大跨度结构在建筑设计中的应用论述

白鹏冕

【摘要】随着建筑业的发展，建筑结构也取得了迅速发展。为了顺应建筑物的要求，大跨度结构在建筑设计中占据重要位置。因此，本文对大跨度结构在建筑设计中的应用作了深入地研究。

【关键词】大跨度结构；建筑；应用

前言：大跨度结构常见于大型企业建筑、桥梁工程，它不仅能提供十分优秀的承载力，而且自重轻，能够节约大量的建筑材料，为建筑工程节约成本，而且大跨度结构的可控性很强，让设计师有很大的发挥余地，可以说，有大跨度结构的地方就有优秀的建筑。但是，大跨度建筑仍旧存在一些问题，例如设计成本高，维护难度大，施工难度大等。然而，这些问题并不能阻止大跨度结构的发展，相信，未来大跨度结构会具有极强的市场竞争力。

1.大跨度结构的结构形式介绍

1.1网架结构和网壳结构

一般的，网格结构是指由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构，其中双层或多层平板形的网格结构就称为网架结构或网架，这种网架结构通常是采用钢管或者型钢材料制作而成的。网架结构的主要特点就是重量轻、刚度大和抗震性能好，同时此结构在施工安装时操作简便，再加上由于网架杆件和节点可以实现定型化、商品化以及可以在工厂中进行批量生产，因此有利于提高生产效率；事实上，网架灵活的平面布置更加利于吊顶以及一些管道、设备的安装。随着人们对审美要求的不断提高，网架造型轻巧、美观、大方和便于建筑处理、装饰的特点在很大程度上满足了人们的要求。网架结构的主要形式包括平面桁架系组成的网架结构、四角锥体组成的网架结构、三角锥组成的网架结构和六角锥体组成的网架结构，具体使用哪种网架结构要根据实际情况分析后进行选择，因为不同的结构使用范围不同，为使其充分发挥作用，所以建筑设计过程中，大跨度结构的选择应认真考虑。

与网架结构相比，网壳结构比较简单。通常将曲面形网格结构称为网壳结构，由于网壳层数的区别，又有单层网壳和双层网壳之分。网壳结构的优点较为突出，这种结构具有杆系结构和薄壳结构的主要特性，其杆件比较单一，受力也较为合理，而且刚度大，跨越能力强，既可以通过小型构件进行组装，又不需要大型机械设备，因此安装方便，经济合理，不论是建筑平面还是空间曲面，都可根据创作的要求来选取。而网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。它的结构形式可以分为球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。随着建筑设计的要求不同，对网壳结构的形式选择也是设计者必须要慎重研究决定的。

1.2膜结构以及悬索结构

提到膜结构，就不得不提到薄膜结构，这种结构是20世纪中叶才逐渐发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。薄膜结构是以性能优良的柔软织物为原料，由膜内空气压力支撑膜面，或利用柔性钢索、刚性支撑结构使膜产生张力，从而形成具有刚度、覆盖大空间的结构体系。而膜结构的特点主要是自重轻、跨度大、建筑造型自由丰富以及施工方便，而且还具有良好的经济性和较高的安全性、透光性和自结性，但是薄膜结构的耐久性较差，选择使用时，一定要注意这一点。

悬索结构与膜结构的工作原理大同小异，因为悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置形成的一类结构体系，其受力特点是仅通过索的拉伸来抵抗外界负载的作用，可以充分利用钢材强度实现结构形式多样和灵活，并适应多种建筑平面的要求，同时由于钢索的自重很小，安装也不需要大型起重设备，然而悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，在一定程度上也限制了它的广泛应用。而悬索结构形式主要包括单向单层悬索结构、辐射式单层悬索结构、双向单层悬索结构、单向双层预应力悬索结构等。悬索结构在建筑设计中的使用存在一定的局限性，还有待于改进和完善。

1.3薄壳结构

大跨度结构中的最后一种就是薄壳结构，事实上建筑工程中的壳体结构大多属于薄殼结构，此壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载，由于这种壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此薄壳结构是一种强度高、刚度大的既经济又合理的结构形式。按照曲面形式的不同，薄壳结构可分为旋转壳与移动壳，而按建造材料进行分类，又可以分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。薄壳结构的应用，不但丰富了建筑行业，同时也加快了我国建筑业的发展。

2.大跨度结构在建筑设计中应注意的问题

在建筑设计大跨度结构时，一般认为概念设计在整个结构设计中是最为重要的，却又是最容易被设计者忽略的地方。对于概念设计，不仅要满足结构条件，还要满足安全要求，因为安全是一切结构的根本，安全不能保证，结构一旦出现问题，它不仅会使这个建筑物毁于一旦，还可能会危及到人的生命安全；同时也要满足经济和美学上的要求，此外还应该保证人与自然的和谐关系，尽量采用方便的施工方式来减少对外界的干扰，降低能源的消耗，重视资源的循环利用。在大跨度结构使用上，要考虑的问题首先是应该避免过度的大跨度，一般的设计者总认为跨度越大越好，其实并不实用，因为大跨度结构太大不够经济，而且也会浪费大量的资源；再加上随着科技的不断进步，各种新型轻质材料的出现与应用，不仅可以减轻大跨度结构自身的重量，还能进一步提高结构的安全性和经济性；再者，要采取简洁的结构布局，提高结构效率，不会受到外界条件过多的限制，最终实现整个建筑的简洁明快。

近年来，虽然我国还没有出现过大跨度结构的严重事故，但是也发生了多起桥梁和多层楼房的坍塌事故，使人触目惊心。而且在国外大跨度结构建筑发生事故的比比皆是，不但经济损失严重，也危害了人们的生命安全，因此在进行大跨度结构设计时，一定要引起设计者的足够重视。

3.大跨度结构的前景展望

大跨度结构的应用形式比较多，但是在建筑设计中仍然存在一些问题，必须引起人们的广泛认识，因此大跨度结构的创新无疑成为人们的关注点，这种创新主要体现在一些新型材料的应用、复合材料的运用以及各种大跨度结构的组合使用等。新结构的应用，一方面可以解决由于单一结构自身存在的不足，而多种结构的组合使用，可以很好的弥补各个结构的缺陷，另一方面，每个结构之间还会结合各自的优点，使组合后的大跨度结构发挥更大的作用，得到一种既经济又合理的建筑结构。而且，目前许多的桥梁和房屋建筑设计中已经开始使用很多的复合材料和新型材料，此项应用在满足人们要求的同时，也为建筑行业的进一步发展提供了新的契机。

4.结语

综上所述，通过对大跨度结构在建筑工程应用进行的研究中，不难看出，大跨度结构作为一种新型的、实用性的结构已被在人们应用在生活的各个方面，它的应用范围也是相当广泛的。而且，对于我国现阶段的建筑行业来说，经久耐用的建筑材料已经不是人们考虑的全部内容，相比之下，开发一种既经济又环保的建筑材料才是人心所向，同时，随着各种各样新型建筑材料的兴起，人们的审美观念也在不断提高，这样也更加有利于建筑行业的蓬勃发展。

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