探讨大跨度空间结构发展

摘 要：文章系统回顾了中国建筑科学研究院成立60年以来各时期大跨度空间结构领域的技术发展历程，论述大跨度空间结构的研发特点及在公共建筑中的应用情况、空间结构领域标准规程制修订情况。对大跨度空间结构学科的研发与应用中的发展重点进行了展望，包括大跨度空间结构的发展战略、体系创新、绿色建筑、风工程研究、抗震与防连续倒塌、健康监测、软件与信息化技术、既有大跨度结构的安全性评估与加固技术研究等内容。

关键词：大跨度空间结构;研发;回顾;展望

一、 院大跨度空间结构领域的发展历程

（一）开创时期

20世纪50年代末，随着建国10年来国力的复苏，国家已有能力关注大型体育馆与大跨度公共建设的需要。在何广乾、朱振德的带领下，相关研究人员也以空前的热情投入于薄壳结构、悬索结构的理论研究。这些理论研究紧密结合工程需要，在当时产生了很好的效果。

在薄壳结构方面，主要以微分方程求解的连续化方法对球壳、圆柱面柱、双曲扁壳、组合扭壳等进行了系统的研究，发表了一大批高质量的论文。在理论研究的基础上，进行了大量的工程实践，除模板制作稍麻烦外，施工相对简便，计算分析可用连续化方法求解，这些都是符合当时我国的经济条件与施工技术水平的。

（二）成长发展期

20世纪60年代中～70年代中的10年“文革”期间，中国建筑科学研究院经历了机构下放与恢复重建过程，空间结构领域的研究与发展处于停滞状态，国内建成的大跨度空间结构项目也极少。

研发的网架结构技术也推广到相关网架结构专业化生产厂家，网架开始广泛用于大跨度体育建筑。这一时期，一些省会城市建设的体育馆基本上都采用平板网架结构。在此期间开发了以空间桁架位移法为基础的电算程序，配合设计院解决了这些大跨度网架的分析与计算难题。同时，建筑标准设计研究所初步尝试了网架结构在大面积单层工业厂房中的应用。

（三）快速发展期

20世纪90年代初，网架结构计算分析方面取得了重大突破，国内的几家研究单位、高校与设计单位都先后开发出实用化的网架结构CAD程序。建筑结构研究所研发了网架、网壳CAD设计软件MSGS，其功能包括网架与网壳结构的前处理、杆件满应力设计与自动构造调整、焊接空心球与螺栓球节点的自动设计、网架与网壳结构施工图与加工图的绘制等功能，使网架与网壳的设计快速、准确，在国内拥有上百家用户，有力地推动了网架结构的普及。

这一时期，我国的空间结构发展进入了快速发展期，其主要特点：网架结构的应用仍是主流，网壳结构的跨度进一步加大，以索参与组合的杂交结构（斜拉结构等）得到重视。与此同时，国家更强调科研工作面向市场、面向生产第一线，建筑结构研究所承担了大量的网架与网壳设计与试验研究工作，如北京海洋馆（1996年建成，面积23000m，采用大柱网曲面网架结构）;浙江黄龙体育中心主体育场挑棚（1999年建成，斜拉网壳结构，挑棚外挑50m），是国内最大的斜拉网壳结构，为确保结构安全，进行了风洞试验、整体模型试验与内环梁拉索锚固节点试验，并进行了以结构控制性能化为目标的优化设计。

二、 对未来发展的思考

（一）把握未来空间结构领域的发展方向

空间网格结构以规则与灵活的结构造型、成熟的设计与施工技术及较好的跨越能力，必将广泛应用于各类大跨度公共建筑，仍是发展主流。在新型城镇化进程中，大量中小城市的体育与公共设施建设将成为亮点，螺栓球节点网架结构将有很大的应用面。

索结构将是最有发展前途与技术竞争力的一个新体系。传统意义的索网结构、索桁架结构由于对边缘约束结构与下部结构要求比较高，预应力施工也过于复杂，故其应用面不会有大的突破，而张拉整体结构、斜拉结构、张弦结构将以其合理的结构性能有更多的工程应用。其中张拉整体结构、张弦结构具有结构自重轻、效率高、自平衡的突出优点，是未来大跨度空间结构的主要发展方向。

膜结构具有结构与围护材料合一、自重轻、透光、建筑造型丰富、施工简便的突出优点。气承式膜结构可以跨越更大的跨度;而张拉支承式膜结构可与索结构、各类网格结构相结合，创造出结构受力性能优越、建筑造型美观的大跨度公共建筑。

（二）加强新型结构体系的创新研究及应用

新型结构体系的创新和工程应用是大跨度空间结构学科发展的一个重要方向。结构体系的创新与应用涉及新型结构体系研发、新结构材料应用、新节点与连接形式开发、新施工安装技术的采用。一些有很好发展前途的新型结构体系，其必有的特点是性能优越、结构轻巧、施工简便并有很好的经济性。仍将对新型结构体系开展持续的创新研究工作，这些新型结构体系包括索结构、膜结构、张拉整体结构、张弦结构及各类杂交结构，要对新型结构体系在结构性能、分析方法、节点构造与施工技术等方面进行系列的研发工作。

（三）拓展空间结构的应用范围

大跨度空间结构已从以往的以体育场馆为主，扩大到应用于会展中心展览馆、航站楼与机库、火车站（站房及无站台柱雨棚）及单层工业厂房或构筑物顶盖（干煤棚、煤仓顶盖、油罐顶盖等）等，带来了空间结构发展的空前繁荣。

三、 结语

未来10年，我国以新型城镇化建设为契机，保持经济建设的持续发展，必将建设一定数量的大跨度公共建筑，因此，我国的大跨度空间结構仍将继续处于一个很好的发展时机。应把握好这个机遇。首先，做好创新研发工作，包括结合工程实际的应用型技术创新研发与以基础理论为主的公益性研发，以保持我院在空间结构领域的技术优势;其次，要结合国家的绿色建筑与节能减排要求，开展大跨度空间结构的绿色技术研究，以实现大跨度空间结构的可持续发展。

参考文献：

[1]何广乾.四边简支常曲率双曲扁壳简化计算[J].土木工程学报，1959，6（7）.

作者简介：

李雪娟，女，河北保定人，研究方向：结构工程。