大跨度结构课程论文

大跨度空间结构课程论文姓名：赵峰学号：12300930班级：土木九班专业：土木工程浅谈我国空间结构的现状与发展前景摘要：大跨度结构因其受力合理、自重轻、造价低而且形式丰富多样集艺术观赏性和工程实用性于一体，故被全世界广泛接受和应用。各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。本文就此介绍了大跨度空间结构的发展。关键字：空间结构大跨度建筑发展前景一、大跨度结构现状为了满足社会生活和居住环境的需要，人们向建筑物提出要求，尽量减少内部的隔墙和柱子以提供更大的覆盖空间，如大型的集会场所、候机楼、工业厂房、体育馆、飞机库等，跨度要求很大，达几百米或更大，所以就需要大跨度来解决问题。而在现当代，三四十米跨度的建筑显然已经完全不能满足人们的生活生产需要，而且随着钢筋混凝土以及其他更先进的建筑材料的出现，空间结构在高度、跨度、强度方面都在飞速的日益提升，大跨度空间结构更是近年来世界上发展最快的一种结构形式。1993年年底建成的美国科罗拉多州丹佛国际机场在候机大厅的设计上采用膜结构，整个大厅长274m，宽67m,由17个帐篷型单元组成，两排相距45.7m的桅杆式立柱支撑膜材屋顶；建成于1999年的伦敦“千年穹顶”作为最著名的千禧建筑，采用的是索膜结构，弯顶直径达到320m，屋面有12根高达100m的桅杆。由此可见，空间结构在世界建筑领域已经占据了至关重要的地位，同时也是为我国的空间结构发展提供了宝贵的经验。现代大跨度空间结构我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。我国大跨度空间结构的发展时间相对较短，上海师范学院球类房是我国第一个平板网架结构，跨度31.5x40.5m，建成于1964年。自此以后，空间结构在几十年内得到长足发展已达到较高的水平，尤其是网架结构，网架行业已经在我国建筑行业中占据重要地位。计算机技术的高度发展简化了原本复杂的网架计算，同时也为更复杂的网架结构设计奠定了技术基础。生产技术的革新同样对网架结构的发展起到推动作用，如装配式螺栓球节点的使用和推广大大提高了生产效率降低了施工难度，如今网架结构已经应用到各个领域的建筑中，体育建筑、文化娱乐建筑、工业建筑、公共服务建筑以及许多特种建筑中都广泛应用到大跨度网架网壳结构。二、大跨度建筑近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。1、体育建筑大型体育场馆需要有较为宽阔的内部空间，这就要求其跨度要足够大而且中间不能有多余的支撑结构，空间结构尤其是网架网壳和索膜结构能够很好地满足体育场馆对空间的需求，同时还能兼顾良好的通风和采光。鸟巢国家体育场(“鸟巢”)是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者雅克·赫尔佐格、皮埃尔·德·梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计，由艾未未担任设计顾问。体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。整个体育场结构的组件相互支撑，形成网格状的构架，外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，现已完成20根桁架柱整柱及2根下柱吊装。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。在保持“鸟巢”建筑风格不变的前提下，新设计方案对结构布局、构建截面形式、材料利用率等问题进行了较大幅度的调整与优化。原设计方案中的可开启屋顶被取消，屋顶开口扩大，并通过钢结构的优化大大减少了用钢量。大跨度屋盖支撑在24根桁架柱之上，柱距为37.96米。主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。为了避免出现过于复杂的节点，少量主桁架在内环附近截断。钢结构大量采用由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主桁架与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。