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我國(guó)空間結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展趨勢(shì)和變化

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:04:00 [收藏]


    空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家土木建筑業(yè)水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國(guó)力的提高，我國(guó)空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。大跨度空間結(jié)構(gòu)的社會(huì)需求和工程應(yīng)用逐年增加，空間結(jié)構(gòu)在各種大型體育場(chǎng)館、劇院、會(huì)議展覽中心、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、各類(lèi)工業(yè)廠(chǎng)房等建筑中得到廣泛的應(yīng)用。特別是近幾年，隨著北京2008年申奧成功、上海申辦2010年世界博覽會(huì)等國(guó)家重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的展開(kāi)，我國(guó)將在近10年內(nèi)建設(shè)一大批高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格的體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、機(jī)場(chǎng)航站樓等社會(huì)公共建筑，這將給我國(guó)空間結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)良好的契機(jī)，同時(shí)也對(duì)空間結(jié)構(gòu)技術(shù)水平提出了更高的要求。
    空間結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用，首先要考慮結(jié)構(gòu)形體的安全性、合理性和先進(jìn)性，已經(jīng)選定的結(jié)構(gòu)形體也需要優(yōu)化、深化和創(chuàng)新。由索、桿、梁組成的預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)我國(guó)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(yīng)用。上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓82.6米跨度的辦票廳屋蓋采用了我國(guó)目前跨度最大的張弦梁結(jié)構(gòu)；廣州國(guó)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(jié)構(gòu)，跨度達(dá)126.6米；黑龍江國(guó)際會(huì)展體育中心主館屋蓋結(jié)構(gòu)也采用了類(lèi)似的張弦立體桁架，跨度達(dá)128米。
    在不少大型空間結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)中，即使是國(guó)外設(shè)計(jì)師的作品，也融進(jìn)了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)師和工程技術(shù)人員的大量心血。國(guó)家大劇院146×212米的屋蓋采用了不設(shè)斜腹桿的雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，可稱(chēng)為空腹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。國(guó)外設(shè)計(jì)師提出的原設(shè)計(jì)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(yīng)增設(shè)交叉支撐桿件，以增加整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗扭剛度，最終法國(guó)工程師接受了這個(gè)建議。2008年奧運(yùn)會(huì)國(guó)家鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)，瑞士和英國(guó)工程師聯(lián)合提出的結(jié)構(gòu)方案也不盡合理。我們經(jīng)分析研究，在多次評(píng)審和結(jié)構(gòu)論證會(huì)議上提出了改進(jìn)方案。改進(jìn)方案在保持結(jié)構(gòu)外形基本不變的前提下，可有效改善網(wǎng)架開(kāi)孔長(zhǎng)邊的計(jì)算長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)以及開(kāi)孔短邊處桿件過(guò)于密集、應(yīng)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(jié)構(gòu)向超大跨度發(fā)展。為迎接2008年奧運(yùn)會(huì)而進(jìn)行擴(kuò)建的首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓，總長(zhǎng)達(dá) 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(jié)構(gòu)平面成“人”形，分為主體部分和東、西指廊三部分，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)950 米，寬750米，屋蓋結(jié)構(gòu)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(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響、施工安裝精度、地基不均勻沉降等。
    空間結(jié)構(gòu)還有一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是從較重的屋蓋向輕型屋蓋體系發(fā)展，從剛性結(jié)構(gòu)體系向柔性體系發(fā)展。由早期的薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展到各種組合結(jié)構(gòu)（如組合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）、雜交結(jié)構(gòu)（如斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等）和以索膜等柔性材料為特征的新型預(yù)張力結(jié)構(gòu)；由單一的結(jié)構(gòu)形式發(fā)展到各種結(jié)構(gòu)形式的合理組合。
    索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由索、桿、膜組合而成的新型預(yù)張力結(jié)構(gòu)。作為一種受力合理、結(jié)構(gòu)效率高的結(jié)構(gòu)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(rèn)為是代表當(dāng)今國(guó)際空間結(jié)構(gòu)發(fā)展最高水平的結(jié)構(gòu)形式，也是我國(guó)（大陸）唯一沒(méi)有工程實(shí)踐的空間結(jié)構(gòu)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(guó)的專(zhuān)利技術(shù)。我國(guó)高校和科研單位對(duì)索穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系和受力性能已作了多年研究，對(duì)索穹頂?shù)某跏紤B(tài)、預(yù)應(yīng)力態(tài)和荷載態(tài)均有了較深入的了解。我國(guó)自行設(shè)計(jì)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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