大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式與設(shè)計(jì)研究

大跨度建筑結(jié)構(gòu)的形式與設(shè)計(jì)研究【摘要】在當(dāng)今的社會(huì)當(dāng)中，建筑的形式也變得豐富多樣起來，在空間結(jié)構(gòu)建筑當(dāng)中技術(shù)當(dāng)中又有很多的分支，而大跨度建筑形式是未來空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的趨勢(shì)與發(fā)展方向，對(duì)于這種技術(shù)掌握的多少是評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家建筑水平好壞的重要因素之一。但是落實(shí)到實(shí)際生活當(dāng)中，大跨度建筑的建筑形式又有著很多的不同之處。包括有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)，等各種豐富多彩的空間結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在當(dāng)今的建筑行業(yè)當(dāng)中都有著非常廣泛的應(yīng)用。本文中針對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)的形式和設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的剖析和探究?！娟P(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；懸索結(jié)構(gòu)；形式與設(shè)計(jì)建筑的存在就是滿足人們對(duì)于某一種生活的需求，人們對(duì)于建筑的功能的需求有了很大的提高，建筑結(jié)構(gòu)類型也就隨之不斷地發(fā)展。在現(xiàn)在的建筑行業(yè)當(dāng)中，大跨度建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了其中的中堅(jiān)力量，我們?cè)谏钪幸埠苋菀滓挼么罂缍瓤臻g建筑結(jié)構(gòu)的蹤跡?，F(xiàn)在的大跨度空間建筑結(jié)構(gòu)主要分為五大類：包括有網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，薄殼結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。但是大跨度建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并不止于此，有一些新的類型的建筑結(jié)構(gòu)是基于上述的五類結(jié)構(gòu)之外的，不斷組合和衍生的表現(xiàn)形式。因?yàn)樾问降呢S富多樣，大跨度建筑結(jié)構(gòu)模式下的建筑通常都非常的吸引眼球，對(duì)于人們有著極大的吸引力。1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式和設(shè)計(jì)研究網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論并不是很復(fù)雜，建筑人員利用先進(jìn)的工業(yè)設(shè)備讓一些桿狀的桿件按照某種規(guī)律連接在一起，最后的效果就是這些桿狀的物件聯(lián)合起來形成了多層的結(jié)構(gòu)形式，表現(xiàn)為一種網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，我們通常把這種結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這里用于施工的桿狀物件通常是長(zhǎng)度和硬度都很大的鋼材。1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式非常多樣，但通常是以下的四種形式：（1）平面鋼架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包括了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)中從兩個(gè)方向上正交正放的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，當(dāng)然從兩個(gè)方向上的正交斜放，斜交斜放，亦或是從三個(gè)方向上的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都包含在當(dāng)中。（2）四角椎體形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)根據(jù)椎體擺放的位置有不同的分類，包括正放著的四角錐體，斜放著的四角錐體，星形放置的四角錐體都屬于這種模型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)中的。（3）三角錐體形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通常是根據(jù)三角錐體中的空余形狀進(jìn)行分類，分為抽空式的三角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然還有很常見的蜂窩狀的三角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（4）最后提到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于建筑難度較大通常不會(huì)被采用，被稱為正六角錐體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)。在大跨度的建筑形式當(dāng)中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑是其中的一種較為常見的一種，由于其建筑的要求相對(duì)較低，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛的使用。它的優(yōu)點(diǎn)有許多，最主要的是該種建筑的建筑自重非常的輕，這樣它的抗震性能就很優(yōu)良，再加上它的傳力不是非常的復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度不高，于是被廣泛地采用了下去。在施工過程中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)也就顯現(xiàn)出來，由于只需要將鋼材按照?qǐng)D紙連接起來，建筑施工的要求很低，完成結(jié)構(gòu)的定性變得容易許多，可以做到工作效率和設(shè)計(jì)美觀的兩者兼得。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)模式可以為后期設(shè)備的安裝過程做到很好地鋪墊，是施工質(zhì)量提高的同時(shí)又不會(huì)提高施工的成本。2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在大跨度建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，另一種設(shè)計(jì)模式值得關(guān)注，那就是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)模式的材料比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些，通常是使用混凝土，木材，鋼筋等常規(guī)建筑材料進(jìn)行建設(shè)的。