大跨度空間結構的主要形式及特點

    1、網(wǎng)架結構 

    由多根桿件按照某種規(guī)律的幾何圖形通過節(jié)點連接起來的空間結構稱之為網(wǎng)格結構，其中雙層或多層平板形網(wǎng)格結構稱為網(wǎng)架結構或網(wǎng)架。它通常是采用鋼管或型鋼材料制作而成。 

    1.1網(wǎng)架結構的形式 

    （1）平面桁架系組成的網(wǎng)架結構。主要有：兩向正交正放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架、三向網(wǎng)架等型式。 

    （2）四角錐體組成的網(wǎng)架結構。主要有：正放四角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架、星型四角錐網(wǎng)架、單向折線型網(wǎng)架等型式。 

    （3）三角錐組成的網(wǎng)架結構。主要有：三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窩形三角錐網(wǎng)架等型式。 

    （4）六角錐體組成的網(wǎng)架結構。主要形式有：正六角錐網(wǎng)架。 

    1.2 網(wǎng)架結構的主要特點 

    空間工作，傳力途徑簡捷；重量輕、剛度大、抗震性能好；施工安裝簡便；網(wǎng)架桿件和節(jié)點便于定型化、商品化、可在工廠中成批生產，有利于提高生產效率；網(wǎng)架的平面布置靈活，屋蓋平整，有利于吊頂、安裝管道和設備；網(wǎng)架的建筑造型輕巧、美觀、大方，便于建筑處理和裝飾。 

    曲面形網(wǎng)格結構稱為網(wǎng)殼結構，有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼之分。網(wǎng)殼的用材主要有鋼網(wǎng)殼、木網(wǎng)殼、鋼筋混凝土網(wǎng)殼等。 

    2.1網(wǎng)殼結構的形式 

    主要有球面網(wǎng)殼、雙曲面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼等。 

    兼有桿系結構和薄殼結構的主要特性，桿件比較單一，受力比較合理；結構的剛度大、跨越能力大；可以用小型構件組裝成大型空間，小型構件和連接節(jié)點可以在工廠預制;安裝簡便，不需大型機具設備，綜合經(jīng)濟指標較好；造型豐富多彩，不論是建筑平面還是空間曲面外形，都可根據(jù)創(chuàng)作要求任意選取。 

    薄膜結構也稱為織物結構，是20世紀中葉發(fā)展起來的一種新型大跨度空間結構形式。它以性能優(yōu)良的柔軟織物為材料，由膜內空氣壓力支承膜面，或利用柔性鋼索或剛性支承結構使膜產生一定的預張力，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結構體系。 

    主要有空氣支承膜結構；張拉式膜結構；骨架支承膜結構等形式。 

    自重輕、跨度大；建筑造型自由豐富；施工方便；具有良好的經(jīng)濟性和較高的安全性；透光性和自結性好；耐久性較差。 

    懸索結構是以能受拉的索作為基本承重構件，并將索按照一定規(guī)律布置所構成的一類結構體系，懸索屋蓋結構通常由懸索系統(tǒng)，屋面系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)三部分構成。用于懸索結構的鋼索大多采用由高強鋼絲組成的平行鋼絲束，鋼絞線或鋼纜繩等，也可采用圓鋼、型鋼、帶鋼或鋼板等材料。 

    懸索結構按索的布置方向和層數(shù)分為：單向單層懸索結構；輻射式單層懸索結構；雙向單層懸索結構；單向雙層預應力懸索結構；輻射式預應力懸索結構；雙向雙層預應力懸索結構；預應力索網(wǎng)結構等。 

    懸索結構的受力特點是僅通過索的軸向拉伸來抵抗外荷載的作用，結構中不出現(xiàn)彎距和剪力效應，可充分利用鋼材的強度；懸索結構形式多樣，布置靈活，并能適應多種建筑平面；由于鋼索的自重很小，屋蓋結構較輕，安裝不需要大型起重設備，但懸索結構的分析設計理論與常規(guī)結構相比，比較復雜，限制了它的廣泛應用。 

    5、薄殼結構 

    建筑工程中的殼體結構多屬薄殼結構（學術上把滿足t/R≤1/20的殼體定義為薄殼）。
 

    薄殼結構按曲面形成可分為旋轉殼與移動殼；按建造材料分為鋼筋混凝土薄殼、磚薄殼、鋼薄殼和復合材料薄殼等。
 

    殼體結構具有十分良好的承載性能，能以很小的厚度承受相當大的荷載。殼體結構的強度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性，以材料直接受壓來代替彎曲內力，從而充分發(fā)揮材料的潛力。因此殼體結構是一種強度高、剛度大、材料省的即經(jīng)濟又合理的結構形式。 

    除以上幾種空間結構外，尚有組合網(wǎng)架結構、預應力網(wǎng)格結構、管桁結構、張弦梁結構、點連接玻璃幕墻支承結構、索穹頂結構等幾種常用空間結構，都有自身的特點和實用范圍。比如點連接式玻璃幕墻支承結構能利用玻璃的透明特性追求建筑物內外空間的溝通和融合，人們可以透過玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整個結構系統(tǒng)，使這種結構系統(tǒng)不僅起到支承作用，而且具有很強的結構表現(xiàn)功能；索穹頂結構則完全體現(xiàn)了fuller關于“壓桿的孤島存在于拉桿的海洋中”的思想，是由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成的一各受力合理、結構效率極高的結構體系。 

    在人類社會的發(fā)展歷程中，能夠提供更大跨度和空間的結構常常是人們追求的夢想和目標，空間結構的發(fā)展很大程度上反映了人類建筑史的發(fā)展。空間結構設計應正確合理地運用不同的計算理論和程序方法進行精確的分析，同時在空間結構的形體設計中不能只注重美觀，還必須注重結構受力的合理性和工程成本的等因素。