【關(guān)鍵詞】網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；懸索結(jié)構(gòu)；膜結(jié)構(gòu) 

　　1、結(jié)構(gòu)類型 

　　本世紀(jì)以來，在土建結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)一個重大的進(jìn)展是空間結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，所謂“空間結(jié)構(gòu)”是對“平面結(jié)構(gòu)”相對而言，我們?nèi)粘Ｋ�采用的梁、桁架、拱都屬�?nbsp;

　　面結(jié)構(gòu)，一般說來，它所承受的荷載以及由此而產(chǎn)生的內(nèi)力和變形都被考慮為二維，即在一個平面內(nèi)，而空間結(jié)構(gòu)的荷載與內(nèi)力、變形則是三維的，即作用在空間內(nèi)，它的結(jié)構(gòu)分析也要考慮空間作用，用一般二維的假設(shè)無法得到準(zhǔn)確的解答。由于以上的特點(diǎn)，空間結(jié)構(gòu)可以做到高效、經(jīng)濟(jì)、美觀，它問世以來得到了迅速的發(fā)展。空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)件大部分都采用鋼材�？臻g鋼結(jié)構(gòu)通常包括空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和張拉結(jié)構(gòu)兩大類�？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是以多根桿件按照一定規(guī)律通過節(jié)點(diǎn)連接成三角形、方形、菱形等網(wǎng)格。如果是平板形的就是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它包括兩個平面的網(wǎng)格狀桿件構(gòu)成互相平行的上弦與下弦，中間以豎桿和腹桿相連接。所有網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)均假定為鉸接，即不能承受彎矩，網(wǎng)架的桿件也只能承受軸向拉力或壓力，一般都采用型鋼或鋼管。如果以多根桿件組成網(wǎng)格但形成曲線形就成為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。它的曲面既可以是單曲的，如圓柱面，也可以是雙曲的，如圓球面或雙曲拋物面。網(wǎng)殼可以與網(wǎng)架一樣做成雙層的，這時節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件僅承受軸向力。此外，由于具有曲率，網(wǎng)殼也可以做成單層，這時就需要剛接的節(jié)點(diǎn)，桿件也可以承受附加的彎矩或扭矩。網(wǎng)殼所采用的材料與截面基本上與網(wǎng)架相同，雖然大小不一、形狀各異，但桿件與節(jié)點(diǎn)卻都是同樣的類型并可重復(fù)使用，這種有利條件促使了許多標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)與應(yīng)用，并形成了工業(yè)化生產(chǎn)。張拉結(jié)構(gòu)包括懸索與膜結(jié)構(gòu)，它們共同的特點(diǎn)是構(gòu)件只能受拉。懸索結(jié)構(gòu)是以一系列鋼索作為主要承重構(gòu)件來形成不同曲面的空間結(jié)構(gòu)。鋼索只能承受沿截面均勻分布的拉力，因此一般懸索屋蓋的抗彎剛度很小，要依靠調(diào)整幾何外形，對鋼索施加預(yù)應(yīng)力等措施來增強(qiáng)其承載力。高強(qiáng)鋼絲索、鋼鉸線或鋼絲繩都可用來做成索，由于這些高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度大約是一般鋼材的六倍，鋼索的截面相對說來也要小得多。膜結(jié)構(gòu)是用薄而輕的建筑織物形成既承重又圍護(hù)的曲線形空間結(jié)構(gòu)。 

　　2、網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 

　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)經(jīng)過近半世紀(jì)的研究、開發(fā)與應(yīng)用，已成為建筑物屋蓋中最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式。在我國用于各種大型體育建筑、跨度在60m以上的網(wǎng)架就不下十 

　　多個，其中最早的首都體育館建于1968年，這是新中國成立以后規(guī)模最大的體育館。在此之前，美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校體育館屋蓋采用了91m×122m的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這個體育館以造型新穎、結(jié)構(gòu)先進(jìn)而引起人們的興趣。在研究了前人的經(jīng)驗之后，設(shè)計者在首都體育館屋蓋上首次采用了正交斜放的平面桁架系網(wǎng)架。平面尺寸為99m×122m。網(wǎng)架高6m、網(wǎng)格4.7m，采用16Mn角鋼以高強(qiáng)度螺栓連接，整個屋蓋耗費(fèi)了700多噸鋼材，相當(dāng)于65kg/m2。首都體育館的建成開創(chuàng)了在大跨度體育館中采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的先河，在以后建造的大中跨度體育館中就被大量地采用。 

