摘要：
大跨度結構是近年來在全世界越來越風行的新型結構，它發(fā)展迅速，應用廣泛。本文在介紹了大跨度的基本信息后，主要研究的是大跨度建筑結構選型的兩方面關鍵要素——基本要素和深入研究要素。從這兩方面仔細分析結構選型的重要切入點與選擇理由。
基本要素主要是各種大跨度的表面比較淺顯的特點與它所對應的建筑功能因素，是結構選型的基礎。深入因素是進一步完善選型的更近一步研究，只有兩者都深入了解了，才能真正理解大跨度建筑結構選型的要點，做到建筑與結構的和諧統(tǒng)一。
關鍵詞：大跨度 結構選型 影響因素 美觀 經濟 合理

引言
大跨空間結構近年來在全球發(fā)展迅速，結構形式豐富多樣，技術水平也在不斷提高。我國大跨度空間結構的基礎原來比較薄弱，但隨著國家經濟實力的增強和社會發(fā)展的需要，近年來也取得了比較迅猛的發(fā)展，并且國內也開展了大跨度空間結構的一系列具有較高學術價值的研究工作。
大跨度結構屬于空間結構，所謂空間結構，其形狀呈空間狀，并同時具有三維受力特性，所以大跨度結構通常是比較復雜而多樣的。但是，空間結構往往比平面結構更美觀、經濟和高效，更能滿足人類不斷追求改善與擴充其生活空間的要求。于是空間結構建造及其所采用的技術往往反映了一個國家建筑技術的水平，一些規(guī)模宏大、形式新穎、技術先進的大型空間結構也成為一個國家經濟實力與建筑技術水平的重要標志。
凡此種種都決定了大跨度結構選型工作是很重要并且與國家發(fā)展息息相關的。而大跨度結構選型的不僅僅是要了解各種結構的分類及特點，仔細把握相關結構選型的關鍵因素，并且能使各因素協調統(tǒng)一，達成最佳方案才是最重要的。
大跨度結構
在建筑結構上來說，大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑。民用建筑中主要用于影劇院、體育場館、展覽館、大會堂、航空港以及其他大型公共建筑，而工業(yè)建筑中則主要用于飛機裝配車間、飛機庫和其他大跨度廠房。
大跨空間結構的類型和形式十分豐富多彩，通常將空間結構按形式分為五大類，它們特點應用各有特點，我以表格的方式對它們進行了總結與對比：

從上述表格中我們能看到各種結構不同的優(yōu)勢與劣勢，只有將它們合理的運用起來，才能達到技術與藝術都最合適的結構選擇，甚至創(chuàng)造出完美的建筑。
大跨度選型基本因素
大跨度建筑迅速發(fā)展的原因一方面是由于社會發(fā)展使建筑功能愈來愈復雜，需要建造高大的建筑空間來滿足群眾集會、舉行大型的文藝體育表演、舉辦盛大的各種博覽會等；另一方面則是新材料、新結構、新技術的出現，促進了大跨度建筑的進步。所以大跨度結構得發(fā)展是在結構受力合理，造型美觀等諸多因素的限制下發(fā)展起來的。
而大跨空間結構選型是在建筑方案有關特征參數（如地點、位置、規(guī)模、高度、跨度、平立面形狀、功能空間的大小分布等）初步確定以后或確定過程中， 在建筑結構施工圖設計之前與建筑方案擴出階段交叉進行的一項決策工作。
經過課程學習和一系列的文獻的閱讀，在綜合了以上大跨度結構的介紹及分析，最根本的選型基礎更肯定是上述表格，建筑物的功能要求才是是建筑物設計中應考慮的首要因素，功能要求包括使用空間要求、使用要求以及美觀要求，考慮結構選型時應滿足這些功能要求。其中使用空間要求和使用要求即為上圖中的物質功能，而美觀要求即為精神功能。
所選擇的結構形式的剖面形式應與建筑物使用空間的要求相適應，盡可能減小結構體系本身所占的空間高度，建筑的聲學條件與結構的合理幾何形體相結合，采光照明與結構的合理幾何圖形相結合，排水與結構的合理幾何圖形相結合。不同的使用功能要求不同的建筑空間，處理好建筑功能和建筑空間的關系，并選擇合理的結構體系，自然形成建筑的外形。
綜述，根據專家及工程經驗最終總結出了大跨度建筑結構的基本因素中主要包括了平面空間形體、采光及通風、保溫及隔熱、與環(huán)境協調等。
大跨度選型深入研究因素
在滿足了基本的建筑功能后，我們仍然會面臨著很多的結構選擇，這是因為經過單純建筑功能的選型是不夠精準的，是仍然有很大的進步空間的。
我認為在這之后的選型才是現代建筑結構選型的關鍵之處，它可以將結構更完美化理想化。我將大跨度結構選型的其余的關鍵性因素主要分為了五點：造型美觀，實用耐久，結構輕巧，受力合理，安裝簡便。下面我們一一研究。
