大跨度空间结构设计

《大跨度空间结构设计》

一、空间结构的概念

凡是建筑结构的形体成三维空间性状，在荷载作用下具有三维受力特性、呈立体工作状态的结构称为空间结构。日常生活中空间结构的例子，如草帽、折扇、簸箕、笸箩等。观察自然界我们会发现许多空间结构，如蛋壳、乌龟壳、蚌壳、花生壳各种植物种子的外壳等，适合于各自的大自然环境，是一种受力性能很好的空间结构(薄壳结构)；蜂窝也是空间结构(空间网格结构)；蜘蛛网属于索网结构；肥皂泡是典型的空间结构(充气薄膜结构)。

（a）网架结构（b）网壳结构图1.2空间结构高次超静定，三向受力，非线性，大变形。平面结构：梁、屋架、框架、刚架、拱；单向受力，计算理论成熟；二、惊大跨叠度空仍间结沟构的庙特点（1）环自吓重胖轻这，萄经稠济娇性腹好昂。献目撒前洒大里部膊分聪空触间架结秀构迹都想采也用巡寿钢眼材颈、灯膜环材服等歪制搭作幻玉，竖轻仗质还高背强马材牺料顶的迁运沾用待使布结疏构竟自再重吨大箭大桌减奏轻俭。（2）刚粗度好粱，抗轿震性耀能好俊。由独于空工间结企构具露有三态维受番力特个性，等内力挥均匀不，对慨集中臣荷载险的分痰散性织较强喉，所挽以能共很好篮的承烦受不轨对称李荷载龟或较纸大的枣集中关荷载帜，整砖体刚谦度大糕。（3）筋便婶于姜工仅业喂化贝生殖产夺。岂空骑间恰结悟构睛的老构过件抱通知常熄在兴工纤厂疯中刻制挨作效，慎在古工狸地帅上振可承以忌很碰快奸地荣安烟装脚起色来梳。（4）形油式多召样化腰，造雕型美堤观。坡空间万结构计的形亚式丰傲富多观彩，匪千变趁万化击，个休性鲜准明，从为建授筑师井的自白由建词筑创向作提稼供了多广阔田的想扶象空注间。——目前踏大跨白度结书构的状建造胁和所姐采用液的技矮术已我成为严衡量茶一个足国家望建筑冲水平循的重肝要标饼志，建许多袍宏伟部而富明有特乱色的捆大跨深度建剖筑已驼成为莲当地旨的象身征性雾标志盟和著晃名的丽人文乒景观阔。成为标管志啊性言建恋筑；（5）建繁筑给、默结徒构撞和雨使抗用答功叮能驴的壮统喜一疯。三、沿空间壁结构渣的分料类（1）臂刚语性盖空首间拍结岁构刚脉性称空宣间偿结啦构蓝体舍系纲是度指那刚将性亮构缩慧件傲构坦成探的刺具桨有淹很昂好轿刚略度嫩的器空查间田结匠构按体脂系玻。敞包属括仙薄箱壳咳结膜构她、锄空秩间快网衫格动结分构劫以镜及笨立吼体木桁盾架题结扛构源。钢筋施混凝掌土薄债壳在糟施工山中耗绸用模食板及惭脚手也架较云多，酒所需权劳动搏量较螺大，日费用腥高，相高空长浇筑票或吊解装费菌工费胡时。泰因此肃，薄痛壳结进构的馆应用己近年挪来有陶所减玻少。空间稼网格钱结构保根据哲外形夸分为闯两大顶类，受一类寒称为烈网架匠，其众外形碑呈平饱板状增（图1.置2a）；拍另一戒类称煌为网抱壳，珍其外蔬形呈病曲面嚼状栽（图1.俭2b）带。立体瘦桁架晌结构材是以拿钢管在通过挺焊接菌有机谨连接租而成竟的一禁种空恋间结邮构（图图1羞.弯3）怒。比立索体珍桁锋架埋结垂构戴是雹在奋网笑架主、带网讨壳遗结另构控的纵基汗础帅上畅发姻展顺起幅来鸣的晕，缓与换网塞架炼、在网学壳侮结河构言相揭比绕具须有义独掠特吩的素优宅越煎性指和冲实孙用泥性删。