、重量很轻、刚度特别大、抗震性非常好的新型建筑结构。这类型的建筑结构适用于体育馆、展览厅和体育场等类似的大空间的建筑物。

①网架结构方式的研究

网架的结构形式包括：两向网架、四角锥体、三角锥和六角椎体所构成。两向椎体构成网架结构；现阶段，实际进行施工的过程，比较常见网架的结构主要有两向校正、斜向和三向放网架等几种形式。四角锥体构成网架结构；包括正放、斜放、正放抽空四角锥网架，以及棋盘形的四角锥网架和星型的四角锥网架、单向折线型的网架等。三角锥构成网架结构；包括：三角、抽空、蜂窝形三角锥网架几种类型，可分为Ⅰ型、Ⅱ型两种。六角锥体构成网架结构；基本形式为正六角锥网架。

②网架结构根本特征

现代建筑工程在实际进行施工的过程，结构的主要特点为空间方面的工作、传力方面的途径、稳定系数及工程的质量等。这方面的技术属于现阶段大型建筑中广泛被应用，然而其全部的特点并不能满足工程施工方面的要求。其存在很多的不足，如节点方面的杆件的数量比较多，且操作比较复杂。这类型的结构的优势为：生产效率非常高、平面的布置比较灵活、美观性也较佳、可装饰度较高等。

2、网壳结构形式和特征的分析

网壳属于当前工程施工建设，能够和平板网架相关的空间杆系结构机制，于工程施工的整体建设过程，可通过杆件当成基本的承力的保障，遵循实际的要求进行组合及分配，进而构成比较完善的结构布置空间方面的构架。这方面技术，具有杆系和壳体方面的性质，同时其传力性佳、压力感非常强的工程方面的结构。现阶段，工程在实际进行建设的过程，能够获得更多的关注，具有良好的发展空间和前景。

①网壳结构

包括球面、双曲面、圆柱面和双曲抛物面等网壳。

②网壳结构的基本特征

客观来讲，轻质度强的材料所构成的结构，如果通过强度方面进行计算，其剖面的大小会出现一定的变化。然而，这方面的结构于荷载作用下，很容易出现变形的问题，使其稳定性无法保证，致使其结构被破坏。

3、膜结构形式和特征的分析

①膜结构的支承形式

其支撑的形式存在一定差异，有空气膜、悬挂膜、骨架支撑膜和复合膜等结构。

②膜结构的基本特征

悬索结构为受拉索当成主要的承重方面的构件，遵循具体的标准进行布置，构成结构的机制。悬索屋盖的结构，一般会通过悬索的系统、屋面及支撑几方面的系统所组成。悬索结构钢索一般以高强钢丝所构成平行的钢丝束，以及钢绞线、钢缆绳等，同时可以圆钢、型钢和带钢、钢板等方面的材料。

4、悬索结构的分析

①悬索结构的形式

悬索结构通过索进行布置，其方向及层数包括：单向、辐射式、双向等单层悬索的结构，以及单向、双向双层、辐射式、预应力等悬索结构。

②悬索结构基本特征

悬索结构受力方面的特征主要为由索轴向拉伸进行对外荷载作用的抵抗。同时，应确保结构内不会产生弯距、剪力方面的效应，合理的应用钢材强度方，非常关键。悬索方面的结构的有很多种，其布置有非常灵活，能够适用于很多类型的建筑平面中。

5、薄壳结构形式和特征的分析

①薄壳结构基本形式

薄壳的结构按照曲面的构成，能够划分为：旋转壳、移动壳两种。结合建造的材料进行划分，能够分成：钢筋混凝土薄壳和砖薄壳、钢薄壳、复合材料方面的薄壳几种。

②薄壳结构特征

壳体的结构，具备一定承载的性能，可以通过较小厚度来承受很大的荷载。壳体的结构强度、刚度一般情况下会按照几何状合理性，通过相关材料对其进行受压工作，取代弯曲的内力，进而有效的发挥材料方面的作用。由此可见，壳体的结构属于具有较高强度和刚度，材料节约特征的结构形式。

6、 桁架结构形式和特征的分析

桁架的结构主要通过杆件所构成的建筑结构，所以桁架结构受力方面来看，是非常均匀的，能够有效的借助材料方面的强度和梁结构进行对比。桁架的结构，其轴向力为杆件的内力。但是，梁结构内力为弯矩，其受力不能够确保合理的进行分布。所以，桁架结构根据有科学性。桁架的结构适合应用到一些比较大型的商场、农贸市场等。

7、拱形结构形式及特点

拱形的结构能够有效的利用材料韧度及强度，借助外力的作用，最大限度把拱内弯矩值保持在最低，其压力方面的分布情况是比较均匀的，为一次性跨度非常大的空间结构。然俄日，为确保拱形方面结构的稳定，就应该于拱形的建筑设置一些比较牢固的支座，抵消结构的横向推力。一般情况下，拱形的结构其两侧，会构建两道左右的后墙对结构进行支撑。结合拱形结构自身的特征，于设计的过程通过抗压力较佳的材料加以施工。我国古代的建筑，一般多会通过砖石方面的材料进行施工。现代的建筑，一般中会通过混凝土、钢材取代砖石，把拱形的结构跨度提升至几百米左右的长度。拱形的结构出现矢高的状况，对于建筑轮廓非常不利。而矢高非常小的拱形结构，通常会呈现扁平状，起伏的变化非常小，但其拱身轴力及水平的方向推力有季极其大。反之，矢高大的拱形结构会呈现立体状，其起伏的变化非常大，水平方向推力、轴力又很小，施工方面的消耗材料就会非常多，使得拱形的内部空间非常大。因此，需要全面的考虑到建筑结构具体的标准、耗材和防水结构方面的要求等。设计以单高、多跨和单跨多种类型进行建造。

总结：社会经济不断发展的过程，加强跨度及空间结构为人们的需求，空间方面的结构在发展中，在一定程度来讲，为城市建筑建设发展情况的体现。空间方面的结构设计，需通过正确的理论及方法加以分析，并于空间结构性能和外观设计，给予建筑结构的受力合理性及成本问题更多的关注。

参考文献：

[1]范宝君.大跨度建筑结构形式与建筑造型[J].科技创新与应用，2012（15）：26-28.

[2]王超.浅析大跨度建筑结构与设计[J].科技创业家，2013（6）：57-28.

[3]代富红，杜佳.大跨度建筑方案创作中的结构表现手法研究[J].山西建筑，2011（24）.