对于大跨度建筑构造的理解

对于大跨度建筑构造的理解一幢完美的建筑，它不仅要符合功能要求，体现造型的艺术美，而且更要体现结构的合理性。只有建筑与结构的合理统一，完美的建筑才能竖立起来。建筑结构是隐藏于建筑物外表之下的，构成建筑空间，承载建筑荷载，使建筑物得以安全屹立与使用的空间受力体系。也就是说结构是一幢建筑的灵魂与基础，所以选择正确合理的建筑结构至关重要。现今的建筑，其规模，其跨度越来越大，以前的建筑结构形式如混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等等已经不适应这些建筑，大跨度建筑结构就随之孕育而出。而对于大跨度建筑结构的概念，我们从字面上的意思就可以看得出，其横向跨越空间必定是很大，但其跨度范围还是不得而知。所谓大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。主要用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。大跨度结构类型又分好几种，分别为拱结构、桁架结构、网格结构、折板结构、薄壳结构、悬索结构、膜结构等。拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。常见方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢衍架拱，跨度可达百米以上。拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。例如宁波的琴桥，其为下承式单承载面系杆拱结构，始建于1997年12月，历时两年建成，于1999年9月正式通车，据资料,桥长120米，桥宽33米，拱高25米。琴桥横卧于奉化江上，整座桥就像一把特大号的竖琴，桥两边的护栏上还雕刻着精美的高音谱号。琴桥是连接宁波海曙区和江东区的交通枢纽，是通往宁波的商业中心——天一广场以及城隍庙商圈的主要道路之一，日流量在5万辆左右。分析：琴桥全长293米，主桥长120米，桥面宽33米，拱高25米。琴桥的主桥采用通透简洁的下承式单承载面系杆拱结构，江中不设支墩，规模为国内同类桥梁之最。桥身由拉索连接在拱身上，解决桥身支撑问题，做到江中不设支墩，方便船只过往。拱身产生的水平推力由竖向承重结构（斜柱墩）承担。椼架是由杆件组成的一种格构式结构体系。杆件与杆件的结合假定为铰结，所以在外力作用下杆件内力为轴向力（拉力或压力），而且分布均匀，故椼架结构比梁结构受力合理。椼架的杆件内力是轴向力，而梁的内力主要是弯矩，且分布不均匀，梁的断面大小常以最大弯矩处的断面尺寸为整个梁的断面大小，因此梁的材料强度未得到充分利用。椼架内力分布均匀，材料强度能充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。所以椼架结构式大跨度建筑常用的一种结构形式，主要用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等公共建筑。为了使椼架的规格统一，有利于工业化施工，建筑的平面形式宜采用矩形或方形。例如鄞州网球中心——桁架结构鄞州游泳中心位于高教园区鄞州体育馆西侧。整个中心占地120余亩，投资1．8亿元，由网球中心和游泳中心两大板块组成。网球中心包括可容纳3995名观众的中心赛场、拥有6片室内网球场的网球馆和16片室外网球场。23片场地中，有两片是红土球场，采用北美进口红土铺成。场馆设计能使观众无论坐在哪里都会感觉离球场很近，有利于更好的感受比赛氛围。分析：建筑以钢筋混凝土基础,柱网屋盖为钢管桁架结构体系组成的空间结构建筑体。中心网球场主桁架悬挑跨度大，安装预埋支点以外悬挑达17米，单榀桁架重量17吨，由12榀变截面三角弧形悬臂主桁架和3榀变截面三角环形桁架与一榀单环形桁架组成一个直径为86.4米的半球体空间钢结构。屋面檩条呈双曲面圆弧形状，屋面板呈双曲面扇形弧面板。网格结构是使用比较普遍的一种大跨度屋顶结构。这种结构整体性强，稳定性好，空间刚度大，防震性能好。网构架高度较小，能利用较小杆形构件拼装成大跨度的建筑，有效地利用建筑空间。适合工业化生产的大跨度网架结构，外形可分为平板型网架和壳形网架两类，能适应圆形、方形、多边形等多种平面形状。平板型网架多为双层，壳形网架有单层和双层之分，并有单曲线、双曲线等屋顶形式。例如宁波国际会展中心-----大跨度网壳结构，位于宁波市三江片区,总用地面积为377亩。该建筑主要由主展厅、小展厅、西展厅、东展厅、商务办公楼和会议楼等构成,总建筑面积约为8260平方米。主展厅由室内展示空间和南侧半室外广场两大部分构成。其中,主展厅室内部分的平面尺寸为81mx81m。主展厅与半室外广场共用一个大跨度圆柱壳屋盖，屋盖向主展厅两侧延伸并支承于相邻建筑屋面的柱顶上。将圆柱壳屋盖简化为图2，圆柱壳上弦的半斤为190，失高35.5，两支落地拱脚支座之间的跨度为202.8米。屋盖结构在横向上分为三跨，中间主跨为63米，两边侧跨都为31.5.分析：主展厅的主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构如图4，其中屋顶为正方四角锥柱面网壳结构如图5。小的正放四角锥四根杆件以铰接的方式连接在一起。整个双层柱面网壳屋顶又靠几个大的四角锥将力传给大柱如图六所示传力路劲。悬索结构由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。中国是世界上最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊桥跨越深谷。明朝成化年间（1465～1487年）已用铁链建成霁虹桥。近代的悬索结构，除用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中应用。例如外滩大桥——独塔四索面异型斜拉桥，位于宁波市甬江大桥下游，连接西岸位于江北区的原轮船码头和东岸位于江东区的宁波渔轮厂。它西起大庆南路，向东上跨开明桥北延支路地道、人民路、中马路，再跨越甬江，过江后上跨滨江大道、江东北路，向东与曙光路平交。外滩大桥地处宁波核心滨水区，沟通曙光路和大庆南路，东岸为宁波书城，西岸为高档滨江住宅区，是宁波城区内又一座跨越甬江的特大型桥梁。分析：大桥主桥采用独塔四索面异型斜拉桥结构，主跨225米，采用分离式桥面。其中索塔采用三角形斜塔结构，稳定而醒目，通过斜拉索悬吊起整个桥体。斜拉索采用高强镀锌平行钢丝索。主墩为椭圆台形，采用钻孔灌注桩基础。以上结构以及还未列出的结构类型表明大跨度结构选型实在是一个很复杂而多元的建筑研究问题。经过以上小小的例子分析和这个学期所学习的内容，对其有了进一步深入的了解。它不单纯是结构问题，而是一个综合性的科学问题。一个优秀的建筑物，建筑与结构必然是有机结合的统一体。它的主要研究因素包括了造型美观，结构轻巧，受力合理，安装筒便，经济合理，实用耐久等。大跨度空间结构虽然种类很多，样式丰富，但是它们几乎都是钢结构，科技含量非常高，而达成以上结构选型基本因素和深入因素只是比较基础的结构选型。要真正设计好一个大跨度空间结构建筑，不仅仅需要很好的结构选型能力，还需要建筑师和结构工程师的合作达到配合默契的程度。希望在建筑设计各方面突飞猛进的同时，建筑结构在架构选型的引导下，越来越先进而美观。