大跨度公共建筑结构设计相关问题探讨

梁亮山

【摘要】近几年来，我国市场经济飞速发展，大大提高了人们的消费水平和生活质量，促使人们开始关注自身的生活及工作环境，这也使得人们对房屋结构和风格设计的重视程度、要求越来越高。根据近几年建筑行业的调查数据可知，我国目前建筑结构中出现频率最高的是大跨度建筑，当前现代化进程不断加速，我国和世界其他国家在大跨度建筑结构设计时，更注重表现建筑物屋顶的形式，最大限度的彰显出设计理念的多样性。现在衡量一个国家建筑水平最重要标志之一是大跨度建筑物的核心空间技术，很大程度上影响着现实生活。本文主要介绍了大跨度公共建筑结构的类型、设计定位，阐述了大跨度公共建筑结构的特点与设计及完善措施。

【关键词】大跨度；巩固建筑；结构设计

随着我国科技水平的进步，各种各样的大跨度建筑作品如雨后春笋般不断涌现出来，建筑结构形式的多样化，促使建筑物结构逐渐形成一种全新的特点，包括以原有结构为基础，形成一个相对复杂的空间，这类复杂空间的特点是形态各异、内部使用功能多样。因此，设计好大跨度建筑的构成形式变得十分必要。大跨度建筑物规划的依据是力学原理，设计灵感多来自于大自然，如贝壳、树叶、树冠等自然界中的许多物体都为设计者提供了创意源泉，推动了大跨度结构多样性的发展。现在，人们在追求设计风格的同时，更多的在关注建筑物的跨度面积、受力面积、空间利用程度等实用设计内容，所以在大跨度巩固建筑结构设计时，要将设计方案与数据分析相结合，规划出满足人们需求的建筑。

一、大跨度公共建筑結构的类型

大跨度建筑往往是指建筑物跨度在60m 以上，空间结构各异、大小不同的公共建筑物，是伴随着经济发展和社会需求而不断发展、创新的新型建筑结构，一般多运用于体育馆、展览馆、会展中心、电影院、火车站、机场等。目前我国比较常见的大跨度公共建筑结构主要有网架结构、膜结构、网壳结构、薄壳结构以及悬索结构等，在建筑中或单独出现，或组合出现，形成各式各样的建筑空间结构。

大跨度建筑结构主要分为平面结构体系和空间结构体系两大类。其中空间结构主要是指把结构的所有组成构件协同起来共同跨越空间，作为整体来考虑，具体类型包括网架、折板、薄壳、悬索等；而平面结构体系主要是指把结构构件本身作为独立单元来考虑，具体类型包括刚架、拱、桁架等。

二、大跨度公共建筑结构的设计定位

建筑设计过程是将建筑物的牢固性、美观性、实用性集于一身的整体结构构造过程。建筑设计项目中最主要的部分是建筑形式的设计，设计过程还会运用到美学知识，是基于人类对美学了解基础上的设计，所以做好大跨度公共建筑结构的设计就要提高对事物的美学理解及美观鉴赏能力。大跨度建筑物的基本前进方向是在建筑形式及建筑美学设计基础上确立的，大跨度建筑物整体结构具有一定的特殊性，所以大跨度公共建筑物的设计也需要体现特殊性。

三、大跨度公共建筑结构的特点与设计

1、刚架结构的特点与设计

刚架结构根据其特点往往被分为无铰刚架、两铰刚架与三铰刚架三类。其中无铰刚架与两铰刚架是属于超静定结构，其刚度比较强，但是如果地基条件比较差，出现均匀沉降，刚架结构容易形成附加压力。而三铰刚架属于相对较静定的建筑结构，如果其所处的地基环境受到损坏，刚架仍会相对稳定，不会产生多于的内力。因此，在跨度相对较小的建筑设计中，更多会选择使用三铰刚架，而跨度较大的建筑设计时多会选择使用无铰刚架或两铰刚架。

20 世纪80 年代以来，刚架结构被广泛的应用于建筑物屋顶建设，体现出建筑轮廓的多样性变化，施工比较简单方便，外部轻巧美观。另外刚架结构在工业建筑之中也发挥了关键作用。

