试分析大跨度建筑结构形式与建筑造型

刘晨

摘要：无论是传统中式建筑还是西方古典建筑，建筑的演变都离不开结构技术和美学。本文主要以拱结构以及建筑造型作为出发点，并探讨了刚架结构以及建筑造型。

关键词：大跨度建筑；结构造型；建筑造型

引言

建筑与美学息息相关。建筑造型更是美学功能与作用的体现。随着社会经济的进步和建筑行业的不断发展。结构和建筑美学对于建筑行业的快速发展都起到了积极的作用。因此建筑设计师们纷纷开始将结构技术和建筑美学引进建筑形态设计过程中。打造全新建筑结构形式。

1.拱结构以及建筑造型

1.1拱结构概述

作为古代建筑结构的外在表现形式，拱具有以下特点：

第一，就受力特点而言。拱的形状呈曲面结构式。一旦受到外压力的作用可以使拱内弯矩值降到最小。究其原因是拱内力在外力作用下变为轴压力。且应力分布均匀。拱将应力和材料强度进行有机结合。可以减小结构构件截面高度。增大结构跨度。

第二。就拱结构稳定性而言。拱结构在外力和内力双重作用下会将结构内部荷载力逐渐向横向演变。从而影响结构的稳定性。基于上述情况。需要根据拱结构实际情况设置拱脚支座抵抗横推力。最为常见的方式是在拱的两侧作两道后墙支撑拱。墙厚随拱跨增大而加厚。如果墙体变厚。就会大大缩小建筑结构整体空间面积。

第三。就拱材料而言。拱结构材料质量的好坏是影响拱抗震性能和抗压性能高低的关键因素。因此在选购拱结构材料时。应该选择抗压性能和抗震性能较好的拱材料。古代建筑的拱主要采用砖石材料。但是这种材料的拱抗压性能不高。会影响建筑工程整体质量。近代随着社会的进步和建筑工程业的快速发展。现代建筑工程拱结构材料一般是选用钢筋混凝土。有的采用钢桁架拱。这种钢桁架拱的跨度可达百米以上。拱结构与拱结构之间形成的组合空间。不仅可以用来修建建筑大型商场。还可以建造体育馆和展览馆等。

1.2拱结构建筑造型分析

就拱结构建筑造型而言。其影响因素主要包含矢高大小和平横拱推力的方式。其中，拱的矢高不仅会影响建筑轮廓大小，还可以影响建筑外形美观。一般情况下。矢高大小与拱结构外形大小成正比。矢高小的拱结构外形变化小。外形小的建筑主要呈扁平状。占用建筑结构组合空间面积较小。但是矢高小的拱无论是水平力还是轴力都偏大。矢高大的拱结构外形变化大。外形大的拱结构坡度很陡。拱结构之间的空间比例较大。当采用油毡屋面时。空间比例较大的拱结构会容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。因此在实际工作过程中。建筑设计师应该综合建筑工程各个因素，综合考虑建筑外观造型、结构受力、防水构造情况等。并根据建筑实际情况选择抗压性能较好的拱结构材料。国家对相关建筑房屋拱顶结构跨高标准中。拱屋顶的矢高为拱跨的1/7-1/5。最小不小于1/10。采用油毡屋面时，矢高不应大于1/8，混凝土自防水屋面的矢高一般取1/6。由此可见。拱是一种有水平推力的结构。设计师应该综合工程实际情况。选择合适的水平推力方式。一般情况下，常见水平推力方式主要有以下几种：

第一。拉杆拱推力建筑造型。在拱脚支座架安置拉杆可以分担拱推力的负荷力。也是设计师运用最广的一种方式。这种方式不仅可以抵消拱推力和拱压力。还可以减少拱身的截面面积。根据结构受力和建筑功能。可以将拉杆支架处理成单跨、高低跨等多种形式的平面布局。形式具有多样化特点。

第二。框架拱推力建筑造型。在拱的两侧设置框架来抵消水平推力不仅可以避免拱脚发生位移或者倾斜等现象。还可以保证建筑框架结构的刚度。拱框架建筑造型根据建筑功能和作用。可以布置成单跨或者多跨框架结构。

2.刚架结构和建筑造型

2.1受力特点以及优缺点等分析

刚架是一种门形结构。用来连接横梁和柱体。梁和柱作为一种具有刚性的结点。对建筑拱结构具有约束作用。可以减少建筑拱结构水平推力的影响。相较于排架结构而言，刚架结构具有成本低、结构轻巧等优势。目前。大多数建筑房屋结构的刚架设置是横梁向上倾斜。这样不但可以增大建筑净高。还会有利于结构稳定性和安全性。由于刚架结构在水平荷载作用下，其受力较为均匀，轻巧美观。能够跨越空间面积较大的建筑。并且这种刚架结构制作程序较为简单。因此在建筑工程领域运用较为广泛。但是刚架结构的刚度相对较差。不能承受超过100kN的重量。

2.2桁架结构及其建筑造型

桁架是一种格构式结构体系，是由不同杆件组成。杆件与杆件之间的结合假定为铰结。在外力作用下会使内力转变为分布均匀的轴向力。因此桁架结构无论是在受力合理方面还是在结构稳定性方面。都比梁结构要强得多。桁架杆件与杆件之间的内力是轴向力。梁结构中的杆件内力是分布不均匀的弯矩。因此在实践过程中。梁结构断面大小是以断面尺寸大小作为依据。而梁材料强度相较于桁架结构而言。并没有得到充分有效利用。如果材料强度没有得到充分利用就会增加建筑房屋结构跨度。比如大型建筑物体育馆或者商场等建筑主要是采用受力均匀的桁架结构。不仅能够保证建筑工程的稳定性。还可以大大提升施工效率。提高建筑工程整体质量。

3.结束语

建筑造型和建筑结构的设计工作和拱材料选择是否得当是影响大跨度建筑结构整体质量的重要因素。由于建筑结构和材料更新速度的加快。设计师们需要深入研究建筑造型和建筑结构的多样性。设计出具有创新化和独特化的建筑物。