荒该江结停构贼省附去锅一工些洽纵椅向旧弦远杆停和雄球申节厕点走，欢并蚊具父有善简屯明送的关结词构俭传就力裂方垂式眠，鸣可州满沾足赴各附种药不厕同泥的锋建导筑紧形饭式辰的期要参求铺，僻尤柱其钞是属构掀筑里圆都拱网和荷任助意锻曲下线陕形议状胃更刃有衰优瘦势陕。1、按理空间看结构颠的受司力特膝点来崭划分（a）南沙京会摄展中先心（b）沈嚷阳奥忙体中龟心图1平.亭3立纷体怪桁愤架歼结五构（2）拖柔目性尺空播间海结杨构柔妇性发空者间暂结码构凝体燃系杨是竹指撤由厅柔离性絮构晶件拢构对成掉，爹如搂钢脆索叹、论薄蹲膜竹等周，叛通坝过胁施物加稠预判应颠力路而锦形托成德的盗具伍有驴一我定辜刚随度设的睡空获间亮结雀构拍体象系扬。度结全构鹿的羡形左体亿由吉体合系炎内牌部替的殊预酬应肝力袜来为决绳定膝。预包肾括彼悬迷索抹结亲构粥、择膜蠢结圾构损和鉴张艇拉酱整害体旷结刮构刑等励。（3）绝杂优交连结滋构盖体婚系将几歌种不同同类蜂型的猾结构找体系枝组合波成为甚一种时新的绝结构垂体系爪。蝴杂交撇体系拦按照究其组遥合方沫式的旋不同鹿可分诞为以帽下三刃类：第一对类为权刚性拦结构趣体系裂之间竞的组波合，触如组从合网宁架、蛾组合狮网壳躲、拱白支网累壳等亏；第二浪类为拔柔性咱结构我体系脾与刚扔性结朋构体背系的披组合侧，属饼于半剥刚性波结构咱，这展种又梢可分滔为斜炒拉结拌构、姓拉索索预应读力结危构、妻张弦拉结构缩慧、支杂承膜念结构块等。第三倾类为含柔性祖体系添之间馆的组掩合，锻如柔紧性拉杜索与维索网剥的杂半交，挎柔性辈拉索敲与膜软材之细间的遵组合图形成润的索-膜结筑构。杂屈交搜结扛构悬案索颤、食索棒膜惜、窑张宣拉受拉鼠为主录，高菊强材尊料几何锤非线晌性结街构混合体裳系：受压刚性址，受掠拉行柔奔性芦；张弦御桁架笛，预泛应力兆索拱淋。2、按痒单元杰划分将售组伶成挽空滤间顾结学构搞的怪基衰本用单闲元校归拘纳类为斑五棕种旧，经即泊板足壳搁单常元锈、修梁治单储元枯、翼杆松单饭元捡、盼索览单绳元缸和晶膜国单纵元贞。颗一甜种昏单众元辉或酸多芽种悉单真元嗽集途合旦便灯构济成宁各翻种刃各茫样甲具看体搅形墨式赖的目空岩间疮结鹅构母，绕见毛图遵表1。如凤网壳赛结构竞中，屿单层医网壳固由梁依单元雕组成茄，而仁双层图网壳僵由杆烂单元催组成染，这密样单桶双层午网壳却分属惕于两敢种不授同的搏结构序。另爹外，繁这种踏划分胳对尚挨未出犁现的贪新结艰构形助式留旅有较皱大空而间。表1.达1空间戴结构拍分类单元形式结构形式I

板壳单元薄壳结构折板结构波纹拱结构I带肋薄壳带肋折板I+II悬挂薄壳I+IVII梁单元单层网壳空腹网架空腹网壳树状结构II组合网壳空腹夹层板II+I局部双层网壳II+III张弦梁结构拱支网壳II+III+IVIII杆单元网架结构双层网壳立体桁架III张弦立体桁架斜拉网架（壳）拉索预应力网架（壳）III+IV组合网架III+I+IIIV索单元悬索结构索网结构IV拉索网架索桁结构悬索-桁架结构张拉整体结构IV+III索穹顶结构IV+III+VV膜单元气承式膜结构气肋式膜结构V骨架支承膜结构V+II(或III)张拉膜结构V+III+IV表1空间断结构队分类圣彼鱼得大柏教堂粘罗柔马万多神庙古季代薯空去间腰结欠构四、大贺跨米度空菜间结构休的发抱展悉敞尼理歌宵剧京院北至京璃火津车宅站屋面收采用摊钢筋忆混凝联土薄料壳结妈构当锁代鹿空课间旬结辩构僵的漠发骡展首草都周体暴育锣馆，袖矩否形秩平睬板可网得架,19换67，12然2×99×6m，陶平哪行析弦桥桁著架卧，诵用饼钢瓣量65萝kg税/m粒2；1南9筛7额3，约圆件形暗平旅面插，1似1启0就m如×稻6瓜m，平动行弦助桁架懒，用笛钢量4梦7检k只g浸/关m雹2，亏这度样典万筝人寸级少的均体颗育炕馆斜仍垂是考大兼跨种度网架方结构中的概佼佼痒者。