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我國空間結構建筑的發(fā)展趨勢和變化

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:04:00 [收藏]


    空間結構的技術(shù)水平是一個(gè)國家土木建筑業(yè)水平的重要衡量標準，也是一個(gè)國家綜合國力的體現。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和綜合國力的提高，我國空間結構的技術(shù)水平也得到了長(cháng)足的進(jìn)步。大跨度空間結構的社會(huì )需求和工程應用逐年增加，空間結構在各種大型體育場(chǎng)館、劇院、會(huì )議展覽中心、機場(chǎng)候機樓、各類(lèi)工業(yè)廠(chǎng)房等建筑中得到廣泛的應用。特別是近幾年，隨著(zhù)北京2008年申奧成功、上海申辦2010年世界博覽會(huì )等國家重大社會(huì )經(jīng)濟活動(dòng)的展開(kāi)，我國將在近10年內建設一大批高標準、高規格的體育場(chǎng)館、會(huì )展中心、機場(chǎng)航站樓等社會(huì )公共建筑，這將給我國空間結構的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)良好的契機，同時(shí)也對空間結構技術(shù)水平提出了更高的要求。
    空間結構的工程應用，首先要考慮結構形體的安全性、合理性和先進(jìn)性，已經(jīng)選定的結構形體也需要優(yōu)化、深化和創(chuàng )新。由索、桿、梁組成的預應力張弦梁結構是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種大跨度空間結構形式，通過(guò)我國科技人員與工程技術(shù)人員的引進(jìn)、消化和提高，已在工程中得到成功應用。上海浦東國際機場(chǎng)航站樓82.6米跨度的辦票廳屋蓋采用了我國目前跨度最大的張弦梁結構；廣州國際會(huì )展中心則采用了上弦為倒三角形斷面鋼管立體桁架的張弦桁架結構，跨度達126.6米；黑龍江國際會(huì )展體育中心主館屋蓋結構也采用了類(lèi)似的張弦立體桁架，跨度達128米。
    在不少大型空間結構建筑建設中，即使是國外設計師的作品，也融進(jìn)了國內設計師和工程技術(shù)人員的大量心血。國家大劇院146×212米的屋蓋采用了不設斜腹桿的雙層網(wǎng)殼結構，可稱(chēng)為空腹網(wǎng)殼結構。國外設計師提出的原設計方案中網(wǎng)殼為肋環(huán)型布置。我們通過(guò)分析、優(yōu)化，提出應增設交叉支撐桿件，以增加整體結構的穩定性和抗扭剛度，最終法國工程師接受了這個(gè)建議。2008年奧運會(huì )國家鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)，瑞士和英國工程師聯(lián)合提出的結構方案也不盡合理。我們經(jīng)分析研究，在多次評審和結構論證會(huì )議上提出了改進(jìn)方案。改進(jìn)方案在保持結構外形基本不變的前提下，可有效改善網(wǎng)架開(kāi)孔長(cháng)邊的計算長(cháng)度過(guò)長(cháng)以及開(kāi)孔短邊處桿件過(guò)于密集、應力高度集中的問(wèn)題。
    近年來(lái)，已建或在建的超過(guò)百米跨度的建筑越來(lái)越多，各種形式的空間結構向超大跨度發(fā)展。為迎接2008年奧運會(huì )而進(jìn)行擴建的首都國際機場(chǎng)航站樓，總長(cháng)達 2500米，主體建筑包括T3A和T3B兩座航站樓和一座地面交通中心，其中T3A結構平面成“人”形，分為主體部分和東、西指廊三部分，結構長(cháng)950 米，寬750米，屋蓋結構采用微彎型抽空三角錐網(wǎng)架型。這些超大跨度工程均需要進(jìn)行大量的技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)創(chuàng )新，如多維多點(diǎn)輸入的抗震分析、溫度應力對結構的影響、施工安裝精度、地基不均勻沉降等。
    空間結構還有一個(gè)發(fā)展趨勢是從較重的屋蓋向輕型屋蓋體系發(fā)展，從剛性結構體系向柔性體系發(fā)展。由早期的薄殼結構、網(wǎng)架結構、網(wǎng)殼結構和懸索結構發(fā)展到各種組合結構（如組合網(wǎng)格結構）、雜交結構（如斜拉網(wǎng)格結構、預應力網(wǎng)格結構等）和以索膜等柔性材料為特征的新型預張力結構；由單一的結構形式發(fā)展到各種結構形式的合理組合。
    索穹頂結構是一種由索、桿、膜組合而成的新型預張力結構。作為一種受力合理、結構效率高的結構體系，它同時(shí)集新材料、新技術(shù)、新工藝和高效率于一體，被認為是代表當今國際空間結構發(fā)展最高水平的結構形式，也是我國（大陸）唯一沒(méi)有工程實(shí)踐的空間結構形式。目前世界上已建成10多幢索穹頂，基本上都采用了美國的專(zhuān)利技術(shù)。我國高校和科研單位對索穹頂的結構體系和受力性能已作了多年研究，對索穹頂的初始態(tài)、預應力態(tài)和荷載態(tài)均有了較深入的了解。我國自行設計和建造的索穹頂建筑有可能在2010 年上海世博會(huì )上誕生。


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