我國空間結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展趨勢和變化

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空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平是一個國家土木建筑業(yè)水平的重要衡量標準，也是一個國家綜合國力的體現(xiàn)。改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和綜合國力的提高，我國空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平也得到了長足的進步。大跨度空間結(jié)構(gòu)的社會需求和工程應(yīng)用逐年增加，空間結(jié)構(gòu)在各種大型體育場館、劇院、會議展覽中心、機場候機樓、各類工業(yè)廠房等建筑中得到廣泛的應(yīng)用。特別是近幾年，隨著北京2008年申奧成功、上海申辦2010年世界博覽會等國家重大社會經(jīng)濟活動的展開，我國將在近10年內(nèi)建設(shè)一大批高標準、高規(guī)格的體育場館、會展中心、機場航站樓等社會公共建筑，這將給我國空間結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展帶來良好的契機，同時也對空間結(jié)構(gòu)技術(shù)水平提出了更高的要求。

　　空間結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用，首先要考慮結(jié)構(gòu)形體的安全性、合理性和先進性，已經(jīng)選定的結(jié)構(gòu)形體也需要優(yōu)化、深化和創(chuàng)新。由索、桿、梁組成的預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式，通過我國科技人員與工程技術(shù)人員的引進、消化和提高，已在工程中得到成功應(yīng)用。上海浦東國際機場航站樓82.6米跨度的辦票廳屋蓋采用了我國目前跨度最大的張弦梁結(jié)構(gòu)；廣州國際會展中心則采用了上弦為倒三角形斷面鋼管立體桁架的張弦桁架結(jié)構(gòu)，跨度達126.6米；黑龍江國際會展體育中心主館屋蓋結(jié)構(gòu)也采用了類似的張弦立體桁架，跨度達128米。

　　在不少大型空間結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)中，即使是國外設(shè)計師的作品，也融進了國內(nèi)設(shè)計師和工程技術(shù)人員的大量心血。國家大劇院146×212米的屋蓋采用了不設(shè)斜腹桿的雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，可稱為空腹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。國外設(shè)計師提出的原設(shè)計方案中網(wǎng)殼為肋環(huán)型布置。我們通過分析、優(yōu)化，提出應(yīng)增設(shè)交叉支撐桿件，以增加整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗扭剛度，最終法國工程師接受了這個建議。2008年奧運會國家鳥巢體育場，瑞士和英國工程師聯(lián)合提出的結(jié)構(gòu)方案也不盡合理。我們經(jīng)分析研究，在多次評審和結(jié)構(gòu)論證會議上提出了改進方案。改進方案在保持結(jié)構(gòu)外形基本不變的前提下，可有效改善網(wǎng)架開孔長邊的計算長度過長以及開孔短邊處桿件過于密集、應(yīng)力高度集中的問題。

　　近年來，已建或在建的超過百米跨度的建筑越來越多，各種形式的空間結(jié)構(gòu)向超大跨度發(fā)展。為迎接2008年奧運會而進行擴建的首都國際機場航站樓，總長達 2500米，主體建筑包括T3A和T3B兩座航站樓和一座地面交通中心，其中T3A結(jié)構(gòu)平面成“人”形，分為主體部分和東、西指廊三部分，結(jié)構(gòu)長950 米，寬750米，屋蓋結(jié)構(gòu)采用微彎型抽空三角錐網(wǎng)架型。這些超大跨度工程均需要進行大量的技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)創(chuàng)新，如多維多點輸入的抗震分析、溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響、施工安裝精度、地基不均勻沉降等。

　　空間結(jié)構(gòu)還有一個發(fā)展趨勢是從較重的屋蓋向輕型屋蓋體系發(fā)展，從剛性結(jié)構(gòu)體系向柔性體系發(fā)展。由早期的薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展到各種組合結(jié)構(gòu)（如組合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）、雜交結(jié)構(gòu)（如斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等）和以索膜等柔性材料為特征的新型預(yù)張力結(jié)構(gòu)；由單一的結(jié)構(gòu)形式發(fā)展到各種結(jié)構(gòu)形式的合理組合。

　　索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由索、桿、膜組合而成的新型預(yù)張力結(jié)構(gòu)。作為一種受力合理、結(jié)構(gòu)效率高的結(jié)構(gòu)體系，它同時集新材料、新技術(shù)、新工藝和高效率于一體，被認為是代表當今國際空間結(jié)構(gòu)發(fā)展最高水平的結(jié)構(gòu)形式，也是我國（大陸）唯一沒有工程實踐的空間結(jié)構(gòu)形式。目前世界上已建成10多幢索穹頂，基本上都采用了美國的專利技術(shù)。我國高校和科研單位對索穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系和受力性能已作了多年研究，對索穹頂?shù)某跏紤B(tài)、預(yù)應(yīng)力態(tài)和荷載態(tài)均有了較深入的了解。我國自行設(shè)計和建造的索穹頂建筑有可能在2010 年上海世博會上誕生。