主看台部分采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。2、文化娱乐建筑在空间结构被广泛应用之前，建筑物的形式大多为比较规则的外形，因为多数材料并不适合做成曲面，而网架网壳结构可以利用直的杆件来构成不规则的弯曲的平面，减小了加工和施工难度，悬索结构和膜结构更是充分利用了材料本身的自然曲线，因此空间结构形式丰富、造型美观极具特色，在满足功能方面的需求之外还具有美观性，所以成了文化娱乐性建筑的首选。国家大剧院中国国家大剧院高46.68米。由法国建筑师保罗·安德鲁主持设计，设计方为法国巴黎机场公司。是亚洲最大的剧院综合体。国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。国家大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。国家大剧院造型新颖、前卫，构思独特，是传统与现代、浪漫与现实的结合。它是大跨度结构的具有代表性建筑。3、工业建筑工业厂房属于一类比较特殊的建筑，它要求建造周期短、具有大空间和良好的采光通风条件，工业厂房承受荷载较大而且较为复杂尤其机械荷载比如吊车、机械的震动甚至撞击等，同时工业厂房属于人群相对密集的地方，对于一些特殊的加工车间，其防火要求也会比较高。空间网架结构能够很好地满足这些要求，而且屋面轻、厂房废弃后钢材可回收再利用。4、公共服务建筑公共服务建筑主要体现在火车站、航站楼、购物中心等人流量非常大的建筑，要求有大空间、室内外交通便利、通风条件好。同时网架结构本身规则的杆件排列就极具美观性和视觉冲击感，现在国内几乎所有的火车站站台以及候车室都采用空间网架结构。深圳宝安国际机场深圳宝安国际机场于1991年10月12日建成正式通航，按照中华人民共和国一级民用机场标准规划设计，实行分期建设，有停机坪总面积84.5万平方米，停机位84个，候机楼总面积14.6万平方米，有面积为19万平方米的航空物流园区。其中有国际国内货站，保税仓库，分拨仓库等设施，航空货运年处理能力达118万吨。从图中可以看出，其结构跨度之大，覆盖面积之广，是现代大跨度结构的代表性建筑。就其建筑规模而言，从结构和功能需要方面考虑，只有大跨度结构可以满足在保证结构空间和自重安全等方面的要求。三、大跨度结构的发展前景空间结构在满足了大空间的需求的同时，也对结构的设计和施工提出了巨大的挑战。近年来也有很多关于大跨度空间结构倒塌事件的报道，由于大跨度结构体型巨大，往往内部人流量也比较大，所以一旦发生结构失稳倒塌事故造成的后果也更加严重。空间结构的倒塌大多是由构件连续失效或连续性倒塌引起的失稳破坏，所以对于这类结构的抗震性、抗风性提出很高的要求。尽管面临很大的挑战，大跨度空间结构的诸多优点注定了它仍具有广阔的发展空间。空间结构受力合理、结构轻便、适于装配式生产、施工周期短、能够满足日益提升的审美需求，在多年的实践经验中，空间结构展示出其广泛的适应性和超高的优越性。我国国民经济仍处于一个持续高速增长阶段，国民经济的飞速发展，随我们建筑业、特别是固定资产的投资提出了更高的要求。处在世纪之初的全球，都在迎接知识经济时代来临的种种挑战。知识经济的挑战，就是高新技术、科学管理、终身教育的掌握、运用和实施。我国的建筑技术政策已经明确规定，要大力推广运用建筑钢结构，迎接知识经济对我国建筑业的挑战。这是对钢结构行业的动员令，只有全面提高行业素质和科技水平才能适应新形势的要求。应该认识到的是尽管空间钢结构在我国有了可喜的进步，但是发展力度远远不够。在研究和解决空间结构的技术问题和前沿课题、赶超国际先进水平上，还应该迎头赶上。北京2008年奥运会鸟巢体育馆方案中，在中长部椭圆平面采用可开合屋盖结构，这将是一个很好的机遇。在不断的学习与实践中，空间结构必将有很好的发展。[参考资料][1]王仕统，大跨度空间结构的进展，华南理工大学学报，1996年10月[2]沈世钊，大跨空间结构的发展——回顾与展望，土木工程学报，1998年6月[3]董石麟，我国大跨度空间结构的发展与展望，空间结构，2000年6月[4]高维元，空间网架结构设计应用与前景