刚架结构的特点是：第一，具有刚接点，可以大大减少梁的跨中弯矩；第二，结构断面小，外形简洁，可以暴露架构构件；第三，门型刚架中部向上微翘，对于室内空间综合利用，扩大净空高度有积极作用；第四，刚架结构适用于40m以内的跨度建筑，动荷载比较小。比较有代表性的建筑是日本的关西国际机场、香港新国际机场等。

2、网壳结构的特点与设计

网壳结构是曲面性的网格结构，受力比较合理，覆盖跨度比较大，因此在国际上颇受欢迎，具有广阔的发展前景。

网壳结构的优点是：第一，建筑造型优美。平面上可以使用圆形、多边形、三角形、扇形及其他不规则平面图形。建筑外形上可以形成多种曲面，包括球面、椭圆面、多种截面形状的柱状面等，也可以通过组合或切割而成；第二，受力合理。可以跨越大跨度，节约建筑材料，网壳曲面具有多样化特征，通过曲面设计使网壳受力均匀，大部分杆件主要承受压力，增加刚度，减少变形，达到节约材料的目的；第三，以小构件组成大空间，构件在工厂预制，安装便捷简单，不需要大型设备，综合经济指标比较好。网壳结构的缺点是：第一，矢高大，建筑空间一般比较高，使建筑材料和能源的消耗增加；第二，杆件和节点几何尺寸会存在偏差，价值曲面会有偏离，因此对网壳的内力、整体稳定性、施工精确性有较大影响，结构设计的难度比较大，对杆件和节点的加工精度要求比较高。

网壳结构的代表建筑有乌鲁木齐机场飞机库、同济大学学生食堂、北京体育学院体育馆、黑龙江速滑馆等。

3、桁架结构的特点与设计

桁架结构主要分为空心管桁架和张弦梁结构两个类型。

空心管桁架结构。主要将竹子作为建筑构件，现在多由具有高承载力的空心方管或圆管构成。外形结构优美，一般用于体育馆、飞机场、展览建筑中，也可以用在学校、电视塔、人行过街桥、医院等公共建筑中。具有代表性的建筑为南京国际展览中心、广州白云国际机场、新加坡国际会展中心等。

张弦梁结构。此类结构主要是又索与管桁架或与实腹梁组合而成，充分发挥出高效性能和造型功能，使原有的厚重实体结构变为纤细结构。张弦梁结构具有飘逸、通透的效果，常用于玻璃屏幕或采光屋面中。具有代表性的建筑为上海浦东国际机场等。

四、 完善大跨度结构形式设计

在大跨度公共建筑项目的设计与实施过程中，会涉及建筑物的结构设计，也会涉及到屋顶形式的结构设计，而且屋顶形式的结构设计是项目设计的关键部分，其结构包括屋顶的采光、遮阳、防火、排水等系统。同时，在大跨度公共建筑物设计中，要掌握建筑物结构功能与形式之间的关系，而且大跨度公共建筑物功能的设计要以确认结构形式为基础。

【总结】随着经济的发展和建筑水平的提高，越来越多的大跨度公共建筑物出现在人们的视野中。大跨度公共建筑物是现代化社会中人们追求的目标，反映了现代人类社会建筑的历史进程，也在一定程度上满足人们的审美需求。伴随着人们对建筑创新意识的增强，建筑结构改革也发挥着重要作用，相对于传统建筑设计，大跨度结构建筑设计更合理、更健全、更完善，促进了建筑行业的大规模、良性发展。虽然我国的大跨度建筑结构已紧跟世界先进水平的步伐，但是要达到世界先进水平，站在世界前列，还需要建筑领域专业人士的不断努力和创新。

【参考文献】

[1] 赵宇. 论大跨度建筑结构形式与设计[J]. 山西建筑，2014（20）：61-62.

[2] 许靖芳. 交通建筑中大跨度结构形式与使用者体验研究[J]. 山西建筑，2013（39）：45-46.

[3] 方强. 基于大跨度建筑结构形式与设计的研究[J]. 山西建筑，2015（3）：17-18.

[4] 熊祥瑞.何培玲.朱万林.周均康.朱军. 大跨度建筑开合屋顶形式设计研究[J]. 建筑设计，2014（6）：548-550.