基于大跨度建筑结构形式与设计的研究

方强

（浙江富水建设有限公司　浙江　富阳　311400）

基于大跨度建筑结构形式与设计的研究

方强

（浙江富水建设有限公司浙江富阳311400）

近几年，随着我国社会经济市场以超高速发展，同时也大大推动了人们生活水平进步。正因为如此，也使得人们在对待生活质量包括居住环境以及工作环境的重视相比起早前需求也越来越多，质量要求也越来越高。同时，在一定程度上也增强了人们对待房屋结构和建筑风格建设与设计的要求。通过对近几年建筑行业相关数据调查可知，其中，大跨度建筑在我国目前建筑结构之中出现频率最高，最为常见。在当今，现代化进程推动下无论是我国还是世界上其他国家在对大跨度建筑时更加注重对于建筑物屋顶形式的表达，并尽可能在最大限度彰显其设计理念的多样性。大跨度建筑物的核心空间技术目前已作为衡量一个国家建筑水平最重要标志之一，能够对现实生活产生重要影响。本文主要从大跨度建筑结构设计过程进行探究，重点分析了其大跨度建筑结构各形式、特点，并希望能为同行工作提供参考。

大跨度建筑；建筑特点；结构形式；设计

近年来，随着国家科技水平逐渐增强，国内不断涌现出各种各样的大跨度建筑物品，由于建筑结构的多样化形式，也使得建筑物渐渐形成新的结构特点，比如在原有空间结构基础上相结合，最终形成相对复杂的新空间。这其中就包括体育馆、会展中心、电影院、歌剧院等等在内的形态各异，内部使用功能多样化的结构空间。因此，在这种现状下，规划好大跨度建筑的构成形式是十分有必要的。大跨度建筑物主要是基于物理中力学原理以及自然界的灵感，自然界中多种物质都为现代化社会人类创造提供了帮助，比如：树冠、贝壳等。正因为如此，也构成了大跨度结构的多样性，它们分别由多种形态结构组成。例如：穹顶结构、树状结构、膜结构等。现如今，人们也已不再单单满足于简单的设计风格，而是更加看重建筑物受力面积、跨度面积以及空间利用程度与美观等方向，这也在一定程度反映了建筑领域发展进程。所以，建筑过程中只有将精确数据分析同先进的设计方案相互结合作用，才能从根本上满足人们最终需求。

1　大跨度建筑主要结构

我国建筑结构形式随着社会进程也在不断进行改革与创新，建筑行业为了在最大限度上满足社会发展需求，从而形成了多种多样、形形色色的新型建筑结构。一般，大跨度建筑往往是指建筑物跨度在60m以上，其中该结构最常用于电影院、体育馆、展览馆、会展中心以及火车站、机场等不同大小，不同空间的公共建筑物。目前，在我国现代化建筑中，最常见的大跨度建筑结构主要包括：结构、膜壳结构、网壳结构、网架结构以及悬索结构五大类型，同时在不同施工技术中还能够将这五大结构相互之间进行有效配合、互相演变。现如今市场上形成的各式各样的建筑空间结构，也正是在这种相互组合之中应运而生。

2　大跨度建筑设计定位

建筑设计过程是属于一个相对理性过程，是指将建筑物牢固性、美观性及实用性于一身的整体结构构造。建筑形式的设计是作为项目整体最突出部分，也是最重要形式之一。同时，建筑物设计过程也涉及到人类对于美学的了解，提高对事物美观鉴赏也是做好项目设计时最直接也是最基本途径。正因为如此，后来才在这基础上确立了大跨度建筑物的基本前进方向。大跨度建筑物整体结构存在一定特殊性，因此，也使得其设计形式也变得特殊。

3　刚架结构的特点与设计

一般，人们通常会将刚架结构根据其特点分为不同的三种类别：无铰刚架、两铰刚架与三铰刚架。通常来说，无铰刚架与两铰刚架是属于超静定结构，两者刚架结构刚度较强，但有时候由于地基条件相对较差，会导致均匀沉降，这种状态下也容易让刚架结构形成附加压力。而三铰刚架则与前两种结构完全相反，它隶属于相对较静定的建筑结构，因此，当其所处环境地基条件受到破坏时，刚架也不会产生多余内力。正因为如此，通常施工的建筑物较小时，更多会使用三铰刚架，无铰刚架与两铰刚架则更多运用于跨度较大的建筑物。20世纪80年代以来，许多新建大型交通建筑就运用了钢桁架大跨度结构施工原理。例如：于1988年在日本建设的关西国际机场以及1992年开始在香港建设新国际机场等等。同时，刚架结构在建筑物屋顶建设也得到了广泛运用，刚架结构在施工过程中建筑轮廓能够进行多样性变化，并且制作简单，方便。最终所建成的大跨度建筑一般外观都更加轻巧、美观，在日常生活中的适用范围也十分广泛。同时该结构在工业建筑之中也发挥了关键作用。