2.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的建筑形式也是多種多樣的，不同與剛剛提到的的網(wǎng)架式結(jié)構(gòu)那么多的分類，網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)只有幾個(gè)小的分類，包括球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，圓柱面網(wǎng)殼狀結(jié)構(gòu)，雙曲面狀的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，這些分類都是按照網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)的表面特征進(jìn)行區(qū)分的。2.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。網(wǎng)殼式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也并不是很復(fù)雜，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的組成材料的重量都比較小。相比較于其它的大跨度建筑形式，網(wǎng)殼狀結(jié)構(gòu)的截面尺寸都是很低的，但是強(qiáng)度并未太大的縮減。網(wǎng)殼狀的建筑結(jié)構(gòu)的外形大多是按照非常科學(xué)的力學(xué)理論進(jìn)行修建的，這種建筑的穩(wěn)定性很強(qiáng)，不僅可以對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行合理的分配，還可以保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)際的建筑條件下這種建筑結(jié)構(gòu)的使用也是較為廣泛的，因?yàn)樗骖櫫私ㄖ牧虾穸缺容^低和空間的范圍比較廣這兩大屬性。3、膜結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)膜結(jié)構(gòu)的形成相比較其他的兩種結(jié)構(gòu)而言時(shí)間比較早。早在上個(gè)世紀(jì)中葉，這種新型的空間結(jié)構(gòu)就誕生了。這種結(jié)構(gòu)的施工過程比較的特殊，選擇的并不是結(jié)構(gòu)和質(zhì)地比較剛硬的鋼結(jié)構(gòu)，而是比較柔軟的施工材料。通常在施工結(jié)束之后，這種結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)為覆蓋面積很廣大，剛性比較突出的結(jié)構(gòu)體系。3.1膜結(jié)構(gòu)的形式。膜結(jié)構(gòu)的建筑過程中有很多的支撐和支持的方式，根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的支撐方式，可以把膜結(jié)構(gòu)的大跨度建筑分為幾種不同的結(jié)構(gòu)形式：（1）充氣式的膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)和它的名稱一樣，在建筑施工的過程當(dāng)中，在建筑的內(nèi)部和工程施工當(dāng)中內(nèi)部充上一定的空氣，這種建筑有一個(gè)特點(diǎn)，屋面拱起的寬度不是很大，在建筑的時(shí)候如果跨度比較大的時(shí)候，施工人員可以在這個(gè)拱起的平面的四個(gè)頂角設(shè)置一些可以承受力量的鋼索，為整個(gè)建筑的安全性能加分。（2）懸掛式的膜結(jié)構(gòu)。在膜結(jié)構(gòu)的大跨度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)師們通常會(huì)利用一些比較高的桅桿將鋼索和建筑所需的膜結(jié)構(gòu)一起懸掛住。這時(shí)鋼索在空中就會(huì)繃緊和拉直，屋頂蓋的剛度和安全性能就能夠大大提升。（3）骨架支撐式的膜結(jié)構(gòu)。與空氣膜結(jié)構(gòu)當(dāng)中的空氣進(jìn)行支撐的方式不同，骨架支撐式的膜結(jié)構(gòu)利用鋼制的骨架代替空氣進(jìn)行支撐。這種支撐方式的建筑的隨意性就能夠大大提高。根據(jù)建筑中需要的形態(tài)和建筑的樣式，骨架可以有多種的建筑形式，骨架有拱形的網(wǎng)架也可以有網(wǎng)狀型的鋼架。（4）復(fù)合式的膜結(jié)構(gòu)。這是一種的新興的膜結(jié)構(gòu)建筑形式，這種建筑用到的建筑材料比較單一，只需要有鋼索，膜材和一些用來承受壓力的桿件。這種大跨度的建筑模式在如今的圓形的建筑中比較常見3.2膜結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。膜結(jié)構(gòu)的建筑同樣擁有自重比較輕，建筑完成之后的跨度比較大的優(yōu)勢(shì)。由于施工當(dāng)中的建筑隨意性比較大，具有豐富的造型設(shè)計(jì)。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益也比較優(yōu)良，整個(gè)建筑的透光性能非常出眾。4、懸索結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)懸索結(jié)構(gòu)的建筑當(dāng)中最為重要的就是一根根用于斜拉的鋼索。施工人員根據(jù)施工圖中的情況，將每一根懸索都按照一定的規(guī)律進(jìn)行排布，最終形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系。4.1懸索結(jié)構(gòu)的形式。懸索結(jié)構(gòu)的分類方式非常單一，只要按照懸索的布置方向和層數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單地分類即可。4.2懸索的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在懸索結(jié)構(gòu)當(dāng)中，建筑的核心就是懸索上的每一根鋼索，所有承受重量的鋼索在自己的受力范圍之上進(jìn)行一定的拉伸，這種在應(yīng)力范圍上的拉伸能夠有效地抵御來自于拉索的外力。這時(shí)，在建筑中運(yùn)用的鋼材就有很大的發(fā)揮空間。5、總結(jié)大跨度建筑結(jié)構(gòu)是建筑當(dāng)中的重要建筑形式。隨著社會(huì)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的逐步抬高，這種建筑方式以其低廉的造價(jià)和優(yōu)美的外形受到了所有人的重視。這種空間結(jié)構(gòu)的的發(fā)展必定會(huì)促進(jìn)建筑行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。在建筑當(dāng)中，需要建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行提前的有效地計(jì)算。在建筑當(dāng)中需要考慮的不僅僅是建筑的外形，