　　3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 

　　網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是外形變化多，可以桿件組成任意形狀的曲面。近年來，網(wǎng)殼的應(yīng)用有逐步上升的趨勢，特別是穹頂幾乎風(fēng)靡了日本全國。穹頂就其原意來說是一個圓形的頂蓋，而用網(wǎng)殼建筑穹頂并非新事，早在本世紀(jì)初，德國工程師施威德勒就發(fā)明了一種肋環(huán)斜桿型的網(wǎng)殼，這種以他名字命名的網(wǎng)殼一直在圓形屋頂?shù)慕ㄔO(shè)中流傳。七十年代美國新奧爾良的超級穹頂以207m的直徑保持了多年的網(wǎng)殼大跨度記錄。九十年代這種穹頂在日本得到了振興，其名稱被音譯為“多姆”，其外形也不僅為圓形了。一些城市的體育館都被稱為“多姆”，像大阪、名古屋、大館、熊本以及札幌、仙臺等地已建成或準(zhǔn)備興建的“多姆”就不下十來個。這種穹頂?shù)奶攸c(diǎn)是，不僅可以用作體育比賽，還可以用作多種文化活動與展覽的場所。 

　　日本名古屋穹頂是當(dāng)前世界上跨度最大的單層網(wǎng)殼“圖1”。該體育館整個圓形建筑的直徑為229.6m，支承在看臺框架柱頂?shù)奈萆w直徑則有187.2m，采用以鋼管構(gòu)成的三向網(wǎng)格。每個節(jié)點(diǎn)上都有六根桿件相交，采用直徑為1.45的加肋圓環(huán)，鋼管桿件與圓環(huán)焊接，成為能承受軸向力與彎矩的剛性節(jié)點(diǎn)。由于羅馬尼亞布加勒斯特穹頂?shù)膯螌泳W(wǎng)殼（直徑93.5m）在1961年的一次暴風(fēng)雪后出現(xiàn)過倒塌事故，大跨度的單層網(wǎng)殼一直被視為禁區(qū)。名古屋穹頂之所以獲得突破性的進(jìn)展是與科研工作分不開的。在設(shè)計中曾對各種荷載情況以及抗震、穩(wěn)定與施工過程中的缺陷進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。 

　　4、張拉結(jié)構(gòu) 

　　懸索結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用可追溯到五十年代末。單層索系由于其構(gòu)造簡單，施工方便，在早期曾被普遍地采用在屋蓋上，但這種索系的主要缺點(diǎn)是在不對稱荷載或動荷載作用下容易產(chǎn)生幾何可變的不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此往往要借助于加大自重或者施加預(yù)應(yīng)力來保證整個體系的穩(wěn)定。這種方法不需要復(fù)雜的技術(shù)與設(shè)備，因而造價也比較經(jīng)濟(jì)，以后又陸續(xù)在我國幾個中、小跨度的屋蓋上采用。跨度較大的膜結(jié)構(gòu)，其膜面都要以鋼索加勁并共同受力，此外，作為膜結(jié)構(gòu)的一種支承方式，可采用桅桿或拱之類的支承結(jié)構(gòu)將鋼索或膜張掛起來，利用柔性索向膜面施加張力而繃緊，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此膜結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)是緊密地聯(lián)系在一起的。 

　　5、發(fā)展前景 

　　在過去幾十年中，空間結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)形式、材料、設(shè)計方法與施工工藝上都獲得了突破性的進(jìn)展，在一些重大的、特別是標(biāo)志性的工程中，無不見到空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。大跨度結(jié)構(gòu)的建造及其所采用的技術(shù)往往反映了一個國家建筑技術(shù)的水平，一些規(guī)模宏大、形式新穎、技術(shù)先進(jìn)的大型空間結(jié)構(gòu)已成為一個國家經(jīng)濟(jì)實力和建設(shè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。衡量建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)水平的一個標(biāo)志是它的跨度與面積，一般來說，跨度或面積越大，技術(shù)也越復(fù)雜�？v觀空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史，它的跨度與面積也有不斷增大的趨勢。結(jié)構(gòu)的“雜交”將是今后空間鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和創(chuàng)新的重要途徑，它是將不同類型的結(jié)構(gòu)加以組合而形成一種新的結(jié)構(gòu)體系。例如懸索、索網(wǎng)或膜利于受拉，拱、殼體或網(wǎng)殼利于受壓，而梁、桁架或網(wǎng)架則利于受彎，如果利用其中某種類型結(jié)構(gòu)的長處來避免或抵消另一種與之組合的結(jié)構(gòu)的短處，就能大大改進(jìn)結(jié)構(gòu)受力性能。最簡單的例子是大跨度桁架與斜拉索的組合，它既能發(fā)揮高強(qiáng)度鋼索抗拉的特點(diǎn)，又為桁架增加了支點(diǎn)、縮短了跨度。雜交結(jié)構(gòu)可能采用多種多樣的方法，其中主要的有剛性支承與柔性支承兩種。 

　　參考文獻(xiàn)： 

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　　[3]沈世釗.十年來中國懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展[A].同上. 

　　[4]藍(lán)天.21世紀(jì)的大跨度空間結(jié)構(gòu)[A]中國土木工程學(xué)會第八屆年會論文集[C].北京：清華大學(xué)出版社，1998. 

　　[5]沈世釗.大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展--回顧與展望[A].現(xiàn)代土木工程的新發(fā)展[M].江蘇東南大學(xué)出版社，1998.