空间结构建设的优势及应重视四个原则

下面是鲁班乐标给大家带来关于空间结构建设的优势及应重视四个原则相关内容，以供参考。

大跨度空间结构的五个指标

所谓空间结构（Spatialstructures），其形状呈空间状，并同时具有三维受力特性。优秀的空间结构具有荷载传递路线最短，受力均匀等特点：而平面楼盖结构，由于构件分为板、次梁和主梁等“级别”，荷载传递路线长，浪费材料。自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构，如蛋壳、海螺等是薄壳结构；蜂窝是空间网格结构；肥皂泡是充气膜结构：蜘蛛网是索网结构：棕榈树叶是折板结构等等。因此，从某种意义上来说，空间结构是一种仿生结构，它们比平面结构更美观、经济和高效。

如何衡量一个大跨度空间结构（1≤60m）的优劣，本人曾提出五个指标：

⑴材料强度充分发挥！

⑵基础推（拉）力H合理处理！

⑶施工安装费！

⑷跨度大！

⑸结构的艺术作用！

对大跨度结构来说，材料用量多，不仅是一个浪费，对结构的抗震，特别是竖向抗震极为不利。我国每一本结构设计规范总则第1条中，都要求做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。因此，对优秀的大跨度空间结构来说，技术先进和经济合理更应该特别强调。“结构的艺术作用”，把结构的型式与建筑的空间艺术形象融合起来，即结构本身富有美学表现力。建筑师必须注意发挥这种表现力和利用这种装饰效果，自然地显示结构。所谓自然的显示结构，不是说结构就是美，而是要袒露具有美学价值的部分，通过建筑师的艺术加工，达到表现建筑美的目的，而不是简单地表现结构本身。这样，就可以使建筑最终达到实用、经济和美观的目的。

美国雷里（Rauleigh）竞技馆。结构受力明确，形成自平衡体系，索、拱的材料强度充分发挥、基础很小、施工方便，几乎符合上述五个衡量指标。斜拱的周边以间距2.4m的钢柱支承，立柱兼作门窗的竖框，形成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型。被认为是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开创了现代建筑索结构的历史。

空间结构超越梁式结构的优势

从梁的弯矩图可见，梁沿跨度和截面的受力都很不均匀，材料强度不能得到充分的发挥。对于通常跨度的楼盖梁来说，可将矩形截面变为工字型截面，进而采用格构式梁（桁架），以提高梁的承载力和刚度。为了实现结构的更大跨越，则必须把梁演变成拱和索，它的横向扩展就变成了空间结构。因此，空间结构又叫形效结构（FormativeStructures）。

从一些优秀的空间结构上可以看出空间结构符合指标的优势。

（1）美国亚特兰大百年奥运会乔治亚穹顶。椭圆形平面：240.790m×192.020m，它是目前世界上最大的双曲抛物型准张拉整体体系（TensegritySystem）。该体系由美国M-Levy开发的一种稳定性好的三角形划分网格穹顶，受力特点是：“连续拉、间断压”，材料强度得到了最充分的发挥（指标1，2）。整个屋盖用钢量仅30kg/m2。

（2）法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅。是钢筋砼装配整体式薄壳结构，壳体跨度l与壳的折算厚度t之比：l/t=206m/0.18m=1144倍，而鸡蛋壳仅：40mm/0.4mm=100倍。说明人类的巨大智慧。

（3）广东省湛江电厂干煤棚。平面尺寸：113.400m×113.400m，柱距79.80m，它是目前我国跨度最大的四柱支承平板网架屋盖。考虑到煤棚位于湛江顺岛上，是台风多发区，网架上铺置钢筋陶粒砼三角形带肋预制板（直角边4.200m，板的重力密度=14.5kN/m3）。虽然平板网架是科技含量较低的空间结构体系，但仍可通过精心设计，采取八面坡水，腹杆棋盘式布置等手段来强化空间传力，用钢量仅70.3kg/m2（巴基斯坦体育馆柱距62.400m，铝皮轻屋面，用钢就达61kg/m2）。值得指出的是：由于采用了暗柱帽，网架的施工散装平台由5m减低至1m左右，大大节省了施工费用。

1996年9月9日至20日，湛江地区先后遭受了两次40多年未遇的强台风袭击，市内风速达57m/s（12级台风为33m/s）强风时间持续1h以上，大量的建筑物受到严重破坏，但位于台风登陆口的湛江电厂干煤棚却完好无损，其陶粒砼屋面也未遭到任何破坏。

（4）罗马小体育馆。采用外露的叉形斜柱，有力地把巨大的装配整体式钢筋砼网肋型扁圆球壳托起，结构清晰、欢快，极富结构力度。

（5）意大利佛罗伦萨运动场大看台。建筑师把雨蓬的挑梁外形与其弯矩图（二次抛物线）统一起来。但又不是简单的统一，建筑师利用混凝土的可塑性对挑梁的外轮廊进行了艺术处理，在挑梁的支座附近挖了一个三角形孔，既减耗了结构重力，也获得了很好的艺术效果。

这个建筑，直接地显示了结构的自然形体，进行了恰如其分的艺术加工，而又不做任何多余的装饰，使结构的形式与建筑空间艺术形象高度的融合起来，形象优美，轻巧自然，给人以建筑美的享受。

这个例子说明，建筑物的重力感、力的传递与其支承的关系，也就是结构的作用，同样也是建筑艺术表现力的重要源泉

认真执行四个原则

对大跨度空间结构体系来说，梁式结构体系是受力最差的体系。张拉整体体系“连续拉、间断压”和索-膜体系是目前最先进、最经济的体系。

法国着名建筑师保罗安德鲁中标设计的广州体育馆，用钢量160kg/m2；美国NixonEllerbeBecket（NEB）公司中标设计的广东奥林匹克体育，用钢量高达200kg/m2，它们基本上都属于梁式结构体系，耗费如此多的用钢量也就不奇怪了。

由于外国设计者不了解中国规范，我曾建议，今后国际招标只作到方案阶段，初步设计应由国内设计院承担。

大跨度空间结构几乎都是钢结构，科技含量较高，本文提出的五个衡量指标是最基本的。要设计好一个大跨度空间结构建筑，建筑师和结构工程师的合作应当达到配合默契的程度。严格贯彻执行国家的技术经济政策，即技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。我们希望认真执行这四个原则，政府部门和工程技术人员都不能停留在口头上。