大跨空間結構的發(fā)展

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摘要：大跨空間結構是目前發(fā)展最快的結構類型。大跨度建筑及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況是代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一。本文就空間網(wǎng)格結構和張力結構兩大類介紹了國內外（但主要是國外）空間結構的發(fā)展現(xiàn)狀和前景。對這一領域幾個重要理論問題，包括空間結構的形態(tài)分析理論、大跨柔性屬蓋的動力風效應、網(wǎng)殼結構的穩(wěn)定性和抗震性能等問題的研究提出了看法。 

關鍵詞：大跨度 空間結構 結構設計  ?一、概 述  ??  ??在這實際的三維世界里，任何結構物本質上都是空間性質的，只不過出于簡化設計和建造的目的，人們在許多場合把它們分解成一片片平面結構來進行構造和計算。與此同時，無法進行簡單分解的真正意義上的空間體系也始終沒有停止其自身的發(fā)展，而且日益顯示出一般平面結構無法比擬的豐富多彩和創(chuàng)造潛力，體現(xiàn)出大自然的美麗和神奇。空間結構的卓越工作性能不僅僅表現(xiàn)在三維受力，而且還由于它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當跨度增大時，空間結構就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術經(jīng)濟性能。事實上，當跨度達到一定程度后，一般平面結構往往已難于成為合理的選擇。從國內外工程實踐來看，大跨度建筑多數(shù)采用各種形式的空間結構體系。   ??近二十余年來，各種類型的大跨空間結構在美、日、歐等發(fā)達國家發(fā)展很快。建筑物的跨度和規(guī)模越來越大，目前，尺度達150m以上的超大規(guī)模建筑已非個別；結構形式豐富多彩，采用了許多新材料和新技術，發(fā)展了許多新的空間結構形式。例如 1975年建成的美國新奧爾良“超級穹頂”（Superdome），直徑207m，長期被認為是世界上最大的球面網(wǎng)殼；現(xiàn)在這一地位已被1993年建成夏徑為222m的日本福岡體育館所取代，但后者更著名的特點是它的可開合性：它的球形屋蓋由三塊可旋轉的扇形網(wǎng)殼組成，扇形沿圓周導軌移動，體育館即可呈全封閉、開啟1／3或開啟2／3等不同狀態(tài)。1983年建成的加拿大卡爾加里體育館采用雙曲拋物面索網(wǎng)屋蓋，其圓形平面直徑135m，它是為1988年冬季奧運會修建的，外形極為美觀，迄今仍是世界上最大的索網(wǎng)結構。70年代以來，由于結構使用織物材料的改進，膜結構或索-膜結構（用索加強的膜結構）獲得了發(fā)展，美國建造了許多規(guī)模很大的氣承式索-膜結構；1988年東京建成的“后樂園”棒球館，也采用這種結構技術尤為先進，其近似圓形平面的直徑為204m；美國亞特蘭大為1996年奧運會修建的“佐治亞穹頂”（Geogia Dome，1992年建成）采用新穎的整體張拉式索一膜結構，其準橢圓形平面的輪廓尺寸達192mX241m。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當?shù)氐南笳餍詷酥竞椭娜宋木坝^。    ??由于經(jīng)濟和文化發(fā)展的需要，人們還在不斷追求覆蓋更大的空間，例如有人設想將整個街區(qū)、整個廣場、甚至整個山谷覆蓋起來形成一個可人工控制氣候的人聚環(huán)境或休閑環(huán)境；為了發(fā)掘和保護古代陵墓和重要古跡，也有人設想采用超大跨度結構物將其覆蓋起來形成封閉的環(huán)境。目前某些發(fā)達國家正在進行尺度為300m以上的超大跨度空間結構的設計方案探討。   ??可以這樣說，大跨空間結構是最近三十多年來發(fā)展最快的結構形式。國際《空間結構》雜志主編馬考夫斯基（Z.S.Makowski）說：在60年代“空間結構還被認為是一種興趣但仍屬陌生的非傳統(tǒng)結構，然而今天已被全世界廣泛接受。”從今天來看，大跨度和超大跨度建筑物及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況已成為代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一。   ??世界各國為大跨度空間結構的發(fā)展投入了大量的研究經(jīng)費。例如，早在20年前美國土木工程學會曾組織了為期 10年的空間結構研究計劃，投入經(jīng)費 1550萬美元。同一時期，西德由斯圖加特大學主持組織了一個“大跨度空間結構綜合研究計劃”，每年研究經(jīng)費100萬馬克以上。這些研究工作為各國大跨度建筑的蓬勃發(fā)展奠定了堅實的理論基礎和技術條件。國際殼體和空間結構學會（IASS）每年定期舉行年會和各種學術交流活動，是目前最受歡迎的著名學術團體之一。