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沈世钊教授谈大跨度空间结构的发展(2)
作者:管理员    发布于:2018-10-23 11:30:45    文字:【】【】【】浏览 (677)
摘要:随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高,在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时,设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限

  随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高,在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时,设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限,无法满足日益发展的对建筑功能和建筑造型多样化的要求。这种现实需求对网壳结构、悬索结构等多种空间结构形式的发展起了良好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同,国内已具备现成的基础,因而从80年代后半期起,当相应的理论储备和设计软件等条件初步完备,网壳结构就开始了在新的条件下的快速发展。各种形式的网壳,包括球面网壳、柱面网壳、鞍形网壳(或扭网壳)、双曲扁网壳和各种异形网壳,以及各种网壳的组合形式均得到了应用;还开发了预应力网壳、斜拉网壳、拱支网壳、局部双层网壳等新的结构体系。

  同时,平板网架结构并未停止其自身的发展。这种目前来看已比较简单的结构有它自己广泛的使用领域,跨度不拘大小;而且近几年在诸如工业厂房、飞机库等一些重要领域扩大了应用范围。十分明显,包括网架和网壳在内的空间网格结构是我国近十余年来发展较快,应用广泛的空间结构类型。这类结构体系整体刚度好,技术经济指标优越,可提供丰富的建筑造型,因而受到建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展也为这类结构提供了方便的生产条件。据估计,近几年我国每年建造的网架和网壳结构达数百万平方米建筑面积,相应钢材用量约20万t。这么大的数字是任何其它国家无法比拟的,无愧于“网架王国”这一称号。

  如此大的发展势头自然也会带来一些问题。尤其是在市场需求带动下,大量小型网架企业雨后春笋般成立起来,难免良莠不齐,设计也非总由有经验人士担任。因而大力加强行业管理,切实把握住设计制作和安装质量,是促进我国空间结构进一步健康发展的重要课题。

三、张力结构

  中国现代悬索结构的发展始于50年代后期和60年代,世界上早期的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Raleigh体育馆,采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国1961年建成的北京工人体育馆和1967年建成的浙江人民体育馆两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看在当时都可以说是达到了国际上较先进水平。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间。一直到80年代,由于大跨度建筑的发展而提出的对空间结构形式多样化的要求,这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情,工程实践的数量有较大增长,应用形式趋于多样化,理论研究也相应地开展起来。

  张拉式膜(或索-膜)结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似,张紧在刚性或柔性边缘构件上,或通过特殊构造支承在若干独立支点上,通过张拉建立预应力并获得确定形状。张拉式索膜体系具有重量极轻,安装方便,在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。近几年我国膜结构发展很快,不少体育场挑蓬和许多中小型建筑采用张拉式或骨架支承式的膜结构,有一些工程是比较成功的,但总体上与国外先进水平比较尚有一定差距。主要表现在结构形式还比较拘谨和匠气,缺少大胆创新之作,说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间还没有很好地结合起来。这也许与当前的设计体制有一定关系。我们的设计部门对膜结构这一新技术还不够熟悉,难于作出创新的设计方案;一旦确定采用膜结构时,实际上包括设计在内都交给膜结构企业去操作。在正常情况下,建筑师应当是始终对整个设计保持控制的。

  我们的差距还表现在膜结构产品的质量上。膜材的剪裁和加工不够精细,零配件和连接件相对地显得粗糙。这与企业的技术力量和设备条件直接有关。

  另外,迄今我国的膜结构大都采用半永久性膜材(聚酯纤维+PVC涂层)建造。永久性膜材(玻璃纤维+PTFE涂层)在制作安装时要求更高的技术水平,对国内企业来说尚有一定难度。外国企业实力雄厚,技术力量强,但由于价格上的原因,迄今尚未取得中国市场的主要份额。现在有的外国企业计划在中国建厂,届时国内企业所具有的价格优势将不复存在,他们将面临更为严峻的竞争局面。

  至于所谓的“张拉集成系统”或“全张拉结构”(Tensegrity),是指由连续的受拉杆索和局部的受压杆件组成的结构体系,目前在工程上的唯一实现形式是由预应力双层空间索系和薄膜屋面组成的“索穹顶”(Cable Dome)结构。国外已建成的索穹顶有两种形式:1988年汉城奥运会体育馆采用脊索呈辐射布置的Geiger体系;1996年亚特兰大奥运会体育馆采用脊索呈菱形布置的Levy体系。索穹顶自重极轻,因而可以跨越非常大的空间,像亚特兰大体育馆达到243mX191m这样大的尺度。我国还没有采用这种体系的工程实践,可能原因是施工安装技术上有较大难度,但在理论研究方面已做得比较深入。我相信,在研究、设计、施工、安装各部门协调配合下,有朝一日我国会实现这些高能的结构形式。

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