4　拱形结构的特点与设计

拱形结构建筑物早在我国著名，其中以赵州桥（又称安济桥）为最典型代表。赵州桥座落在河北省，建于隋朝年间公元595～605年，是由我国著名匠师李春设计建成，迄今已有约1500年历史，是现如今世界上现存最早，同时也是保存的最完整的古代敞肩石拱桥。赵州桥修建过程中主设计师李春与他的工匠们采用的是圆弧拱形式结构，这样能有利于降低石拱高度。因此，赵州桥最后建设成功时，拱高被人们测量出来只有7.23m，而拱高与跨度为1：5的比值，这样利于实现低桥面与大跨度双重目的，达到桥面平稳效果，方便过路车辆以及行人同行。同时，还能在一定程度上减少对施工材料的使用，既节约又环保。又比如：位于我国杭州萧山机场东侧的保税局，该局占地690余亩。一般路过该地的人都会被大门所吸引。拱形大门作为保税局标志性建筑，拱跨74m，拱顶高度13m，中间最大宽度24m。拱形属于一个弯曲形状，这样能够充分运用材料强度与韧度。并且也能够通过外力作用的帮助之下，将拱内弯矩值降到最低，将压力分布均匀。另外，在一定程度上为了维持拱形结构稳定性，施工过程中务必在建筑下设立一个坚固支座来抵抗横向推力。因此，人们通常会在拱形两侧建立后墙来进行结构支撑与固定。早前，在我国古代拱形结构建筑物的施工主要是采用砖石，而现在通常则用使用混凝土以及钢筋取代砖石进行施工。同时，在对拱形结构建筑物进行施工时还能够在拱形两边构建一个整体框架，并以此来抵抗水平方向推力。

5　完善大跨度结构形式设计

在对大跨度建筑物项目实际设计与实施过程之中，除了关系到建筑物结构设计之外，还涉及到了屋顶形式的结构设计，而这些结构也是作为是项目设计与实施过程中的关键部分存在。其中，还包括建筑屋顶排水系统、采光，遮阳系统以及防火系统等等。同时，在对大跨度建筑物设计过程中，务必要认清楚建筑物结构功能与形式之间的关系与联系，并且保证是先在确认结构形式基础之后再对其功能进行有效、合理设计。

图1　

6　结束语

由于国家建筑水平快速发展，使得越来越多的大跨度建筑逐渐融入我们日常生活当中，不仅如此，建筑领域多种新型材料产生以及先进技术的不断更新换代。大跨度建筑在人类社会发展进程之中，能够为社会提供最大跨度以及最大空间结构，而这往往也是现代化社会人们所一直追求的根本目标。空间结构进程能够从根本上反映出现代人类社会建筑历史进程。同时，也能在一定程度上满足人们对待环境美观的需求，能够提供更大跨度和空间的结构常常是人们追求的梦想和目标，空间结构的发展很大程度上反映了人类建筑史的发展。与此同时，也提高了建筑物的使用价值。随着人们对建筑创新意识的增强，建筑结构改革也在这其中占据了重要地位。大跨度结构建筑相比较于传统建筑设计更加健全、合理、完善，大跨度建筑的出现也使得建筑行业得到了大规模发展，同时也收获了巨大成功。通过不断努力，目前我国大跨度建筑结构也正在紧跟世界先进水平的步伐，因此，想要在最短时间内达到世界先进水平，站在世界前列，首先，就必须提高建筑领域专业人士自身水平，向优秀的技术不断学习进发，不通过借鉴外国先进技术并结合我国实际情况创造出带有中国特色色彩的大跨度建筑群体。

[1]赵宇.论大跨度建筑结构形式与设计[J].山西建筑，2014，40（20）：61～ 62.

[2]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].建筑技术，2014（06）：548～550.

[3]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（12）：45～46.

TU399

A

1673-0038（2015）12-0017-02

2015-3-9

方强（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事招投标方面的工作。