1.造型美觀
作為一名建筑學的學生，我把造型美觀排在了第一位，因為這往往是我們在結構選型中最關心的問題�，F在的大跨度建筑結構在造型上呈現出一種多遠的狀態(tài)，直面，曲面，不規(guī)則面應有盡有，讓不了解的人眼花繚亂。雖然復雜繚繞，但是大跨度建筑的造型審美還是有依據可循的。
首先，將大尺度的結構部分在造型上感性的感性的呈現出來。
在舊時代，也有一些大跨度的建筑，例如古羅馬的萬神廟的大穹頂，但是在那個時代，大跨度建筑結構往往都在立面上被弱化了，沒有發(fā)揮出真正的造型價值。但是現在人們早就意識到，在大跨度建筑中，其大跨部分的外部造型不應只是簡單地視為內部結構和空間的自然結果。由于人類對大尺度的事物有著本能的敬畏，在大跨度建筑的巨大體量面前，人感受到自己的渺小，同時感動于人類力量的偉大。大跨度建筑具有攝人心魄的力量，它帶有崇高感的審美價值，要求其主體部分應以感性的方式充分地呈現出來。悉尼歌劇院是一個充分展現了大跨度結構的造型魅力而獲得成功的實例。
其次，簡潔是種美。
雖然結構體系和結構構件的設計都是建立在嚴格的受力計算基礎之上的，但是著并不意味著建筑造型也要嚴格復雜而拘謹，美觀的大跨度建筑設計作品也應在充分體現了結構形態(tài)的理性美的簡潔大方。例如我們的水立方，身為極其復雜的膜結構大跨度建筑的代表，雖然力學計算復雜，建造也耗盡心思，但是它整體上有一種簡潔的美，整體感強烈。
最后，新舊結合，創(chuàng)新常在，嘗試仿生學。
建筑審美，在一定程度上是先驗的，并不依賴于個體的主觀感受而存在。然而審美價值還有依賴于人類經驗的一面，它反映審美的社會屬性與個體經驗的差異。大跨度建筑的審美意象經常表達的語義內容有兩類，一是，表達從自然界獲得啟示，用仿生方式進行演繹；二是，用再現并創(chuàng)新的審美“原型”的方式傳承地域文化。建筑師也認同：自然形態(tài)的美是合規(guī)律性與合目的性統(tǒng)一的典范。自然界也有許許多多令人驚嘆的空間結構，如蛋殼、海螺等是薄殼結構；蜂窩是空間網格結構；肥皂泡是充氣膜結構：蜘蛛網是索網結構；棕櫚樹葉是折板結構等等。因此，從某種意義上來說，空間結構是一種仿生結構，它們比平面結構更美觀、經濟和高效。
所以，我們的目標是把結構的型式與建筑的空間藝術形象融合起來，即結構本身富有美學表現力。自然界才是是創(chuàng)作的源泉。大跨度建筑在結構形式上的探索是多方面的，然而其基本原則是從結構的力學特征出發(fā)，從幾何學、仿生學和自然界中尋找啟示。鳥巢就是自然形態(tài)美與鋼結構的完美結合。
2.實用耐久
結構的使用耐久是一項既基本又有著很高要求的因素。本文認為實用耐久可主要分為一下二個方面：
一．與建筑造型結合緊密有序合理，沒有不必要的花俏結構。
所選擇的結構形式的剖面形式應與建筑物使用空間的要求相適應，盡可能減小結構體系本身所占的空間高度，建筑的聲學條件與結構的合理幾何形體相結合，采光照明與結構的合理幾何圖形相結合，排水與結構的合理幾何圖形相結合。不同的使用功能要求不同的建筑空間，處理好建筑功能和建筑空間的關系。做到結構的真正實用，好用。
二．對自然因素要有良好的抵御能力，例如臺風，地震，火災等。這點要求了結構的穩(wěn)定性與各種抗性。我國曾經發(fā)生過很多建筑不合格的悲劇，樓歪歪樓倒倒之流尚且不算，作為大跨度建筑的橋梁也是頻頻出現問題。鋼結構的剛度強度都很好，但是防火是個比較嚴重的問題，所以為了追求大跨度建筑的耐久，要從結構和材料兩方面入手。
3.結構輕巧
這一點主要是由大跨度結構本身的特性及建筑材料所決定的。新型技術和新型材料的運用都有效地使得結構越來越輕巧實用。
從外觀上來分析，膜結構最為輕巧，很多膜結構的建筑都有一種輕薄飛翔的動態(tài)感。懸索結構多用在橋梁上，也看起來比較飄逸而有韻律。但是相比之下，網殼薄殼相網架結構則略顯古老而呆板而厚實。
從材料上來研究，它們幾乎都是鋼結構，用鋼量小的就是更為輕巧的。但是這一點不可一概而論,因為每一種結構的用鋼量都是根據不同方案而具體設置的，所以，某種程度上來說，輕巧在表面上只是給人的一種視覺感官，在結構上是一種經濟合理。
4.受力合理
