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沈世钊教授谈大跨度空间结构的发展(1)
作者:管理员    发布于:2018-10-16 11:29:05    文字:【】【】【】浏览 (482)
摘要: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

一、综述

  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。例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”(Superdome),直径207m,长期被认为是球面网壳;现在这一地位已被1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆所取代,但后者更名气的特点是它的可开合性:它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成,扇形沿圆周导轨移动,体育馆即可呈全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖,其圆形平面直径135m,它是为1988年冬季奥运会修建的,外形极为美观。70年代以来,由于结构用织物材料的改进,膜结构或索-膜结构(用索加强的膜结构)获得了发展,美国曾建造许多规模很大的气承式索-膜结构;1988年东京建成的“后乐园”棒球馆,也采用这种结构,技术尤为先进,其近似圆形平面的直径为202m;美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”(Geogia Dome,1992年建成)采用新颖的索穹顶结构,其椭圆形平面轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和名气的人文景观。

  可以这样说,大跨空间结构是近三十多年来发展较快的结构形式。世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。

  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。以北京亚运会(1990)、哈尔滨冬季亚运会(1996)、上海八运会(1997)、广州九运会(2001)的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。

  种种迹象说明,我国虽然尚是一个发展中国家,但由于国大人多,随着国力的不断增强,要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛,而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。2008奥运场馆建设为我国大跨空间结构的发展提供了巨大的机遇,也是展示我国建筑科技水平的重要场所,有关工程界和设计、研究部门积极性空前高涨,正在进行充分的理论和技术准备。我相信,各种类型的大跨空间结构,将在奥运场馆建设中取得广泛应用。

  大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩,习惯上分为如下这些类型:钢筋混凝土薄壳结构;平板网架结构;网壳结构;悬索结构;膜结构和索-膜结构;近年来国外用的较多的“索穹顶”(Cable Dome)实际上也是一种特殊形式的索-膜结构;混合结构(Hybrid Structure),通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。

  平板网架和网壳结构,还包括一些未能单独归类的特殊形式,如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等,总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快,且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用,可总称为张力结构。

二、空间网格结构

  网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外,传统的肋环型穹顶已有一百多年历史,而首个平板网架是1940年在德国建造的(采用Mero体系)。中国首批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的,但数量不多。当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系,1956年建成的天津体育馆钢网壳(跨度52m)和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳(跨度40m)可作为典型代表。球面网壳则主要采用肋环型体系,1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶(跨度46.32m)和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖(跨度64m)可能是仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到80年代初期,网壳结构在我国没有得到进一步的发展。

  相对而言,平板网架结构自60年代后期起获得较多应用,1967年建成的首都体育馆和1973年建成的上海体育馆是早期成功采用平板网架结构的杰出代表,对这种结构形式在其后一段时期的持续发展有很大影响。80年代后期北京为迎接1990亚运会兴建的一批体育建筑中,多数仍采用平板网架结构。

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