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大跨度

横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑。大跨度结构多用于工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。大跨空间结构是一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

横向跨越60米(钢结构),18米(框架结构)以上空间的各类结构形式的建筑。大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑,工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。大跨空间结构是一种具有三维空间形体,且在荷载作用下具有三维受力特性的结构,具有受力合理、自重轻、造价低以及结构形式多样等特点,成为目前发展较快的结构类型,被认为其是一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

简史 古代罗马已有大跨度拱顶(见古罗马建筑)。近代大跨度结构建筑至19世纪末已有较大成就。如1889年巴黎世界博览会的机械馆,是用三铰拱式的钢结构,跨度达115米。20世纪初,金属材料的进步和钢筋混凝土技术的发展,促使大跨度建筑出现很多新的结构形式。如1912~1913年在波兰布雷斯劳建成的百年大厅,采用钢筋混凝土穹窿顶,直径达65米,覆盖面积5300平方米。第二次世界大战后,大跨度建筑又有新的发展,以欧洲国家、美国和墨西哥发展最快。这个时期的大跨度建筑广泛地应用各种高强轻质材料(如合金钢、特种玻璃)和化学合成材料,减轻了大跨度结构的自重,使新颖的空间结构不断出现,覆盖面积日益扩大。

折板结构壳体结构网架结构悬索结构充气结构、篷帐张力结构等(见图)。

折板屋顶结构 一种由许多块钢筋混凝土板连接成波折形的整体薄壁折板屋顶结构。这种折板也可作为垂直构件的墙体或其他承重构件使用。折板屋顶结构组合形式有单坡和多坡,单跨和多跨,平行折板和复式折板等,能适应不同建筑平面的需要。常用的截面形状有V形和梯形,板厚一般为5~10厘米,最薄的预制预应力板的厚度为3厘米。跨度为6~40米,波折宽度一般不大于12米,现浇折板波折的倾角不大于30°;坡度大时须采用双面模板或喷射法施工。折板可分为有边梁和无边梁两种。无边梁折板由若干等厚度的平板和横隔板组成,V形折板是无边梁折板的一种常见形式。有边梁折板由板、边梁、横隔板等组成,一般为现浇,如1958年建成的巴黎联合国教科文组织总部大厦会议厅的屋顶,是意大利P.L.奈尔维设计施工的。他按照应力变化的规律,将折板截面由两端向跨中逐渐增大,使大厅屋顶的外形富有韵律感。

壳体屋顶结构 用钢筋混凝土建造的大空间壳体屋顶结构。壳体形式有圆筒形、球形扁壳,劈锥形扁壳和各种单曲、双曲抛物面、扭曲面等形式。美国在40年代建造的兰伯特圣路易市航空港候机室,由三组厚11.5厘米的现浇钢筋混凝土壳体组成,每组是两个圆柱形曲面壳体正交,并切割成八角形平面状,相接处设置采光带。两个圆柱形曲面相交线作成突出于曲面上的交叉拱,既增加了壳体强度,又把荷载传至支座。支座为铰结点,壳体边缘加厚,有加劲肋,向上卷起,使壳体交叉拱的建筑造型简洁别致。德国学者U.F.瓦尔德和F.迪欣格尔等对壳体结构理论作出贡献。奈尔维设计的1950年建造的都灵展览馆是波形装配式薄壳屋顶建筑。壳体结构可以减轻自重,节约钢材、水泥,而且造型新颖流畅。

网架屋顶结构 使用比较普遍的一种大跨度屋顶结构。这种结构整体性强,稳定性好,空间刚度大,防震性能好。网构架高度较小,能利用较小杆形构件拼装成大跨度的建筑,有效地利用建筑空间。适合工业化生产的大跨度网架结构,外形可分为平板型网架和壳形网架两类,能适应圆形、方形、多边形等多种平面形状。平板型网架多为双层,壳形网架有单层和双层之分,并有单曲线、双曲线等屋顶形式。

50年代后期上海同济大学曾建造了装配整体式钢筋混凝土单层联方网架壳形结构建筑,大厅部分净跨度为40米,外跨度54米。上海文化广场的改建设计采用钢结构球节点平板型网架,1970年建成。1976年建成的美国新奥尔良市体育馆,圆形平面直径达207.3米,是当今世界上最大的钢网架结构建筑。

悬索屋顶结构 由钢索网、边缘构件和下部支承构件三部分组成的大跨度屋顶结构,如1961年建成的北京工人体育馆,直径为94米。国际上较早的悬索结构是1953~1954年建成的美国罗利市的牲畜馆,它是一个双曲马鞍形悬索结构。1958~1962年E.沙里宁设计建造的美国华盛顿杜勒斯国际机场候机楼是有名的实例。候机楼宽45.6米,长182.5米,上下两层,屋顶每隔3米有一对直径 2.5厘米的钢索悬挂在前后两排的柱顶上。在悬索结构上部铺设预制钢筋混凝土板构成屋面,建筑造型轻盈明快。

充气屋顶结构 用尼龙薄膜、人造纤维表面敷涂料等作材料,通过充气构筑成的大跨度屋顶结构。这种结构安装、拆装都很方便。

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