上海占体育创馆15洁3+采15看3m炭×9贸0m，折采惨用胃三迷层女斜蜻放宰四纲角掏锥确网吼架毫，视焊把接抓球乏节嗓点平柴板碑网灭架，资其碌跨安度育规桶模吉之南大暖，工在石国旺际奥上坛是妇数哗一揪数权二极的亭，达这翼是毯我街国虏在协钢泊结良构唉方刺面估的盒又解一猴大北殊屡荣挠。宋机进场缸的逗钢颂结闭构节屋铺盖园由仓于槐建贼筑坝上怎的尘要繁求份比锡较日高羡，勿更愤是龟绚宋丽然多登彩洽。首煎都秒机鬼场赶四储机箩位咐机偏库1优9敲9眼4年牢建纲成医的印，袄放波射欢状售布略置余的区正庄放疮四菊角槐锥双层谅球形蠢网壳，直厌径有1殖0勇8狱m，密网辩壳驼厚须度毯为3争m；平腾面滥为期三阳角厨形略，拿边撒长9满9锋.漂7携m，专屋逼盖再由奴三坡片残四温边筒形姥的双曲滋抛物刺面双扰层网拍壳组成虾，支痒承在潮三叉昌形格软构式籍刚架顷和钢凭筋混恶凝土帖边梁玩上，19冈89年搜建期成北弟京侧石肾景恩山墨体毛育腊馆天津语市体自育馆空腹颂桁架矩椭球挠壳体吩结构，长政轴兼2玩1挺1泻.则9m，短轴揉14轰3.摸2m，高4竿5.令2m国家蹲大剧趣院2垂0册0皇8奥运束会老妖山自润行车皆赛馆姻位于困北京董石景傲山区册老山毅街，探结构造跨度1羊4钉9棒.外5览3贷6恒m，矢寸高14斤.6嫩9m，矢移跨比塞约为1/蓄10．戚网晒壳牛支损承晌于刚倾饥斜茧人毯字药形轿钢只柱诉及汤柱恢顶听环轮形固桁逗架搂之薪上林，听柱快顶靠支御承佩跨艇度织为1月3茎3累.喂0请6圈m．典网尊格俗尺耍寸抓约4m，堡网蛛壳普厚押度2.迎8m，为识跨度外的1/挎47楼.5，币屋亿盖仆以膛金饥属达屋津面返板斧为老主加，强中惕部看设家玻距璃对采停光盏带苍．便该滋网伴壳川为抓目企前组我肝国膝跨筝度惊最赖大察的虑双饼层释球痕面茂网嚷壳饥结甘构垒。老山扔自行店车馆采郑用铸双免层蓄球且面阀网笔壳梁结埋构新奥岩尔良理超级臂穹D鄙=果2院0血5望m提1疗9宽7笔5建利成球祖面飞网州壳圆形荡建筑浮的直南径为2婆2析9姥.血6种m，可支游承贫在层看膝台嫂框旧架月柱娱顶线的瓜屋召盖愁直鞠径趁则退有1及8场7你.展2沈m蛾,采充用徒边兵长裹约1准0靠m的钢盏管构屡成的勾三向别网格季，每坟个节本点上技都有共六根腾杆件狸相交吹，采本用直单径为1.紧45丑m的加穴肋圆翼环，肤钢管且杆件匪与圆结环焊采接,成为躬能承盼受轴欧向力流与弯呀矩的冒刚性涛节点日师本宝名抓古坊屋单贡层脚网托壳北举京工时人匹体我育参馆D钟=测9下4铲m,1告9晒6夕1直径94仗m的扑车茶辐报式双赴曲恳面宰双让层尸悬现索，业主宋要热由养双透层舱索藏、估中逼心些钢近环灵（画承板受啄拉犹索搅作顽用抢下丈产懒生血的颤环孕向采拉台力气）池和孝周湾边吓的或混厅凝青土皆环钟梁群（虹承猴受公轴绢压嫂力芬）躺三引部灿分艺组柜成负。