大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展

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摘要：大跨空間結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)類型。大跨度建筑及作為其核心的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r是代表一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一。本文就空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和張力結(jié)構(gòu)兩大類介紹了國內(nèi)外（但主要是國外）空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景。對這一領(lǐng)域幾個(gè)重要理論問題，包括空間結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析理論、大跨柔性屬蓋的動(dòng)力風(fēng)效應(yīng)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能等問題的研究提出了看法。 

關(guān)鍵詞：大跨度 空間結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  ?一、概 述  ??  ??在這實(shí)際的三維世界里，任何結(jié)構(gòu)物本質(zhì)上都是空間性質(zhì)的，只不過出于簡化設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)來進(jìn)行構(gòu)造和計(jì)算。與此同時(shí)，無法進(jìn)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(jié)構(gòu)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?？臻g結(jié)構(gòu)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(dāng)跨度增大時(shí)，空間結(jié)構(gòu)就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。事實(shí)上，當(dāng)跨度達(dá)到一定程度后，一般平面結(jié)構(gòu)往往已難于成為合理的選擇。從國內(nèi)外工程實(shí)踐來看，大跨度建筑多數(shù)采用各種形式的空間結(jié)構(gòu)體系。   ??近二十余年來，各種類型的大跨空間結(jié)構(gòu)在美、日、歐等發(fā)達(dá)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(dá)150m以上的超大規(guī)模建筑已非個(gè)別；結(jié)構(gòu)形式豐富多彩，采用了許多新材料和新技術(shù)，發(fā)展了許多新的空間結(jié)構(gòu)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(rèn)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(diǎn)是它的可開合性：它的球形屋蓋由三塊可旋轉(zhuǎn)的扇形網(wǎng)殼組成，扇形沿圓周導(dǎo)軌移動(dòng)，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(yùn)會(huì)修建的，外形極為美觀，迄今仍是世界上最大的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。70年代以來，由于結(jié)構(gòu)使用織物材料的改進(jìn)，膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)（用索加強(qiáng)的膜結(jié)構(gòu)）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(jié)構(gòu)；1988年東京建成的“后樂園”棒球館，也采用這種結(jié)構(gòu)技術(shù)尤為先進(jìn)，其近似圓形平面的直徑為204m；美國亞特蘭大為1996年奧運(yùn)會(huì)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(jié)構(gòu)，其準(zhǔn)橢圓形平面的輪廓尺寸達(dá)192mX241m。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍詷?biāo)志和著名的人文景觀。    ??由于經(jīng)濟(jì)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(shè)想將整個(gè)街區(qū)、整個(gè)廣場、甚至整個(gè)山谷覆蓋起來形成一個(gè)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(hù)古代陵墓和重要古跡，也有人設(shè)想采用超大跨度結(jié)構(gòu)物將其覆蓋起來形成封閉的環(huán)境。目前某些發(fā)達(dá)國家正在進(jìn)行尺度為300m以上的超大跨度空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案探討。   ??可以這樣說，大跨空間結(jié)構(gòu)是最近三十多年來發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式。國際《空間結(jié)構(gòu)》雜志主編馬考夫斯基（Z.S.Makowski）說：在60年代“空間結(jié)構(gòu)還被認(rèn)為是一種興趣但仍屬陌生的非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r已成為代表一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一。   ??世界各國為大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展投入了大量的研究經(jīng)費(fèi)。例如，早在20年前美國土木工程學(xué)會(huì)曾組織了為期 10年的空間結(jié)構(gòu)研究計(jì)劃，投入經(jīng)費(fèi) 1550萬美元。同一時(shí)期，西德由斯圖加特大學(xué)主持組織了一個(gè)“大跨度空間結(jié)構(gòu)綜合研究計(jì)劃”，每年研究經(jīng)費(fèi)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件。國際殼體和空間結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)（IASS）每年定期舉行年會(huì)和各種學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，是目前最受歡迎的著名學(xué)術(shù)團(tuán)體之一。