大跨結構形式很多，如拱、懸索、薄殼等等。組成結構的材料有鋼、木、磚、石、混凝土以及鋼筋混凝土等。結構的合理性首先表現在組成這個結構的材料的強度能不能充分發(fā)揮作用。隨著工程力學理論和建筑材料的發(fā)展，結構形式也不斷的發(fā)展，用最少的材料獲得最大的效果是人們一直追求的。應該選擇能充分發(fā)揮材料性能的結構形式，合理的選用結構材料。
結構形式必須做到受力合理、傳力明確，并不是復雜的結構就一定是最優(yōu)的結構形式，應力求用簡單的結構形式實現復雜的建筑外形。而現在對大跨度空間結構體系的公認的看法是，梁式結構體系是受力最差的體系。張拉整體體系—— “連續(xù)拉、間斷壓”和索一膜體系是目前最先進、最經濟的體系。
但是更為具體的受力分析顯然不是我們建筑學學生所能闡述的清楚的，我們所能做到的就是掌握上表的結構的定義而特點，通過理解來得知結構最基本的受力傳力途徑，使之合理而有效。
5.安裝簡便
安裝簡便是保證大跨度建筑建造速度快，可以盡早投入使用的首要條件。
首先.先進施工技術是實現先進結構型式的前提，如果沒有先進的施工技術，想要完成各種先進的結構形式是不可能的。例如：薄殼結構是一種薄壁空間結構，主要承受面內的薄膜內力作用，所以材料強度能得到充分的利用，同時由于它的空間作用，多以具有很高的輕度和很大的剛度。因此可以采用很薄的結構厚度來建造大跨度結構，自重輕、材料省。但在施工方面，如采用現澆的施工方法來實現薄殼結構有很大的局限性，最大的困難在于曲面模板耗費的工料多，施工速度慢。為了解決此問題，曾一度使用工具式移動模板來進行現澆薄殼施工，但此種施工方法只適用結構形式及斷面尺寸不變的筒殼結構，有很大局限性。而裝配式薄殼結構發(fā)展掃平了道路。 
其次，建筑結構方案要密切與施工條件相結合。一方面，施工技術條件不具備或選用的結構方案不適應現有施工技術能力將給工程建設帶來困難。另一方面，選擇結構型式時要結合施工工藝因素考慮工程的具體施工條件。同一種結構型式可以對應不同的施工工藝，這樣就可以很有針對性的提高結構安裝的簡便性。 
6.經濟合理
我把經濟合理放在了最后一個來研究，是因為現代社會在追求大跨度建筑結構的發(fā)展的時候，尤其是地標性建筑，這一條往往會被忽略得很徹底。不管是，愿意為創(chuàng)新交學費還是急于速成，忽略經濟成本的做法總歸不是長久之計，所以經濟還是很重要的一項選型因素。
對大跨度結構來說，材料用量多，不僅是一個浪費，而且對結構的抗震，特別是豎向抗震極為不利．所以對優(yōu)秀的大跨度空間結構來說，在安全的前提下，經濟合理是應該得到特別強調與注意的。而經濟合理主要有以下三點：
第一，不但要考慮某個結構方案付諸實施時的一次投資費用，還要考慮其全壽命期費用；
第二，除了以貨幣指標核算結構的建造成本外，還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動力等各項指標來衡量，此外，從可持續(xù)發(fā)展的角度來考慮，還要特別考慮資源的節(jié)約；
第三，某些生產性建筑若能早日投產交付使用，可以較快地回收投資資金．更能得到較好的經濟效益。因此在結構方案比較時還應綜合考慮一次性開發(fā)初始投資和建設速度之間的關系。
我國在這方面還有很長的路需要走。例如由世界著名設計師扎哈-哈迪德主持設計的廣州市歌劇院，由于采用鋼一鋼砼混合結構，而不是選擇更加新型而經濟的結構，導致預計用鋼量將超過12000噸，相當于北京國家大劇院穹頂用鋼量6750噸的兩倍，很不經濟。
結語
綜上所述，大跨度結構選型實在是一個很復雜而多元的建筑研究問題。經過以上小小的討論與分析，我們也對其有了進一步深入的了解。它不單純是結構問題，而是一個綜合性的科學問題。一個優(yōu)秀的建筑物，建筑與結構必然是有機結合的統(tǒng)一體。它的主要研究因素包括了造型美觀，結構輕巧，受力合理，安裝筒便，經濟合理，實用耐久等。
大跨度空間結構雖然種類很多，樣式豐富，但是它們幾乎都是鋼結構，科技含量非常高，而達成以上結構選型基本因素和深入因素只是比較基礎的結構選型。要真正設計好一個大跨度空間結構建筑，不僅僅需要很好的結構選型能力，還需要建筑師和結構工程師的合作達到配合默契的程度。希望在建筑設計各方面突飛猛進的同時，建筑結構在架構選型的引導下，越來越先進而美觀。
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