大跨度结构在建筑设计中的应用分析

张丽莉

摘 要：大跨度结构形式非常多样，无论是网架结构、薄壳结构，还是悬索结构或者是穹隆结构，这些结构形式都能够打造出跨度极大的建筑空间，能够打造出形态与风格极其多样的现代化建筑。大跨度结构越来越广泛的出现在各类建筑中，这种结构不仅能够打造出更为丰富多样的建筑群，该结构形式也有着许多独有的优越性。文章对此进行了分析研究。

关键词：大跨度结构；建筑设计；应用；分析

随着建筑形式的不断多样化，大跨度结构越来越广泛的出现在各类建筑中，这种结构不仅能够打造出更为丰富多样的建筑群，该结构形式也有着许多独有的优越性。本文将具体谈谈大跨度结构在建筑设计中的应用分析。

1 椼架结构与网架结构

椼架结构和网架结构都可以作为大跨度结构在建筑设计中发挥作用。虽说在古代就已经有了用木材做成的形式多样的构架被用作屋顶结构，但是椼架结构的产生却是现代的事情，椼架结构才是真正符合力学原理，并且可以作为跨越较大空间的大跨度结构。网架结构作为大跨度结构则更为普遍，不仅如此，网架结构也有着其特有的优越性。一方面网架结构具备形变小、刚度大、应力分布均匀并且能够借助大面积减轻结构自重的方法来减少建筑用材等优势。这些都使得网架结构是一种应用较为普遍的大跨度结构。

比起椼架结构而言，网架结构的应用更为普遍。50年代后期上海同济大学曾建造了装配整体式钢筋混凝土单层联方网架壳形结构建筑，大厅部分净跨度为40米，外跨度54米，这是一个非常典型的网架大跨度结构，这个建筑也很有代表性。上海文化广场的改建设计则采用了钢结构球节点平板型网架，1970年建成，这也是网架结构使用的一个很好的典范。

2 薄壳结构（又称壳体结构）

薄壳结构是大跨度结构中很有代表性的一种。通常情况下采用轻质且强度高的材质所做成的结构，如果按照强度计算其剖面尺度通常都可以大幅度缩减，但是也存在一个问题，这种结构往往稳定性较差，尤其是在荷载的情况下很容易由于形变而失去内在的稳定性。薄壳结构则很好的避免了这些不足，这种结构模式往往能够均匀合理的分配其内部应力，并且能够长时间保持非常好的稳定性，所以薄壳结构是大跨度结构中一个很好的典范。

薄壳结构在大跨度结构中也较为常见，其中最典型的一个例子便是人们熟知的悉尼歌剧院。整个悉尼歌剧院的屋顶是由三组巨大的壳体组成，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。壳体的用途也非常多样，既可以每一个壳体独立使用，同时，三个壳体也可以组合起来共同使用。正是因为这种组合的多样性，使得这一组壳体所覆盖的面积也可以根据需求产生变化。既可以覆盖大面积，也可以借助壳体变化覆盖中等面积。不仅如此，覆盖的形状也非常多样，长方形、矩形、三角形、圆形，这些形状的平面都可以得到，甚至还可以组合成其它更为特殊形状的平面。薄壳结构在悉尼歌剧院中的应用将其特征及其优越性都发挥到了极致，是一个非常成功的大跨度结构在建筑中应用的实例。

3 悬索结构

随着钢材在建筑应用中的日趋广泛，这种性能非常优质的材料也慢慢成为大跨度结构的一种用材。钢材通常都具备很高的强度，很小的截面就能够承受很大的压力，因此，采用钢索搭建悬吊屋顶结构慢慢发展成为一种新型的大跨度结构。如果是单向悬索其稳定性及强度通常较差，在大风的作用下更是容易振动失衡。想要弥补这种缺陷将单向悬索换成双向悬索是一个很好的选择。双向悬索通常都分为上下两层，上层为稳定层，起到整个结构的稳定作用，下层则为承重层，需要承受整个屋顶的负载量。这种双向悬索通常具有很好的承重性及稳定性，并且具备很大的空间跨度。

悬索结构的应用可以追溯到很早的阶段，早在上世界50年代美国罗利市便建成了著名的牲畜场。这个建筑采用了一种少见的双曲马鞍形悬索结构。上世界1960年前后建造的位于华盛顿的杜勒斯国际机场的候机厅也采取了这种悬索结构。候机厅的空间面积非常广阔，上下一共分为两层，屋顶上悬挂的一组直径为2.5cm的悬索将整个候机大厅长183m、夸45m的空间结构支撑起来，可谓是一个建筑奇观。

4 拱券结构及穹隆结构

历史最为悠久的大跨度结构应当属拱券结构及穹隆结构，早在2000多年前的古希腊时期这种建筑形式就已经存在，这种结构具有非常显著的扩大室内空间的功效。古代时期远没有现代社会这么多的建筑材料，石头通常是建筑物建造中最为常用的材料，然而，仅仅借助这些最为原始的材料古人们凭借智慧已经打造出了一种最为古老的大跨度结构。古建筑室内空间的逐渐扩大与延伸，这和拱形结构的不断发展演变有着很直接的关系。对于建筑历史展开研究后不难发现，各种形式的拱结构，无论是简形拱、交叉拱还是穹隆，这些结构的产生都是先人为了能够逐渐扩大室内空间才慢慢被发掘与利用。

拱形结构是最早被用作扩大室内空间的一种大跨度结构，然而，这种结构自身却存在着一些局限性，不仅会制约空间组合的灵活程度，为了保持建筑物整体的稳定需要有很厚实的支座来支撑拱顶。为了化解这种不足，人们在长期实践中找到了以双向交叉的简形拱作为替代，之后又创造了另一种更为优越的结构——穹隆结构。穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。

大跨度结构形式非常多样，无论是网架结构、薄壳结构，还是悬索结构或者是穹隆结构，这些结构形式都能够打造出跨度极大的建筑空间，能够打造出形态与风格极其多样的现代化建筑。随着对大跨度结构在建筑设计中应用研究的不断深入，相信日后的建筑设计中对其的使用会更为成熟，这种结构也能够更好的为建筑设计服务。

参考文献

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