1咸9今6隶7年建脱成的跪，椭孝圆平倒面马窄鞍饭形锻双丘曲令抛还物末面浸正障交每索吩网特结丧构，婆长柴径8盘0再m，短错径6夜0亡m。浙江缩慧省人肤民体帽育馆黑瞒龙骆江滑冰眨馆,L怠=剥8抵6m双兔层母悬嫩索,1低9毅9夜6主貌体滨结翅构磁采赵用脚由课中略央养圆自柱怎面闻与斗两但端罩半萄圆扫球吧面昨组迷成散的扒双唐层煌网爷壳睬，恨其善轮男廓付尺木寸架为8拉6罩.瓜2启m纹×豪1疮9异1拒.鹅2览m，支晶承在春下部牢三角迁形框劳架上碑，覆趁盖了2量0槽0惯m速等滑誉跑板道交。为哈举妻办里第助六颤届须冬决运帽会省滑旅冰馆静建筑百面积块为86攀22平侨方绢米程，粗拥钉有记观限众护坐难席2图6京0葱0个许，熟是鸟可备供懂冰腐球竞、蔬花勺样恰滑摧冰佣、把短店道乒速株度难滑俘冰感训躺练帆和私比英赛某的轮国哑际垮性匹标渡准鄙场植地估。2灶0邮0影7亚冬蔑会冰自球比惠赛将水在吉深林省塞滑冰累馆举营行。治场内翠设有否运动探员、难裁判娃员休闻息室妄、官蜜员室器、仲为裁室晶、医才疗急舟救室绩、兴踪蝶奋剂架检测肌室。驾音响戚、灯返光、苹电子雁计时边系统润采用阔世界获先进枝设备装。吉林状省滑闯冰馆双层鸭悬索,59软m×烘77班m，1体9味8佛6浦粮东午国征际司机懂场：张弦闷桁架元结构世蚀界与上皇第汉一鸦座伶现遣代恰悬删索吊结流构炉是19传53年命建卧成贴体凳育粱馆奇屋夕盖跨，网采中用答以夜两繁个垦斜斧放科的辨抛亮物斗线休拱协为狂边自缘雄构贪件腹的马械鞍绝形么正叫交酱索渡网，其短平面百尺寸92始m×搏97婆m。该蜘索网故被公仰认为萄第一设个具博有现拾代意努义的营大跨晌度索竹网屋歼盖结餐构。北仰卡柿罗栗来渴纳剪州饮雷债里（Re办le柱ig冈h）为19韵88年第辞十五祖届冬欺季奥汪运会时修建劲于，卸容纳详观众1便9思3辟0孤0席坦。缴屋嫩盖叛平酱面牺形眼状萄为鸡与脑圆禾很葵接盐近黎的饿椭闪圆凯形晃，犯长短轴13部5.酷3m，短感轴1铅2孙9市.助4兰m。羽采坊用单层挣双曲大抛物太面索主网屋准盖，其匆圆形现平面民直径1梯3支5挥m，剑边颈缘翻构绪件腹采词用晕弧越形税混召凝秘土苗结圾构亮形把成精巨吩大监的质环峡梁陆。加侮拿录大秘卡抗尔腹加缘瑞里取滑舌冰珍馆1素9垄8滴3年段建周成日本俩东京库代代藏木体联育馆鞍形垒索网悬访挂雄在欣两挖个术塔下柱蓄上腔的距两瓦条喊中妖央僚悬昌索肢及碎分纺列代两申侧捆的踪蝶两响片德鞍漫形板索迎网联是字屋揪盖奏结遭构督的蓬主判要格组君成躺部呼分俱。怕高题耸报的会塔愿柱婶、挺下纺垂播的朵主半悬腾索滤和袄流谢畅淹的崖两猾片封鞍奶形量曲芹面屑组忆成饭了皮雄稳伟垫别瓶致喜的付建粱筑樱物造型甜独特杨新颖振，象骄一只冶待飞皆的飞御行器励。体棉育场盲看台触主体挣结构融采用误钢筋墙混凝抵土斜浑向框渐架。做看台摧上空在设一胜大型先轻质唐罩蓬热，采诞用膜稳结构记设计陷。其浸外缘黄水平睁投影董呈近皂似椭闻圆形圣，轮拨廓尺竟寸2椒3惧6艘m红×瓶2辉0誉9更m，动内绘环银尺流寸2谜0箱5虑m稳×刊1底4绩3界m，袖罩论蓬财覆诵盖蹄面压积证约2悔5拐0注0喷0幼m特2。妻罩所蓬付由44座脱伞怖型景膜何结夜构列单熄元伞连逼接万而剥成轰，焰各丙伞慌形欲膜兄结驰构蓬单物元尽由凶膜论、税桅饶杆失、痒前鲁脊侮索收、演后穿脊羊索渐及衬谷夕索贝组曾成欣。坏膜挡面歌采思用耍聚渴氯昼乙跪烯环涂撒层真的击聚虫酯煎纤酷维闷膜掉材志，藏外渐加PV酸DF面层尤，其堵特点拨为白狂色、挨自重建轻、绳经济绩性好犬、自者洁性咽好、刻耐久岔性好枯、有倾一定补透明仇度。1迈9厦9另7建成泉的威济海体帐育中导心1陈9兰9灾7年建挂成的枝马鞍羞形看雅台挑喜蓬，变采用煎悬挑挣钢桁州架覆嘴以伞菌形膜辽材,马根鞍到形夺屋蛾盖网平晃面醒投互影魔尺网寸秤为2开8娱8把.扬4棉m碑×仰2铃7括4筒.栗4笼m。由64榀地径距向锋悬备挑亏桁两架绩和结环君向衰次收桁围架悟组肝成烤的川空赞间偷结生构悼作鼻为崖骨如架卧，锁最区大渠悬慨挑锡长滋度7缓3喂.量5航m。屋妥面共房诚有57个节由8根拉提索和涉一根输立柱胆覆以至膜材谷组成给的伞疲状单红体，众膜的旦覆盖拥面积2今.馋8骆9万谊平喜方律米滤，粱是斥中采国劫的蛛第妻一友个橡大盾跨怒度闯膜部结废构,虽然女其技盟术与办材料请主要貌还依碌靠国程外,但羡对恋中开国斤膜巡寿结队构翁的尝发柏展足必尖然皆将柱起挎重肝大也推挨动贞作脑用库。上海垃八万湿人体虏育场佛脏山状世捆纪停莲新掩颖理轻省巧之的张拉客膜结构区形式停象一归朵盛选开的题莲花造，是诉佛山恳市的语标志吊性建杆筑。青岛异颐中艺体育毅场我国磨第一海个自敢行设刘计和仓安装帅、采门用整月体梢张士拉粒式内索屠膜结洗构持体脚育丛场辰工纲程疏。美国孕馆富秃士垮馆以16个轮秩胎状荐的半敞圆形背筒体脊组成5心0旺m直径羡的圆蛮顶，简每个登筒体到直径逝为4闸m，长78绍m，这浅一布坊置使会房屋滑两个令顶端摘向前纠突出7所m，齿管广子叠上灿每迟隔4趴m有英一浅根50淹cm宽班的督水肉平哨带谊把月它愚们轿环悼箍耽在父一恋起请。堂中派间遮的泼拱薪是域半须圆存形槽的老，厅其千他协各球拱看的已矢己高宾随杏着贞拱首脚热愈飞来醋愈逐近距而灿愈洁来柔愈紧高点。坝两功端秃各陶有扰宽1械0锤m的青开浮口袖作岭为训出驾入喊口隙。世界桃上第肝一个大跨弯度的气承堂式膜净结构。“壳鸟猛巢蠢”我怖国业为2敲0争0乘8年奥涨运会妻修建磁的国图家体仔育场稻游泳高中心笔，是励国内趟首次奇采用虑膜结微构建忍设的促国际就上面乳积最候大、嗓功能晒要求激最复妨杂、孝技术剃难度殿最大尤的膜隶结构小体系序。采饮用乙浴烯—四氟危乙烯晃共聚鸽物（ET树FE）的熔膜材绿，该坦材料胀具有着质量园轻、怀韧性劳好、宪耐候脖性好植、透谁光性堤好特容点，屿每天首平均晌有近10个小诱时的疾自然源光照吹明，纺可大称大节间省能横源。游泳坚中心——水尝立素方1踩9悄9哗6年轻在轮美渠国从亚肿特快兰占大铅举怨行漠的忆奥强运如会才主惑馆——佐治滩亚穹程顶，椭葛圆搁形左索案膜具结物构卧（2峡3血5弦m18雷6m）张拉畅索膜19对99年建耀成，张蛋拉杂索此膜结构，穹葛顶周浴长1k疲m，直测径3猾6枝5终m，中轮心高穴度50插m，船它狂由统超霞过70础km的艺钢负索惊悬死吊等在1洲2根1牵0熔0职m高的名钢桅诞杆上肝，是栗当今速世界羽上跨舌度最泄大的购屋盖拌结构朽。格林截威治女千禧扯顶柏劲林聚机惯库尘：36华3m长弃，22冠5m跨,1掩0第7m高，2仆0僻0酸0，饺钢况拱冠架霉，李膜孟屋扩面L=肉20舱5m续19腔89抛敢物量线幼网姐壳来，案可植开穴启多夏伦蔬多超天空穹忧顶①瞧仓储（7仗2掏m刚架）其、洁煤培棚